instrumentos de medidas elétricas c - senai

FIESC SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – SENAI

SENAI CENTRO DE EDUCAÇÃO E TECNOLOGIA

Disciplina: MEDIDAS ELÉTRICAS

VIDEIRA/SC julho, 2001 INTRODUÇÃO

MEDIDAS ELÉTRICAS Pg.2

O desenvolvimento tecnológico da área elétrica, quer no que diz respeito, como a

eletrônica vem influenciando fundamentalmente na configuração do nosso modo de vida . Destaca-se compo de medição , que proporcionou extraordinária progresso nos meios que dispomos para acompanhar a natureza e permitir que a industria viabilize civilizações tecnicamente primitivas.

As técnicas de medida e o domínio do conhecimento dos princípios aplicados ao setor da instrumentação são conteúdos indispensáveis para o desempenho do técnico em qualquer área industrial ou de pesquisa.

As grandezas elétricas envolvidas em fenômenos físicos. podem ser medidos ( ou acompanhados ) cada vez mais com maior precisão ao desenvolvimento dos instrumentos de medidas. É claro que nós conceitos básicos de medidas são também indispensáveis àquele que executa as medições.

A confiabilidade de uma medida esta ligada a precisão dos instrumentos e ao rigor que empregamos ao fazê-la . Portanto o técnico de medidas deve saber solucionar os tipos de instrumentos de acordo com suas características de funcionamento e o tipo de medida desejada, sem extrapolar a sofisticação dos instrumentos e os métodos de utilização.

Três são os problemas cujas soluções traduzem a finalidade da medição elétrica : 1.0 : O que medir

2.0 : Como medir

3.0 : Como avaliar a medição

Isto implica em que o técnico deve conhecer as grandezas elétricas , a maneira de

trata-los quanto as medidas e como interpreta-la .

01.0: Instrumentos de medidas

01.1: Classificação dos instrumentos de medida: De maneira geral podemos classificar os instrumentos de medidas em dois tipos: 1.0 Instrumentos absolutos: Dão o valor da quantidade medida em termos de

constantes instrumentais e da sua deflexão, na necessitando comparação com outro instrumento.

2.0 Instrumentos secundários: Dão o valor da quantidade medidas pela deflexão do instrumento sendo necessário calibra-lo interiormente por comparações de instrumentos absolutos ou com um secundário já calibrado.

Os instrumentos absolutos são utilizados apenas em laboratórios de padrões para aferição dos instrumentos secundários apenas.

01.2 : Classificação quanto ao tipo .


1.0 : Instrumentos de deflexão ou indicadores: São instrumentos que nas indicam os valores momentâneos das quantidades elétricas tais como tensão; corrente; potência e etc.

2.0 : Instrumentos registradores : São instrumentos que registram em papel graduado ( traçam gráficos ) com os valores medidos .

3.0 : Instrumentos integrados ou contadores : São os medidores de energia elétrica empregados comercialmente.

01.3 : Quanto a construção:

1.0 : Instrumentos de bobina móvel imã permanente ( BMIP ) : São instrumentos

construídos por uma ou mais bobina que se movimentam sob ação de um campo magnético de um imã permanentemente quando percorridas por uma corrente. São utilizados somente para a corrente continua.

2.0 : Instrumentos de ferro móvel :possuem uma peça de material ferromagnético que se desloca quando submetido a um campo magnético produzido por uma corrente circulando em bobina fixa ou por peça de ferro fixa magnetizada pela corrente. Podem der usados tanto em CA ou CC

3.0 : Instrumentos de imã móvel : Possuem um ou mais imãs que se deslocam quando submetidos a um campo magnético produzido por uma corrente circulando em uma ou mais bobina fixas. Só funcionam em CC

4.0 : Instrumentos eletrodinâmicos : Possuem uma ou mais bobinas fixas e uma ou mais bobinas móveis, que podem se deslocar quando percorridas por corrente. Estes instrumentos podem ser utilizados em CA e CC e não apresentam peças ferromagnéticas.

5.0 : Instrumentos de ferro dinâmicos : Apresentam núcleo de material ferromagnético para aumentar o efeito eletrodinâmico .

6.0 : Instrumentos de indução : Utilizam circuitos indutores em elementos que induzem corrente em elementos condutores móveis tais como discos, cilindros etc. Funcionam somente em CA

7.0 : Instrumentos térmicos ou de fios aquecido : São instrumentos onde a dilatação que de um fio, provocada pelo aquecimento devido a corrente que nele circula, é transmitida a um ponteiro que desliza sobre a escala graduada. Servem para a corrente contínua e alternada .

8.0 : Instrumentos bimetálicos : O elemento móvel possui um bimetal se deforma pela ação térmica provocada pela corrente .

9.0 Instrumentos de laminas vibráveis : Possuem lâminas metálicas que vibram quando entram em ressonância da corrente alternada que percorre bobinas fixas combinadas ou não com imãs permanentes .

01. : Quanto a grandeza a medir .

Os instrumentos de deflexão classificam-se , segundo as grandezas a medir como: 1.0 : Voltímetro ( CC e CA ) – Volt : Mede a tensão e é ligado em paralelo com o

circuito a ser medido .


2.0 : Amperímetro ( CC e CA ) Ampère : mede a corrente e é ligado em serio com o circuito a medir.

3.0 : Wattimetro ( CC e CA ) Watt: Mede a potência útil . É constituído por uma bobina de corrente que é ligado em série com o circuito a medir e uma bobina de tensão ligada em paralela.

4.0 : Volt – ampère- Reativo ( CA ) Volt – Ampère - Reativo ( VAR) : Mede potência reativa. A ligação é idêntica a do WATTIMETRO.

5.0 : Cossifimetro (CA) – cosF: Medir o fator de potência, ou seja, a diferença de fase entre tensão e corrente. A ligação é idêntica a do wattimetro .

6.0 : Freqüencímetro ( CA ) – HZ : Mede a freqüência e é ligado em paralelo ao circuito.

7.0 : Ohmimetro - ΩΩΩΩ: Mede a resistência elétrica. De ohmimetro são constituídos teoricamente para medir resistência porem, não é utilizados em circuitos devido a imprecisão.

Para medir valores de resistência nós empregamos pontes, sendo a mais popular a ponte de WHEATSTONE. 8.0 : Medir a indutância ( CA ) – HENARY :Mede a indutância de uma bobina. 9.0 : Medir a capacitância ( CA ) – FARADAY : mede a capacitância de

capacitores. 10.0 :UNIDADES DE GRANDEZA ELÉTRICA:

GRAND NOME

SÍMBO DEFINIÇÃO OBSERVAÇÃO

Corrente elétrica

ampére

A

Corrente elétrica invariável que mantida em dois condutores retilíneos, paralelos, de comprimento infinito e de areia de seção transversal desprezível e situados no vácuo a 1 metro de distância um do outro, produz entre esses condutores uma força igual a 2x10 newton, por metro de comprimento desses condutores.

1)Unidade de base: definição ratificada pela9a CGPM/1948 2)O ampère é também unidade de força magnetomotriz; nesses casos, se houver possibilidade de confusão, poderá ser chamado ampére espira, porém sem alterar o sim bolo A

Carga elétrica (quantidade de eletricidade)

Coulomb

C

Carga elétrica que atravessa em 1 segundo uma seção transversal de um condutor percorrido por uma corrente invariável de 1ampere

Tenção elétrica, diferença de potencial, Força

Volt

V

Tensão elétrica entre os terminais de um elemento possitivo de circuito que dissipa a potência de 1 watt quando percorrido por uma corrente invariável de 1 ampére


eletromotriz Gradiente de potencial, intensidade de campo elétrico

Volt por

metro

V/m

Gradiente de potencial uniforme que se verifica em um meio homogêneo e isótropo, quando de 1 volt a diferença de potencial entre dois planos equipotenciais situados a um metro de distância um do outro

A intensidade de campo elétrico pode ser também expressa em newton por coulomb

Resistência elétrica

Ohm

ΩΩΩΩ

Resistência elétrica de um elemento passivo de circuito que é percorrido por uma corrente invariável de 1 ampére, quando uma tensão elétrica constante de 1 volt é aplicada aos seus terminais

O ohm é também unidade de impedância e de reatância em elementos de circuito percorrido por corrente alternada

Resistividade

Ohm

– metro

Resistividade de um material homogêneo e isótropo, do qual 1 cubo com um metro de aresta apresenta uma resistência elétrica de um ohm entre faces opostas

Condutância

Siemens

S

Condutância de um elemento passivo de circuito cuja resistência elétrica é de 1 ohm

O siemens é também unidade de admitância de susceptância em elementos de circuito percorrido por corrente alternada

Condutividade

Siemens por

metro

S/m

Condutividade de um material homogêneo e isótropo cuja resistividade é de 1 ohm –metro

Capacitância

Farad

F

Capacitância de um elemento passivo de circuito entre cujos terminais a tensão elétrica varia uniformemente a razão de 1 volt por segundo, quando percorrido por uma corrente invariável de 1 ampére

Indutância

Henry

H

Indutância de um elemento passivo de circuito entre cujos terminais se induz uma tensão constante de 1 volt, quando percorrido por uma corrente que varia uniformemente a razão de um ampére por segundo

Potência aparente

Volt

ampé

VA

Potência aparente de um circuito percorrido por uma corrente alternada senoidal com valor


re eficaz de 1 ampére, sob uma tensão elétrica com valor eficaz de 1 volt

Potência reativa

Var

Var

Potência reativa de um circuito percorrido por uma corrente alternada senoidal com valor eficaz de 1 ampére, sob uma tensão elétrica com valor eficaz de 1 volt, defasada de P/2 radianos em relação á corrente

Indução magnética

Tesla

T

Indução magnética uniforme que produz uma força constante de1 newton por mtro de um condutor retilíneo situado no vácuo e percorrido por uma corrente inváriavel de 1 ampére

Sendo perpendiculares entre si as direções da indução magnética, da força e da corrente

Fluxo magnético

Weber

Wb

Fluxo magnético uniforme através de uma superfície plana de área igual a um metro quadrado, perpendicular a direção de uma indução magnética uniforme de um tesla

Intensidade de campo magnético

Ampére por metro

A/m

Intensidade de um campo magnético uniforme, criado por uma corrente invariável de 1 ampére, que percorre um condutor retilíneo, de comprimento infinito e de área de seção transversal desprezível, em qualquer ponto de uma superfície cilíndrica de diretriz circular com 1 metro de circunferência e que tem como eixo o referido condutor

Relutância

Ampére por weber

A/Wb

Relutância de um elemento de circuito magnético, no qual uma força magnetomotriz invariável de 1 ampére produz um fluxo magnético uniforme de 1 weber


01.5: Principais símbolos encontrados nos mostradores dos instrumentos elétricos de medição.


01.6 : Partes principais de um instrumento de medida;

1.0: Dispositivo de medição : parte fixa e parte móvel . Parte fixa : É constituída de um imã permanente ou uma bobina fixa. Parte móvel : É constituído de um imã permanente ou uma bobina móvel ou uma lamina de ferro.

A : Dispositivo restaurador ou antôgonico : O dispositivo restaurador ou antôgonico gera um conjugado aposto ao conjugado elétrico gerado pela bobina móvel, aumentando com o ângulo de deslocamento da mesma .

A relação entre os dois conjugados deve ser tal que para uma determinada medida, os conjugados se igualem numa posição que corresponda a medida, onde o ponteiro permaneça parado sobre a escala. O dispositivo restaurador e responsável por este equilíbrio do sistema .

Equacionando temos :

CEL = KEL C * I Onde temos : CEL: conjugado constante KEL : constante I : corrente da bobina móvel


CR = KR * ∅

Onde teremos : CR : conjugado restaurador KR: constante ∅ : ângulo de deslocamento do ponteiro

Na posição de equilíbrio:

( )*KI*KELKR

I

*KRI*KELCRCEL

==

==

Os dispositivos restauradores usuais são molas espirais esticadas e dispositivos eletromagnéticos . As molas aspirais são construídas normalmente de bronze fosforoso ou de uma liga de bronze, silício e cobre. Geralmente, estas molas são de seção retangular.

Os instrumentos que trabalham sob grandes variações de temperatura apresentando uma Segunda mola com espiral em sentido contrário ao da outra para corrigir alguns desvios provocados por esta variação térmica.

Pode-se também utilizar as molas para conduzir a corrente até a bobina móvel. Já a fita esticada é uma fita metálica curta que constitui ela própria o eixo da bobina

móvel. Suas extremidade são presas a um dispositivo que a mantém tensionada possibilitando o conjugado restaurador. As grandes vantagens são a não existência de atrito, possibilitando a utilização em instrumentos sensíveis, e a resistência a choques e vibrações fortes.

O dispositivo eletromagnético apresenta bobinas de efeito eletrodinâmico, que providenciam o conjugado restaurador, geralmente usam em ohmimetros e megohmetros.

C - Dispositivo Amortecedor: com a presença dos conjugados elétrico e

restaurador o ponteiro oscila bastante antes de alcançar a posição de equilíbrio. Isto provoca uma demora na leitura e em alguns casos pode ocorrer a danificação do

dispositivo restautador. O dispositivo amortecedor permite ao sistema móvel atingir rapidamente o equilíbrio

pois ele amortece as oscilações . Existem vários tipos de amortecimento dividido em duas categorias:


1 – Amortecimento a Ar:

2 – Amortecimento Eletromagnético


Observação: São três os conjugados envolvimento no deslocamento do sistema

móvel: CEL = KEL * I ( conjugados elétrico ) CR = KR * ∅ ( conjugado restaurador )

( )ramortecedoconjugadot

*KACA =

Onde temos : KA = constante de amortecimento ∆∅ e ∆t = é a variação do ângulo de deslocamneto no tempo. O conjugado resultante então é:

C = CEL – CR CA


01.7 : Erros de instrumentos de medição elétricas Os instrumentos de medição não nos proporciona resultados absolutamente

corretos. Sempre ocorrem erros devido a fabricação, inferência do ambiente , montagem e próprio operador. Um conhecimento dos diferentes tipos de erros e a maneira como eles se comportam ao longo da escala é essencial para permitir o uso inteligente dos instrumentos de medidas

Os erros podem ser classificados em dois grupos : 1.0 : Erro do Grupo A: São aquelas que se mantém constantes ao longo da escala ou seja, para qualquer

posição em relação á escala, esses erros são aumentam e diminuem. São eles: A: Erro de escala: A escala não pode Ter sido marcada corretamente, por deficiência de aparelhos de marcação ou de função operacional ( desenhista ) B: Erros de zero: O ponteiro defletor não ajustado corretamente no zero. Isso

causará um erro em qualquer posição do ponteiro. Esse erro pode ser evitado ajustando-se o ponteiro no zero, antes de iniciar qualquer medição.

C : Erros de leituras : Devida a diferença no ponteiro; interpolação erros devido a trações grossos nas escala.

D: Erros paralaxe: É um tipo de erro de leitura devido ao operado e sua coleção em relação a indicação do ponteiro. Nos aparelhos de precisão, um espelho evita que se comenta esse tipo de erro, pois a leitura só deve ser efetuada quando o ponteiro e sua imagem estiverem coincidindo .

E: Erros de atrito : O atrito entre o pivô e a jóia pode fazer com que o ponteiro pare um pouco antes do ponto de leitura correto. Esse é o bastante pequeno quando os


suportes, ou mancais de suspensão são bem feito e se mantém em boa condições. É um erro que assume bastante importância em instrumentos muito sensíveis.

2.0 : Erro do grupo B São erros proporcionais a deflexão do ponteiro ou seja, são erros que aumentam

com o aumento da deflexão do ponteiro ( erros variáveis ) A : Resistência inadequadas: Em voltímetros , amperímetros , etc B : Resistência Alteradas : pela temperatura. C : efeito da temperatura nas características das molas de restauração: Um

aumento da temperatura com que as molas se tornem mais flexíveis e o ponto de equilíbrio do conjunto se verifica para deflexões maiores.

D : Efeito da freqüência em instrumentos de CA : Em voltímetros por exemplo, a freqüência influi na bobina de tensão.

01.9 : Erros absoluto e relativo: A: Erro absoluto ( EAAB ): O erro asoluto é a diferença algébrica entre o valor

indicado no instrumento de uma determinada grandeza ( Vm ) en seu valor verdadeiro ( Vv )

EAAB = Vm - Vv

B : Erro relativo ( Er ) : O erro relativo é a definido como a relação entre o erro

absoluto ( EAAB ) e o valor verdadeiro ( Vv ) da grandeza medida .

VvEAAB

Er =

Para efeito do Er pode-se, na maioria dos casos. Considerar Vm=Vv tendo-se em

conta que estes valores são muito aproximadamente iguais entre si. O erro relativo percentual ou erro percentual ( e ) tem forma:

E = Er * 100 01.10 : Precisão exatidão: Na pratica, geralmente emprega-se estes dois termo0s em distingui-los, ou seja, sem

fazer uma diferenciação de seus significados. Na realidade eles têm significados distintos como veremos a seguir

Precisão: Características de um instrumento de medição determinada através de um

processo estatístico de medições, que exprime o afastamento muito entre as diversas medidas obtidas de uma cada grandeza, em relação a média aritmética dessas medidas.


Exatidão : Características de um instrumento de medição que exprime o afastamento entre a medida nele efetuado e o valor de referencia verdadeiro. O valor de exatidão de um instrumento é definido pelos limites de erro da variação na indicação. Um instrumento preciso não é necessariamente exato. A exatidão está relacionada com as características do instrumento, com a forma que foi projetado e construído. A precisão está mais ligada a utilização, ao fato medir grandeza. Para ter-se exatidão em medidas é necessário a precisão porém, a precisão em fazer tais medidas não garantem estas sejam exatas.

01.11 : Classe de exatidão:

Os erros apresentados aqui estão próximos de serem constantes em valor absoluto. Em vista disso, os fabricantes de instrumentos em percentagem da leitura de plena escala.

A classe de exatidão é uma classificação de instrumentos de medida para designar a

sua exatidão. O numero que designa chama-se índice de classe . A classificação dos instrumentos conforme o índice de classe é :

Índice de classes

Limite de erro

0.05 -0.05% 0.1 -0.10% 0.2 -0.20% 0.5 -0.50% 1.0 -1.00% 1.5 -1.50% 2.5 -2.50% 5.0 -5.00%

Para a tabela acima um instrumento da classe 0.5 poderá Ter no máximo um erro de

–0.50%, isto é se o valor do fim da escala dos instrumento for de 100V, o erro poderá ser no máximo de 0.5 V, e isto compreendido dentro de toda a sua escala. Portanto o ponteiro do instrumento estiver indicando um valor de 50 V, o erro poderá permanecer na faixa de 49.35 a 50.5 V. Conclui-se que o erro expresso sempre em relação ao valor final da escala ou valor nominal.

Segundo a classe de exatidão, existem três grupos de instrumentos :

Classificação Índices de classes Laboratório 0.05 / 0.1 / 0.2

Ensaio 0.5 / 1.0 / 1.5 Serviço 2.5 / 5.0 / .......


Não existindo indicação do índice de classe o instrumento poderá ser considerado da classe de exatidão de 10%.

O erro absoluto é constante ao longo da escala, porem o erro relativo aumenta a medida que a leitura for feita em frações menores de escala.

Para melhor esclarecimento, pode-se dizer que os valores percentuais de erro relativo a medida que as leituras são realizadas na parte inicial da escala.

Para o cálculo do erro absoluto pode-se empregar a seguinte formula:

100e*G

Eaab =

Onde: Eaab = erro absoluto expresso na unidade da grandeza medida. G = Valor nominal do instrumento E = erro percentual Exemplo: Supomos que um voltímetro de 150V fim de escala, com classe de exatidão 1.5 e no

qual desejamos determinar o erro absoluto no valor de 70V. R: 2.25V Isto significa que o voltímetro estará dentro da sua classe de exatidão se indicar

valores na faixa entre 67.75 e 72.25V . Nos instrumentos de medição, classe de exatidão pelo seu índice é indicada na parte inferior da escala.

Para instrumentos de índice de classe menor haverá um valor mais elevado da aquisição. Isto significa que a escolha do instrumento deverá ser criteriosa. Por exemplo para uma finalidade com grande precisão o valor do instrumento poderá ser alto. Inversamente economizado na aquisição dos instrumentos , poderá haver ou acidentes no processamento de medição industrial que serão muitas vezes maior que a economia pretendida.

02.0 : Instrumentos de bobina móvel e imã permanente ( BMIP ) 02.1: Principio de funcionamento: Os instrumentos de bobina móvel e imã permanente funcionam com base na ação

reciproca entre uma bobina, na qual esta circulando uma corrente, eo campo magnético de um imã permanente.

Sistema de Ímã permanente ( Bobina Móvel )


Um magneto em forma de ferradura é usado para produzir o campo magnético estacionário, ao centro há um núcleo de ferro doce no qual vai enrolado na bobina.


02.2 : Porque funciona somente em corrente continua : Se aplicarmos uma corrente alternada ( CA ), a cada vez que a corrente mudar de

polaridade, a bobina tentará inverter seu sentido de deflexão. Se a corrente mudar de sentido mais do que algumas vezes por segundo, a bobina não conseguirá segui-la devido a inerca e o ponteiro ficará imobilizado.


02.3 : Vantagens A : Bastante preciso B : alta sensibilidade C : Baixo consumo próprio D : Amortecimento perfeito, devido as correntes parasitas ( coretel de alumínio da

bobina ). E : São poucas sensiveis aos campos magnéticos externos . 02.4 : Desvantagens A : alto preço B : Não resiste a sobrecarga C : São instrumentos polarizados D : Só medem grandezas em DC


02.5 :Aplicações : São empregados nas medições diretas de corrente e tensão continua de baixos

valores, resistências; medições indiretas tais como temperatura, umidade, pressão; medição de corrente e tensão alternada mediante emprego de retificadores.

03.0 : Instrumentos térmico: 03.1 : Principio de funcionamento: O funcionamento deste instrumentos é baseado no efeito calorifico ( Efeito jaule ), ou

seja, uma corrente ao percorrer um condutor aquece esse condutor provocando a dilatação; essa dilatação produz um desvio no ponteiro através de uma transmissão de calor elástica.

Primeiramente, vamos colocar um fio fino num circuito elétrico e vamos ligar o

circuito em uma fonte DC.

Observando que o condutor ao ser percorrido por uma corrente DC, se aquece e dilata.

Agora vamos inverter o sentido da corrente :

O condutor se aqueceu e dilatou, com isto podemos concluir que a dilatação do

condutor independente do sentido da corente, em outras palavras, podemos ligar tanto em DC ou em CA.


Sabemos que a corrente ao percorrer um condutor aquece e se dilata o mesmo. Esta

dilatação e proporcional a corrente que percorre o condutor.

PEQUENA CORRENTE PEQUENA DILATAÇÃO

GRANDE CORRENTE GRANDE DILATAÇÃO

RESUMINDO


03.2: Vantagens: A : medem grandezas elétricas tanto em DC quanto em AC. B : Fácil de fabricação D : São relativos e baratos E : São insensíveis a campo magnéticos externos. 03.3 : Desvantagens: A : Não são muitos precisos, pois se deixam influenciar pelas variações de

temperaturas ambiente; C : Não resistem a sobre carga D : Alto consumo próprio E: Não conservam calibragem por muito tempo F : Escala não é linear. 03.4 : Aplicações: As suas causas são limitadas devido as características acima citadas. São usados

em medidas onde não se exigem muita precisão. Atualmente os instrumentos térmicos estão fora de uso e foram substituídos com grande vantagens pelos instrumentos de bobina móvel e ferro móvel.

04.0 : Instrumentos de ferro móvel: São também conhecidos como ferromagnéticos e eletromagnéticos. 04.1 : Tipos A : atração:


Temos uma bobina fixa, que quando percorrida por uma corrente elétrica cria um

campo magnético, com as mesmas propriedades do campo magnético de um imã. Havendo dentro deste campo uma peça de ferro móvel esta extraída para a região de maior concentração de linhas. No momento em que a barra de ferro for atraída para o interior da bobina, ela deslocará o ponteiro sobre a escala graduada, marcando o valor da grandeza elétrica.

B : Repulsão : São os mais utilizados. Possuem no interior do enrolamento da bobina duas laminas

de ferro com formato indicado na fig: abaixo: Quando a bobina for percorrida por uma corrente , o campo magnético produzido

pela mesma magnetizará ambas as laminas com a mesma polaridade. Em uma das extremidades teremos pólos “N-N” e na outra pólos “S-S” . Podemos que as lâminas de ferro doce irão se repelir, devido ao principio de que pólos iguais se repelem.

A repulsão entre duas lâminas de ferro doce independe do sentido de corrente, por

esta razão, esses instrumentos são usados em DC ou AC.


04.2 : Vantagens A : Podem ser utilizados em DC ou AC. B : Construção robusta e simples C : O elemento móvel não conduz corrente, logo não é danificado por sobrecorrente D : Baixo custo devido a facilidade de produção em serie E : Em DC Apresenta uma precisão de 98% a 99% quando calibrado F : São muitos apropriados como instrumentos de painéis 04.3 : Desvantagens: A : São sensíveis a influencia de campos magnéticos externos B : em DC podem apresentar erros devido ao magnetismo residual C : menor precisão, em comparação aos do BMIP. 04.4 : Aplicações : São empregados nas medições de corrente e tensão em CA e DC.

PARTE 02:


01.0 : Instrumentos eletrodinâmicos

01.1 : Principio de funcionamento

É um instrumento capaz de medir tanto a corrente continua quanto a alternada . O funcionamento é bastante na ação de duas bobinas através das quais circulam

correntes. O movimento do conjugado móvel bobina móvel, resulta da interação entre o campo

magnético criado pela corrente da bobina fixa e a corrente da bobina móvel. Com a passagem das correntes as bobinas apresentam a mesma polaridade e assim levarão o penteiro a deflexão por repulsão. A inversão simultânea da corrente nas bobinas variará o sentido da força de interação. Por isso os instrumentos eletrodinâmicos são empregados tanto nas circuitos de corrente continua, como corrente alternada.

Vantagens: A: Medem grandezas elétricas tanto em DC como em CA B: Boa precisão Desvantagens: A: Elemento móvel conduzindo corrente B: Alto consumo próprio C: Baixa sensibilidade D: Não resistem muito o sobrecarga E: Sensíveis a campos magnéticas externos

Aplicações:

Os instrumentos eletrodinâmicos podem ser utilizados como amperímetros, voltímetro, frequencímetro e medidores de potência em CA. O emprego mais freqüente é para a medição de potência em CA, como estudado neste capítulo.


Como via de regra, nestes instrumentos usa-se o sistema amortecedor pneumático.

01.2 : Wattímetro Eletrodinâmico monofásico:

Como a potência de um determinado sistema está diretamente ligada, a intensidade da corrente e tensão, este instrumento possui uma bobina de tensão de corrente , sendo o torque sobre a bobina móvel diretamente proporcional as intensidade e a desafazem entre elas .

Devida a disposição destas bobinas o wattímetro é um instrumento capaz de medir a

potência ativa de um circuito independente do tipo de carga que esta ligado ao circuito.

A bobina móvel é composta por um fio muito, e possui muitas espiras, colocada no interior da bobina fixa.

Como podemos observar a bobina de corrente ( FIXA ) esta ligada em serie com a

carga, enquanto a bobina de tensão ficará em paralelo com a carga. Ligado a bobina móvel temos o ponteiro que se deslocará sobre a escala, desde sua ligação seja corretamente executado.

Como a deflexão do ponteiro depende do campo magn’rtico criado nas bobinas, e

elas estão dispostas de forma que para qualquer sentido de corrente haverá sempre repulsão entre elas, concluirmos que este instrumento pode ser utilizado tanto em DC como em CA

01.3 : Esquemas de ligação e leitura de instrumentos: A : Wattímetro com escala em divisões.


lidasdivisões de Nº * K PL

) wattímetro do constante ( çãomultiplica de FatorK

escla dadivisões deºNcorrente de Esc * tensão de Esc.

çãomultiplica de Fator

=

=

=

B : wattímetro com escala em Watts

Quando utilizamos o wattímetro é aconselhável utilizarmos um voltímetro e um amperímetro ligado ao circuito para podermos selecionar as escalas de tensão e corrente, evitando a ocorrência de erros relativos muitos elevados por utilizarmos a escala do wattímetro muito próximo a do inicio. 01.4 : Representação do wattímetro no circuito:


01.5 : Utilização do wattímetro:

02.0 : Medidor de volt-ampere-reativo Eletrodinâmico:

02.1: Introdução:

O medidor de volt-ampere-reativo é um instrumento eletrodinâmico que tem a finalidade de medir a potência reativa dos circuitos elétricos e possui o mesmo principio de funcionamento do wattímetro. Entretanto com a bobina de tensão ele possui um circuito defasador, que é composto por uma indutância em série com a bobina de tensão.

Devido a indutância colocada em série com a bobina de tensão o torque sobre esta bobina será proporcional ao campo magnético criado pela componente da corrente da carga que esta defasada de 90 º em relação a tensão.


Como a maioria das cargas dos sistemas elétricos tem comportamento indutivo,

estando corretamente ligado, o medidor de VAR é projetado para defletir no sentido da escala quando a carga é indutiva.

Quando tivermos uma carga capacitiva a sua deflexão será para traz neste caso,

devemos inverter a ligação da bobina de tensão ou de corrente para que ele possa defletir corretamente, sempre que a carga é capacitiva.

03.0 : cossifimetro Monofásico

03.1: Introdução:

O cossefímetro é um instrumento com a finalidade de medir o fator de potência dos circuitos elétricos. Como o FP é uma função direta da defasazem entre tensão e a corrente, ele deve possuir pelo menos uma bobina de corrente e uma bobina de tensão, sendo o torque sobre as bobinas diretamente proporcionais ás intensidade de campo nas bobinas e a desafazem entre as duas grandezas.

Este instrumento possui junto com a bobina de tensão um circuito defasado composto por um resistir r um indutor, conforme o esquema abaixo.

Como o fator de potência dos circuitos elétricos pode Ter comportamento resistido,

indutivo ou capacitivo a deflexão do ponteiro pode ocorrer nos dois sentidos da escala.


A corrente que circula pelas bobinas de tensão está previamente definitivapor um projeto, sendo que a corrente de carga pode ser variável, desde que, não seja inferior a 30% da corrente do instrumento.

03.2: Esquema de ligação

03.3: Representação do cossefimetro no circuito

04.0: Medida de potência em circuitos trifásicos. 04.1: Medida de potência trifásica utilizando um wattímetro monofásico.


Este método de medida de potência só poderá ser utilizado em circuitos trifásicos, para sistemas equilibrados, porque quando temos um sistema equilibrado as impedâncias são iguais, consequentemente terão a mesma potência dissipada em todos os ramos.

A : Carga ligada em estrela de 4 fios equilibrada.

cosf*If*VfW

cosf*Ia*VanW

wattímetro no lida Potência

=

=

Desde que a corrente na bobina de corrente do instrumento é a corrente de uma fase

e a tensão da bobina de tensão é a tensão dessa fase, a leitura do wattímetro representa a potência dessa fase. Como a carga e equilibrada, a potência do sistema é 3 vezes o valor da leitura.

Evidentemente, se dispuser de 3 wattímetros e for instalado um cada fase, a soma

das leituras também dá a leitura ptocurada.


B: Carga ligada em estrela de 3 fios com ponto comum acessível.

Sendo utilizado equilibrado, ele terá o mesmo comportamento do circuito a 4 fios.

Logo as tensões e as correntes sobre as impedâncias são, Iguais e a somatória das correspondentes no ponto “O “é igual a zero.

W*330Pfcos*If*Vf*3Pfcos*If*VfWfcos*Ia*VaoW ====

C: Carga equilibrada ligada em triângulo.

W*330Pfcos*Ica*VacW ===== If Ica VfVlVac 04.2: Método dos dois wattímetros .


Este método de medida pode ser utilizado para qualquer sistema trifásico a três

condutores equilibrados ou desequilibrado; em triângulos ou estrela. Por este método a potência trifásica é determinada pela soma das duas potências ligadas nos wattíometros .

Os dois wattímetros podem ser instalados conforme um dos esquema seguintes. A potência total trifásica será a soma algébrica das potências lidas em cada um dos

wattímetros. Considerando a conexão B:

P30 = Wa + Wc Através da leitura feita dos wattíemtros podemos determinar a potência reativa do

circuito e de posse destas duas potências podemos determinar o fator de potência do circuito.

)Wa-Wc(3Q =

Para a seqüência positiva:

)Wa-Wc(3)Wc-Wb(3 )Wb-Wa(3Q30 === Para seqüência negativa, basta trocar a ordem dos wattíemtros Wa, Wb e Wc.


A importância prática de colocar a o ponto “0 “em qualquer das 3 linhas reside no fato de permitir o uso de, apenas, dos wattímetros na medida do sistema trifásico.

04.3: Determinação do fator de potência utilizando os dois wattímetros.

WaWc

Wa)-Wc(3WcWb

Wc)-Wb(3WbWa

Wb)-Wa(3Tg

30P30Q

Tg+

=+

=+

==

05.0: Transformadores para instrumentos de medidas. Em circuitos de alta tensão e de intensidade de corrente muito elevado, não e

praticável a ligação dos instrumentos diretamente a linha á linha por isso usa-se os transformadores de medidas. Há duas vantagens básicas apresentadas pela utilização dos instrumentos de medidas através dos transformadores. Primário, pode-se utilizar instrumentos com escalas padronizadas pora um campo muito vasto de medidas e em segundo lugar evita-se que o operador manuseie instrumentos submetidos a tensão muito elevados, diminuindo risco de acidentes.

Os transformadores de instrumentos são classificados de modo geral, wm dois

tipos: A : transformadores de potencial. B : Transformadores de corrente. O transformador de potencial, tem seu secundário ligado um ou vários voltímetros e

as bobinas de tensão de outros instrumentos. O transformador de corrente tem o seu secundário ligado a um ou vários amperímetros e as bobinas de corrente de outros instrumentos.

O transformador de potencial, tem seu secundário ligado a um ou vários voltímetros

e as bobinas de tensão de outros instrumentos. O transformador de corrente tem seu secundário ligado a um ou vários amperímetros e as bobinas de corrente de outros instrumentos .

Os transformadores de medidas podem ser utilizados em, voltímetros, amperímetros,

fasímetro, medidores de VAR, wattímetro e também podem ser ligados a dispositivos de proteção a regulação, como também em dispositivos de controle.

05.1: transformadores de corrente (TC). Os transformadores de corrente para a medição são utilizados para medir a corrente

em uma linha de corrente alternada, cuja intensidade é muito elevada e desejamos utilizar um instrumento de escala padronizada. O enrolamento primário do TC é ligado em série com a linha, e o secundário fechado em curto circuito, ou através de um amperímetro ou bobina de corrente de outros instrumentos.


Como o secundário do TC está em curto ou possui uma impedância muito pequena a

ele ligada, a tensão do secundário será muito pequena, então , o fluxo mútuo e a corrente de magnetização também serão muito pequenas e os efeitos de saturação serão minimizados.

Se o transformador for removido do secundário do TC, ficando o trafo em aberto, não

haverá oposição a passagem do fluxo magnético. Consequentemente, o fluxo no núcleos atingirá valores muito elevados e , tendo em vista que ele é um transformador, as tensões nos seus terminais atingirão valores perigosos. Por isso e para a proteção do operador o secundário do TC jamais deve ficar aberto quando ele estiver energizado. ( Geralmente existe uma chave de curto circuito que só é aberta quando o amperímetro estiver colocado ) .

A corrente no secundário do TC, é determinada pela corrente que circula no primário,

sendo que o valor desta corrente é de acordo com o que a carga solicita. Os transformadores de corrente possuem sempre a corrente no primário T1 maior que a corrente no secundário I2 sendo por isto considerando, na pratica, como rebaixador de corrente .

O transformador de corrente pode ser considerado como uma fonte de corrente, pois

ele procura menter constante a corrente do secundario, independente da impedância a ele ligado.

A relação de transformação de corrente para TC’s comerciais são estabelecidos por

norma, de acordo com a sua utilização. 05.2: Tipos de transformadores de corrente: A : Portátil ( abrigado ) B : Enrolado C : Janela ( com ou sem barra primária ) D : Ao tempo ( desabrigado ). 05.3 : esquema de ligação de um TC ao circuito.


05.4 : transformador de potencial ( TP ). A teoria de funcionamento do TP é a mesma para o transformador de força. A

diferença básica entre eles é que o TP transfere uma potência menor para o secundário. E aceitável fazer uma comparação entre o TP e o trafo de força, pois ambos tem a

mesma relação de transformação: Como a energia elétrica a ser transferida do primário para o secundário no TP é bem menor, a corrente será muito pequena. Logo , possuirá maior numero de espiras fazendo com que o trafo funcione com menor densidade de fluxo magnético e, consequentemente, seu núcleo será menor do que o do trafo de força para a mesma relação de transformação.

O secundário do TP deve ser aterrado que se por ventura houver o rompimento do

isolante, o operador não fica sujeito a alta tensão. 05.5: Esquema de ligação do TP ao circuito.

05.6: Cuidados na utilização do TC e TP. TC A : O TC, quando energizado não [pode Ter o seu secundário aberto, pois, caso isto

aconteça o operador corre perigo de vida e o equipamento será danificado. B : Quando for necessário a retirada do instrumento ligado ao seu secundário do TC,

devemos curto circuitar os seus terminais para depois retirar o instrumento.


C : O número de instrumentos ligados ao secundário do TC é limitado pela tensão em seus terminais e pela potência que ele pode fornecer, que é sempre muito pequena.

TP A : O secundário do TP jamais poderá ser curto circuitado, pois isto provocará uma

elevação muito grande na corrente, danificando-o . O seu secundário deve ser sempre ser ligado a bobina de tensão dos instrumentos ou permanentemente aberto .

B : O número de instrumentos que pode ser ligado ao secundário do TP é limitado

pela potência que ele fornecerá . Observações: 1.0 : O TP possui este nome porque ele transforma os níveis de tensão , mantendo a

tensão secundário praticamente constante dentro dos seus limites , independente da carga.

2.0 : O TC possui este nome porque apenas transforma, níveis de corrente, mantendo-se constante no secundário mesmo quando ocorre variação da impediência no seu secundário. O valor da corrente no secundário só varia se houver uma variação de corrente no primário.

6.0 : Rigidez dielétrico de óleos isolante. O poder dielétrico ou a rigidez dielétrico é a medida da capacidade do óleo de resistir

as tensões elétricas. É expresso pela máxima tensão que se pode aplicar sem que haja descargas disrruptivas entre os eletrodos de dimensões e distancias de separação especificadas quando imersos no óleo. A descarga disrruptiva se indentifica pela formação de um arco entre eles.

A tensão disrruptiva depende da forma e dimensões dos eletrodos e da distância

entre eles e das condições de ensaio. 06.1 : Características dos óleos isolante. 1.0 : Umidade. A água, por menor que seja a quantidade em suspensão no óleo, reduz

cinsideravelmente a sua capacidade de suportar tensões sobre ele aplicada. Por este fato é imprescindível evitar qualquer contaminação do óleo com a água, quer em serviço, quer durante o armazenamento. Deve separar-se do óleo a água ou qualquer impureza que por ventura exista misturada ou possam penetrar nos trafos e chaves onde ele está sendo utilizado. Para que suas propriedades sejam mantidas por um longo tempo.

2.0 : Viscosidade.


Os óleos para trafos, chaves e disjuntores devem ser pouco viscosos para que possam circular mais rapidamente dissipando melhor calor e também podem atuar na exatidão do arco elétrico na operação dos disjuntores. Sendo o óleo pouco viscoso ele não impede a movimentação das partes móveis das chaves e disjuntores.

3.0 : Resistência a exatidão . Os óleos dielétricos devem ter alta estabilidade á oxidação para evitar a formação

de ácidos e borras, produtos estes altamente danosos ao equipamento. A borra prejudica o resfriamento e o isolante, e os ácidos contaminam a atmosfera sobre o óleo e o aumento da corrosão.

06.2 : Amostras de óleos dielétricos. Cuidados especiais devem ser tomados na retirada das amostra para analise, para

que não sejam contaminadas. Devemos utilizar recipiente de vidro, devidamente limpos e secos, de preferencia com rôlha de vidro e na folha desta pode-se usar uma cortiça recoberta com estanho com estanho ou folhas de alumínio. A rolha de ser de plástico.

Quando fizermos a retirada do óleo devemos deixar escorrer um pouco antes de

recolhermos a amostra a fim de limpar o bico da drenagem. As amostras devem ser envoltas em papel opção, afim de proteger o óleo da ação

da luz. A amostras devem ser rotuladas com os seguintes dados: A. marca do trafo B. óleo usado C. tempo de uso D. potência do trafo E. nome e endereço do local onde o trafo está instalado 06. Recuperação do óleo: Quando for economicamente viável a recuperação do óleo esta pode ser feita pelos

seguintes processos:

A. filtração ou tratamento a vácuo B. centrifugação 06.4 : medidor de rigidez dieltrica de óleos isolante. Estes aparelhos são basicamente construídos para produzir uma elevação de tensão

em seus terminais. Onde estão ligados os eletrodos e não normalmente constituído de : 1.0. Um auto trafo a ser ligado a rede e cuja a tensão de saída pode variar

continuamente a partir de zero.


2.0. Um trafo elevador cujo primário é ligado ao secundário do auto-trafo e o secundário é ligado aos eletrodos.

3.0. Um voltímetro que indicará o valor da tensão disrruptiva. 4.0. Proteção através de fusíveis e disjuntores. 5.0. Recipiente de ensaio ( cuba ) de material isolante e inatacável pela gasolina

ou bensina.

06.5: Metodo de ensaio: 1.0 Limpar a cuba e os eletrodos com camurça ou papel e lavá-los com bensina ou

gasolina ate que fique isentos de fibras. 2.0 Ajustar a distância da cuba e do óleo para o valor correspondente ao sistema de

ensaio. 3.0 A temperatura da cuba e do óleo devem estar entre 20º a 30ºC e a de ambos

devem ser a mesma. Para temperaturas fora destes limites os resultados não serão os corretos.

4.0 Colocar o óleo na cuba ate cobrir complemente os eletrodos. (o nivél normalmente vem indicado no recipiente )

5.0 Agitar o óleo em movimento circular a fim de que ele seja homogêneo antes de ensaio. Isto é fundamental em óleos já utilizados, pois as impurezas rendem a depositarem-se no fundo durante o ensaio.

6.0 Aguardar inicialmente três minutos antes de começar a variação de tensão para que as bolhas de ar sejam eliminadas

7.0 Reproduzir a variação de tensão na ordem de 3Kv por segundo ate que se verifique uma descarga continua a qual segue-se o desligamento automatico do aparelho. Desprezar as descargas ocasionais e momentâneas se possa verificar.

8.0 Após cada descarga deve ser suavemente agitado para afastar as particulas de carvão, mas com cuidado para não introduzir bolhas de ar novamente no óleo. Aguardar durante um minuto entre operações de prova.


9.0 Realizar cinco ensaios consecutivos com intervalos de um minuto para a mesma amostra. Após estes cinco ensaios o óleo deve ser renovado. Continuar o ensaio ate que de três séries de cinco ensaios não apresente uma diferença maior que 10%.

06.6 : Tabela constante “C “

Afastamneto CEB USE VDE ASE BSS ASA

1.0 mm 10.7 10.5 0.1 10.5 10.5 10 2.0 mm 5.7 5.6 5.2 5.6 5.6 5 3.0 mm 3.9 3.5 3.9 3.9 ----- 4.0 mm 3.1 ----- 3.1 3.0 ----

Kv/Cm = * Kv ( lido )

Tipos de eletrodos:

1.0 CEB ELETRODO ESFÉRICO COM DIAMETRO DE 10.0mm 2.0 USE/A

SE ELETRODO ESFÉRICO COM DIAMETRO DE 12.5 mm

3.0 BSS ELETRODO ESFÉRICO COM DIAMETRO DE 13.0 mm 4.0 VDE CALOTA ESFÉRICA COM DIAMETRO DE 50.0 mm E RAIO DE 25.0mm 5.0 ASA PLACAS PLANAS COM DIAMETRO DE 1.0 mm Observação:

Para placas planas de 1”de diametro e afastamento de 0.1”, o valor minimo para ocorrer a tensão disrruptiva e de 22 KV.

07.0 Freqüencímetro. A medição da freqüência da corrente alternada pode efetuar-se por comparação com

uma ou outro freqüência conhecida e através de métodos denominados de ressonância. Os métodos comparativos são variados e de atenção a medidas de laboratórios . Os métodos de ressonância são usados na industria e nas aplicações comuns,

permitindo os instrumentos deste tipo realizar leituras diretas. 07.1 freqüencimetros eletrodinâmicos. Os freqüencimetros eletrodinâmicos são construídos com circuitos eletricamente

ressonantes. Como regra geral possuem dois circuitos sintonizados: um deles em uma freqüência

menor que pode indicar o instrumento, estando o segundo circuito, em uma freqüência ligeiramente superior á máxima.

Estes sistemas ressonantes são combinados com sistemas eletrodinâmicos de bobina cruzadas. Funcionam baseado no fato de que a corrente que circula através de


uma reatância diminui ao aumentar a freqüência , ao passo que aumenta ao circular por uma reatância capacitiva.

07.2 Freqüência de lingüeta vibratória. Estes instrumentos baseiam-se em um princípio de ressonância mecânica . A ressonância entre os períodos dos momentos vibratórios de um determinado


corpo, o que é próprios dos momentos vibratórios de um determinado corpo, o que lhe é o próprio e o ele recebe isto é movimentos de vibrações forçadas cuja amplitude é a máxima.

Assim, por um percurso qualquer , cria-se outro movimento oscilatório de igual freqüência, denominando-se excitador ao primeiro sistema e ressonância ao segundo.

Uma lâmina de aço submetida á influencia de um campo magnético alternado vibrará com amplitude máxima quando a freqüência de campo magnético coincida com a freqüência própria da ressonância da lingüeta.

Baseado neste principio constroen-se freqüencimetros denominados de liquetas vibratória as lingüetas destes instrumentos possuem as extremidades anteriores dobradas e de cor branca, ajustando-se mecanicamente para que possuam diferentes freqüências de oscilações própria, dispondo-se uma ao lado da a outra.

Se são exiladas mediante um campo alternado de um eletroimã por ressonância, oscilará com o máximo de intensidade a lingüeta, cuja freqüência própria coincida com a corrente excitante.

Estes freqüencímetros devido a sua construção simples e a sua exatidão ( toleranca entre 0.3 a 0.5 % ) são os maios empregados, tanto no campo como laboratório.

Ajustagem dos aparelhos de lingüeta é relativamente simples, apresentado porém o inconveniente de desajustes quando o aço empregado na confecção das lingüetas não é de ótima qualidade e não é submetido a tratamento térmico .

08.0 ponte de WHEATSTONE. É um instrumento que serve para diminuir o valor de resistência desconhecida com

grande precisão. 08.3 Principio de funcionamento.

R1 e R2 Resistência fixa e de valor conhecido R3 Resistência variável Rx Resistência desconhecida


G Galvanômetro V Bateria

08.3 Principio de funcinamento 1.0 Para que a ponte esteja em equilibrio I0=0 2.0 Para que o Ig seja igual a zero é necessário que o Vcd = 0 3.0 Para que a tensão Vcd=0, temos que Ter a queda de tensão Vac=Vad e

Vcb=Vdb

( )

( )

3R*2R1R*Rx

:temos,1equaçãona2equaçãoadoSubstituin

23R

Rx2I1I

VdbVcbtomando

11R2R

2I1I

VadVactomando

=

==

==

08.4 ponte Wheaststone de fio.


09.0 luximetro. É um instrumento que se destina o nível de iluminamento ( lux ) em ambientes

abertos ou fechados onde existe iluminação natural e / ou artificial. 09.2 Fotocélula. 09.3 Tipos de levantamentos .

1.0. Geral; É feita uma medida a cada M2 com a fotocélula a 85 cm do piso. Depois é feita a média das leitura efetuadas . 3.0 Local de trabalho ; A medida é efetuada sobre o local de trabalho . pode-se também fazer uma media

das leitura efetuadas.

Obs: Em ambos os casos devemos verificar se os valores obtidos estão de acordo com os previsto em norma.

instrumentos de medidas elétricas c - senai

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