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Transcrição

Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI
Disciplina ELE505 - Medidas
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
•
•
Cap.4 - Medição de Tensão e Corrente
Cap. 5 - Medidas com Multímetros
Analógicos e Digitais
Prof. Dr. Fernando Nunes Belchior
[email protected]
[email protected]
Prof. Fernando Belchior – Março/2014
Medição de Tensão e Corrente e Multímetros
Universidade
de Itajubá
- UNIFEI
Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
Medição de Tensão – A.Voltímetro
• Existem voltímetros para medições em corrente contínua e
alternada.
• Devem ser ligados em paralelo no circuito cuja diferença
de potencial se quer medir.
Idealmente, resistência do voltímetro seria igual a
infinito.
Rm
V
S
Im
G
Voltímetro construído a partir de um
galvanômetro G, de resistência interna Rm.
Universidade
de Itajubá
- UNIFEI
Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
Medição de Tensão – A.Voltímetro
• Em CA, não é necessário preocupar-se com a sua polaridade, isto é,
qualquer um dos seus terminais pode ser conectado à fonte ou à carga.
• Em CC é necessário verificar os pólos, para que não haja inversão da leitura
e respectivo deslocamento do ponteiro abaixo do zero da escala.
Voltímetro de
zero central
Prof. Fernando
– Março/2014
Voltímetro
de Belchior
bancada
Voltímetro de painel
Medição
de Tensão e Corrente e Multímetros
Voltímetro
digital
Universidade
de Itajubá
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
Medição de Tensão
Aumento de Faixa de medição com Resistência em Série com o
Voltímetro
UTILIZAÇÃO DO DIVISOR DE TENSÃO: Resistor inserido em série com o
voltímetro.
Caso o voltímetro deva ser utilizado para uma faixa de medição n vezes superior a
existente (fator de amplificação n), então uma parte da tensão será nele aplicada e
(n-1) partes na resistência.
Rs  (n - 1) . Rv
• Exercício:
Qual deve ser o valor de uma
resistência série para ampliar
o fundo de escala do
voltímetro, cuja resistência
interna é de 2kΩ, de 12V para
60V ?
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
B. Ponta de Prova ou Ponteira de Tensão
UTILIZADA EM OSCILOSCÓPIOS OU
MULTÍMETROS
• Pode ser 1X, 10X, 20X, 50X,
100X, 1000X
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
C. TP – Transformador de Potencial
Terminais de entrada
Transformador convencional com saída
(secundário) padronizada em V2=115V.
O circuito primário de um TP é inserido
entre os terminais da rede de alimentação
de uma instalação ou equipamento onde
se deseja medições.
O circuito secundário alimenta as bobinas
de corrente dos aparelhos destinados para
tal fim.
V1 – Tensão no primário
𝑽𝟏
𝑽𝟐
Terminais de saída
=
𝑵𝟏
𝑵𝟐
V2 – Tensão no secundário
N1 – Número de espiras
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
D. Sensores de Tensão por Efeito Hall
Note-se que a sua grande vantagem é a capacidade de medir tanto tensão contínua como
alternada em um único instrumento.
A faixa de operação desse componente é de 10 a 500[V]. Para realizar a medida, é preciso
alimentá-lo com tensões de ±12[V] ou ±15[V].
Trata-se de um medidor com boa linearidade, ótima imunidade contra ruídos, possui uma
Prof. Fernando
Belchior
– Março/2014
grande
largura
de banda
e ótima precisão.
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
Adotando como 220 [V] o valor da tensão nominal, tem-se:
𝐼=
A precisão ótima do transdutor é
obtida pela corrente primária
nominal (10 [mA]). Dessa forma R1
deve ser calculado de modo que, a
diferença de potencial entre +HT e
–HT gere uma corrente igual à
nominal.
𝑉
𝑅

𝑅=
220 [𝑉]
𝟏𝟎𝒎 [𝐴]
 R1 = 22KΩ
Já RM deve ser calculado analisando o valor desejado para a saída.
Quando em seu funcionamento nominal, a saída apresenta uma corrente
de 25 [mA].
Adotando o valor máximo da tensão no secundário como 10 [V] para a
tensão nominal na entrada, tem-se:
𝐼=
𝑉
𝑅

𝑅𝑀 =
10,0 [𝑉]
25𝒎 [𝐴]
 R M = 400Ω
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
Testes com o sensor LV25-P
1-) Inserção de um sinal oriundo da
rede (110 [V]).
2-) Inserção de um sinal com 60Hz, adicionado
a sinais de 120Hz, 180Hz e 300Hz.
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
Resumindo...
•
Voltímetros CC e CA, com ou sem aumento da faixa de medição;
•
Ponta de Prova ou Ponteira de Tensão;
•
Transformador de Potencial - TP;
•
Sensores de Tensão por Efeito Hall.
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
Medição de Corrente – A. Amperímetro
• Existem amperímetros para medições em corrente contínua e alternada.
• Devem ser ligados em série no circuito cuja corrente se quer medir.
Idealmente, resistência do amperímetro seria igual a zero.
shunts
I
Rm
Im
G
S
Amperímetro construído a partir de um
galvanômetro G, de resistência interna Rm.
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
Medição de Corrente – A. Amperímetro
• Em CA, não é necessário preocupar-se com a sua polaridade, isto é,
qualquer um dos seus terminais pode ser conectado à fonte ou à carga.
• Em CC é necessário se ater ao sentido da corrente se o amperímetro for de
bobina móvel. Entrada de corrente: pólo positivo (+), normalmente indicado
pela cor vermelha) e Saída de corrente: pólo negativo (-), normalmente
indicado pela cor preta).
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
Medição de Corrente
Aumento de Faixa de medição Com Resistência em Paralelo com o
Amperímetro
UTILIZAÇÃO DO SHUNT OU DERIVADOR: Resistor inserido em paralelo com o
amperímetro.
Caso o amperímetro deva ser utilizado para uma faixa de medição n vezes
superior a existente (fator de amplificação n), então uma parte da corrente
passará pelo amperímetro e (n-1) partes deverão passar pelo shunt.
Ri
Rs =
n -1
• Exemplo 1:
Qual deve ser o valor de
uma resistência shunt para
ampliar o fundo de escala
de
amperímetro,
cuja
resistência interna é de
1,8Ω, de 1A para 10A ?
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de Itajubá
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
Aumento de Faixa de medição Com Resistência em Paralelo com o
Amperímetro
UTILIZAÇÃO DO SHUNT OU DERIVADOR: Resistor inserido em paralelo com o
amperímetro.
• Exemplo 2: Sabendo-se que o range de um amperímetro é de 0-100mA e sua resistência
interna de 2,7Ω; pergunta-se: Ao inserir uma resistência "shunt" de 0,3Ω; qual será a nova
faixa de medição?
R
Rs =
i
n -1
• Exemplo 3: Considerando-se o sistema de medição do exemplo anterior, com range do
amperímetro é de 0-100mA e resistência interna de 2,7Ω, pergunta-se: qual o valor da
corrente I quando o amperímetro indica IA=95 mA?
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
B. Shunt Resistivo
Empregado para medições de correntes
elevadas
Ao circular por ele a corrente que se quer medir, pela
lei de Ohm, resultará uma tensão em seus terminais.
As tensões de saída nominais, geralmente, se
encontram na faixa de 30 a 300 mV.
Os shunts possuem uma queda de tensão
padronizada para uma determinada corrente
(exemplo: 200Ac.c./60mVc.c.), permitindo que o sinal
de medição (60mVc.c., 150mVc.c. ou 300mVc.c.) seja
levado a um transdutor analógico, indicador
analógico ou indicador digital.
• Exercício:
Qual é o valor da corrente em circuito, se nos
terminais de um shunt resistivo de 100A / 30mV
Medição
de Tensão
e Corrente e Multímetros
obteve-se 18mV medidos
com
um milivoltímetro?
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
C. TC – Transformador de Corrente
O circuito primário de um TC é ligado em
série com a alimentação de uma instalação
ou equipamento onde se deseja medições.
O circuito secundário alimenta as bobinas
de corrente dos aparelhos destinados para
tal fim, ou seja, medição de corrente.
Transformador convencional com
(secundário) padronizada em I2=5A.
saída
I1 – Corrente no primário
𝑰𝟏
𝑰𝟐
=
𝑵𝟐
𝑵𝟏
I2 – Corrente no secundário
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
Sensores de Corrente por Efeito Hall
São dispositivos semicondutores que geram um
sinal de corrente quando são inseridos em um
campo magnético e uma tensão é aplicada a eles.
A corrente de saída desses sensores é
proporcional à densidade de fluxo do campo
magnético.
Por outro lado, sabe-se que corrente circulando
em um condutor produz um campo magnético e,
sendo assim, é possível medi-la empregando
esse tipo de sensor.
Note-se que a sua grande vantagem é a
capacidade de medir tanto corrente contínua
como alternada em um único instrumento.
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
Modelos LA 100-P (100A) e LA 55-P (55A) – tipo janela
. Necessita ser alimentado com tensão de 5 [V] e medem
valores de até 100[A] e 55 [A], respectivamente.
. Não existe resistência conectada ao primário;
. O valor de corrente do secundário é o mesmo para os dois
casos – 50mA.
𝑉
𝟏𝟎 [𝑉]
𝐼=
𝑅
 𝑅=
0,0𝟓 [𝐴]
 R 𝑴 = 2𝟎𝟎Ω
Modelo LEM LTS15-NP
. Necessita ser alimentado com tensão de 5 [V] e identificam valores
de 0 a 15 [A].
. Como resposta de saída, é atribuído um valor de tensão
proporcional.
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
Testes com o sensor LTS-15 NP
1-) Corrente com sinal de 120Hz
somado ao sinal de corrente de 60Hz:
2-) Corrente com sinal de 180Hz e 120Hz
somado ao sinal de corrente de 60Hz
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
E. Amperímetro Alicate
TC com núcleo magnético separável ou basculante
(garras), para facilitar o enlaçamento do condutor
(primário) por onde circula a corrente que se quer
medir. No secundário, tem-se um amperímetro
conectado internamente, cuja indicação é proporcional
à corrente do primário.
Naturalmente, só são possíveis medições de correntes
alternadas para que o fluxo produzido também o seja e
induza tensões (igualmente alternadas) no secundário.
Se for medida as três correntes simultaneamente em
um sistema equilibrado, a leitura será nula.
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de Itajubá
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
E. Amperímetro Alicate
Um segundo tipo de amperímetro alicate é
aquele que emprega um sensor com base
no efeito Hall.
Naturalmente, ele é muito mais versátil que
o anterior, pois permite a medição de
corrente tanto contínua, quanto alternada.
Universidade
de Itajubá
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
F. Pinças Amperímetras
Estas pinças ao invés de incorporar um amperímetro
conectado internamente, disponibilizam uma saída em
tensão (proporcional ao valor da corrente), que pode
ser ligada a um voltímetro ou a um osciloscópio, por
exemplo.
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
G. Bobina de Rogowski
A Bobina de Rogowski é um dispositivo
eletrônico para medição de corrente
alternada (AC);
Mede a corrente elétrica independentemente
da geometria do condutor;
É constituída de um
toróide com
enrolamento uniformemente distribuído em
um núcleo de material não magnético;
Seu princípio de funcionamento está
fundamentado na Lei de Ampère, e na Lei da
Indução de Faraday-Lenz;
Fornece um sinal de saída em tensão.
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de Itajubá
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
Bobina de Rogowski
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Medição
deFederal
Tensão
e Corrente
Resumindo...
•
Amperímetros CC e CA com ou sem aumento da faixa de medição;
•
Shunt Resistivo;
•
Transformador de Corrente – TC;
•
Sensores de Corrente por Efeito Hall;
•
Amperímetro Alicate CC e CA;
•
Pinças Amperimétricas;
•
Bobina de Rogowski.
Federal deAnalógicos
Itajubá - UNIFEIe Digitais
Medidas Universidade
com Multímetros
Multímetros Analógicos
• São essencialmente eletromecânicos, utilizando um
ponteiro para representar o valor da grandeza medida
em uma escala.
• O princípio de funcionamento desses instrumentos é
baseado na atuação de um galvanômetro de quadro
móvel, o qual exige para o seu funcionamento, a
passagem de corrente por uma bobina.
Universidade
Federal de Itajubá - UNIFEI
Multímetros
• Para efetuar uma medição com o
multímetro
deve-se,
primeiramente,
conectar-se as pontas de prova no aparelho
de medição (convencionalmente, vermelha
no terminal positivo e preta no negativo).
A leitura deve ser realizada sempre de
frente e a 90º do mostrador, para reduzir os
erros devido à paralaxe. Cada leitura deve
ser realizada levando-se em conta a
de Tensão
e Corrente e Multímetros
grandezaMedição
e a escala
selecionada.
Universidade
Multímetros
1. Voltímetro - tensão alternada.
Escalas de 1,5 V-500 V;
2. Voltímetro - tensão contínua.
Escalas de 0,15 V-1000 V;
3. Amperímetro - corrente alternada.
Escalas de 0,5 mA-5 A;
4. Amperímetro – corrente contínua.
Escalas de 0,5 mA-5 A;
5. Ohmímetro Escalas de 1-1000 Ω.
Universidade
Multímetros
As medições de tensão sempre são efetuadas com as pontas de prova em
paralelo com as partes do circuito que se deseja medir.
Resistor
Multiplicador
Universidade
Multímetros
A medição de corrente sempre deve ser realizada com as pontas de prova em
série com o circuito, de modo que a corrente que circule pelo multímetro seja a
mesma do circuito.
O valor lido é a queda de tensão em cima de uma
resistência de valor muito baixo que está disposta
internamente no circuito do multímetro (comumente
chamada de resistência ou resistor shunt).
Essa tensão é proporcional à corrente que circula
pela resistência e, assim, a escala de corrente é
ajustada de forma a mostrar o valor de corrente
correspondente à queda tensão.
Universidade
Multímetros
Medição utilizando multímetros alicates, sem ter que abrir o circuito.
Universidade
Multímetros
Medição de Resistência
Conexão em paralelo – Resistência a ser medida deve estar isolada do circuito.
Universidade
Multímetros
Multímetros Digitais – Leituras exibidas em um display
Tipos ou modelos
Multímetro digital com chave seletora
Multímetro digital com teclas de pressão
Universidade
Multímetros
Tipos ou modelos
Multímetro digital com auto range
Multímetro digital com identificador
automático da grandeza
Universidade
Multímetros
Tipos ou modelos
Multímetro digital com indicador de
forma de onda
Multímetro digital de bancada
Universidade
Multímetros
Quanto aos Dígitos
• Fornecem a leitura em forma de dígitos;
• Basicamente, pode ser considerado um conversor analógico digital conectado a um
pequeno circuito de seleção e tratamento;
• Apresenta display e sua resolução é função do número de dígitos, onde o último á
direita representa a menor variação lida por este instrumento.
Calibre 2V, 3 ½ dígitos:
DÍGITOS
CONTAGENS
TOTAL
3½
0 a 1999
2.000
3¾
0 a 3999
4.000
4½
0 a 19999
20.000
4¾
0 a 39999
40.000
Prof.4Fernando
Belchior –0Março/2014
4/5
a 49999
50.000
Visor indicará 1,999V
Calibre 2V, 4 ½ dígitos:
Visor indicará 1,9999V
Calibre 20mA, 4 ½ dígitos:
indicará
19,999mA
MediçãoVisor
de Tensão
e Corrente
e Multímetros
Universidade
Multímetros
Quanto aos Dígitos
• 1/2 dígito – limitado apenas ao
valor 1;
• dígito inteiro, pode assumir
• Pilha;
valores entre 0 e 9 (número 2);
• Desligamento automático;
• Display exibe o número 1.
valores entre 0 e 9 (número 3);
valores entre 0 e 9 (número 4).
Multímetro digital
de 3½ dígitos
A medida de corrente é
de 1,234 mA
Universidade
Multímetros
Quanto aos Dígitos
Mult. digital de 4½ dígitos
Multímetro digital de 6½ dígitos
Mult. digital de 3¾ dígitos
Multímetro digital de 5 4/5 dígitos
Universidade
Multímetros
Medições com o Multímetro Digital – mesma
forma de medir que o analógico
Medição de tensão
Medição de
corrente
Multímetro digital com
garras conectadas aos
terminais através de
adaptadores aplicado à
medição de corrente
Universidade
Multímetros
Teste de diodos
• Em alguns multímetros, a chave seletora pode
apresentar mais de uma função.
• O círculo vermelho destaca que o ponto escolhido
habilita o multímetro tanto para o teste de
continuidade, quanto para o de diodos.
• A escolha entre ambos, nesse aparelho, se faz
pressionando-se o botão seletor de função
(destacado com o círculo amarelo).
• Diodo está conduzindo, ou seja, está se aplicando
uma tensão positiva ao seu anodo e uma negativa ao
seu cátodo. Ao polarizá-lo reversamente, entretanto,
ocorrerá o bloqueio (não conduzirá).
• Caso a polarização fosse inversa ou se o diodo
estivesse aberto (junção rompida), o mostrador
indicaria a não continuidade.
• Se, eventualmente, estivesse curto-circuitado, a
indicação seria nula.
Universidade
Multímetros
Medição de Capacitância
• Deve-se atentar para que o capacitor sempre esteja
descarregado antes de se efetuar quaisquer
medições.
• A descarga pode ser realizada através de um curtocircuito em seus terminais.
Universidade
Multímetros
Medição de Ganho de Transistores
• Alguns multímetros digitais apresentam escalas
para medição de ganho de transistores.
• Neste caso, em geral, eles possuem conectores
específicos para isso (círculo vermelho).
• A chave seletora deve ser colocada no ponto
identificado por, geralmente, hFE.
Universidade
Multímetros
Multímetros Digitais
• O multímetro deve ser conectado em série no
circuito elétrico.
• Para tanto, coloque a chave seletora na escala
mais próxima acima da corrente a ser medida.
• Para isto é necessário saber qual a corrente que
passa pelo circuito.
• Interrompa uma parte do circuito.
Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Prof. Dr. Fernando Nunes Belchior
[email protected]
[email protected]
Obrigado pela atenção !!
FIM

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