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Cap. 1, 2 e 3
Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas
Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Prof. Dr. Fernando Nunes Belchior fnbelchior@hotmail.com fnbelchior@unifei.edu.br
Capítulo 1:
Medidas Elétricas na Manutenção
Cap. 1, 2 e 3
Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas
Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014
Medidas Elétricas na Manutenção
OPERAÇÃO DE MEDIÇÃO:
Se, por exemplo, a medida tem a finalidade de manter uma máquina em
um determinado regime de funcionamento, o esquema de medição é
acrescido de mais uma etapa, ou seja:
Portanto, um instrumento é um dispositivo utilizado para uma medição, sozinho
ou em conjunto, com dispositivo(s) complementar(es), sendo um conjunto
completo destes instrumentos e outros equipamentos acoplados para executar
uma medição específica denominado de sistema de medição.
O método de medição, por sua vez, é uma sequência lógica de operações,
descritas genericamente, aplicadas na execução das medições.
Cap. 1, 2 e 3
Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas
Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014
CATEGORIAS BÁSICAS DE INSTRUMENTOS:
a) analógicos, nos quais o sinal de saída ou a indicação apresenta uma variação
contínua no tempo da grandeza que está sendo medida ou do sinal de entrada;
b) digitais, nos quais o sinal de saída ou a indicação apresenta uma variação
com valores fixos em períodos de tempo da grandeza que está sendo medida
ou do sinal de entrada.
Os termos analógico e digital referem-se à forma de apresentação do sinal ou da
indicação e não ao princípio de funcionamento do instrumento.
Medidas Elétricas na Manutenção
Cap. 1, 2 e 3
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CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS:
À grandeza a ser medida.
Amperímetros (corrente) Voltímetros (tensão)
Ohmímetros (resistência)
Wattímetros (potência ativa), etc.
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CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS:
À apresentação da medida.
Instrumentos
indicadores: Apresentam os valores de
uma ou mais grandezas
simultaneamente no
instante em que ocorrem,
não os retendo no seguinte.
Instrumentos com
mostrador: Apresentam uma
indicação. Ex.;
voltímetro analógico ou
um frequencímetro
digital, entre outros
Instrumentos
registradores: Apresentam o valor da
medida no instante em que
está sendo feita e registra-o
de modo que ele não seja
perdido.
Medidas Elétricas na Manutenção
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CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS:
À apresentação da medida.
Instrumentos integradores: Apresentam o valor acumulado
das medidas efetuadas em um
determinado intervalo de tempo,
como um medidor de energia
elétrica (kWh)
Instrumentos
totalizadores: Determinam o valor
medido através da soma
dos valores parciais da
grandeza, obtidos,
simultânea ou
consecutivamente, de
uma ou mais fontes,
como, por exemplo, um
medidor totalizador de
potência elétrica
(medidor de demanda).
Medidas Elétricas na Manutenção
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CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS:
Ao uso.
Instrumentos industriais
Instrumentos de laboratório
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CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS:
À corrente.
Instrumentos de corrente
contínua (DC)
Instrumentos de
corrente alternada (AC)
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CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS:
Quanto aos instrumentos eletromecânicos é usual classificá-los quanto ao princípio de
funcionamento do elemento motor, ou seja, eles podem ser:
a) Instrumentos eletromagnéticos: Efeitos magnéticos da corrente. Existem dois
tipos, ou seja, instrumentos de bobina móvel e imã fixo e instrumentos de ferro móvel;
b) Instrumentos baseados no efeito térmico da corrente elétrica;
c) Instrumentos eletrodinâmicos: Efeitos eletrodinâmicos da corrente elétrica;
d) Instrumentos de indução: Fenômenos de indução. Instrumentos de campo girante
ou instrumentos Ferraris;
e) Instrumentos eletrostáticos: Efeitos de cargas elétricas em repouso (eletricidade
estática).
Medidas Elétricas na Manutenção
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ESCALA DOS INSTRUMENTOS:
Valores compreendidos entre os de máximo e os de mínimos capazes de serem medidos
por um determinado instrumento.
A amplitude entre os valores final e inicial
da escala é conhecida por span.
• escala (range): 45 a 65 Hz;
• span: 20 Hz.
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ESCALA DOS INSTRUMENTOS:
Instrumentos com mais de
uma escala.
Escala fixa e uma chave comutadora, a qual
permite a mudança para os valores
mostrados em um indicador. A leitura, nesse
caso, se faz diretamente, porém deve ser
multiplicada por um fator indicado no próprio
instrumento.
Analógicos.
Medidas Elétricas na Manutenção
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ESCALA DOS INSTRUMENTOS:
Instrumentos com
comutadores de escalas Além da possibilidade da escolha de escala
(ou range), o recurso “Auto Range” (escolha
automática da escala)
Digitais.
Medidas Elétricas na Manutenção
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ESCALA DOS INSTRUMENTOS:
Evitar erros de
leitura
Fazer a leitura em uma posição
perpendicular aos olhos para evitar
erros de paralaxe (ou seja, à
diferença aparente na localização de
um ponteiro quando observado por
diferentes ângulos).
O espelho existente em muitos
desses instrumentos auxilia nessa
tarefa.
Ajuste de Zero.
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ERROS EM MEDIDAS:
• ERROS SISTEMÁTICOS: aparecerão em todas as medidas e sempre com o mesmo
valor. Eles surgem, em geral, devido às características inerentes da fabricação do
instrumento (tais como, tolerâncias de componentes) ou, também, como resultado do
método utilizado na medição, emprego inadequado do instrumento e distúrbios
ambientais. Podem ser reduzidos a valores desprezíveis por aferição com um padrão.
• ERROS ACIDENTAIS: Surgem de forma aleatória para cada medição, ou seja, variam
de leitura para leitura e afetam as medidas de modo imprevisível. Em função desses
aspectos, eles são de difícil eliminação. Em instrumentos analógicos, por exemplo, eles
podem surgir devido à paralaxe, atrito mecânico e desbalanço do sistema móvel, entre
outros motivos.
A LEITURA OU INDICAÇÃO DE UM MEDIDOR SEMPRE ESTARÁ SUJEITA A ERROS E
INCERTEZAS, TANTO NOS INSTRUMENTOS ANALÓGICOS, QUANTO NOS DIGITAIS.
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ERROS EM MEDIDAS:
O TERMO INCERTEZA INDICA, GENERICAMENTE, A PRESENÇA DE ERRO EM
RESULTADOS, OU SEJA, O RESULTADO REAL OU CORRETO DEVE ESTAR DENTRO DA
FAIXA DELIMITADA PELA INCERTEZA.
- % x 100
Valor medido Valor realErro relativo
Valor real
Classificação Erro relativo
Baixa precisão 10% ou mais
Precisão normal 5 a 10%
Precisão média 1 a 5%
Alta precisão 0,1% a 1%
Muito alta precisão inferior a 0,1%
Medidas Elétricas na Manutenção
Erro absoluto Valor medido - Valor real
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CLASSE DE EXATIDÃO
Se constitui em uma classificação dos instrumentos que estabelece a exatidão de uma
medida dentro de uma faixa de valores.
OBS: O erro que define a citada faixa é sempre expresso em relação ao valor final da
escala, ou ao valor nominal ou a um campo nominal.
Ex.: +1% de 100V = +1V
% x 100
Erro absolutoErro relativo
Valor real
=% relativoErro + 100 x V 98
V 1 = + 1,02 %
Se: V=98V
Se: V=21V
=% relativoErro + 100 x V 12
V 1 = + 4,76 %
“O valor da grandeza a ser medida não deve ser inferior ao valor da metade da
escala do instrumento”.
Medidas Elétricas na Manutenção
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CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS
• Instrumentos de laboratório: classe de exatidão de 0,1% a 0,3%
• Instrumentos de ensaio: classe de exatidão de 0,5% a 1,5%
• Instrumentos de serviço, instrumentos industriais de 2% a 3% ou maior
RIGIDEZ DIELÉTRICA, TENSÃO DE PROVA, TENSÃO DE ENSAIO
• Caracteriza a isolação entre a parte ativa e a carcaça do instrumento.
Tensão máxima que se pode aplicar entre a parte ativa e a carcaça do
instrumento, sem lhe causar danos.
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Capítulo 2:
Instrumentos Analógicos de
Bobina Móvel
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Instrumentos Analógicos
Têm sempre um conjunto móvel que é deslocado, aproveitando um dos efeitos da
corrente elétrica: efeito térmico, efeito magnético, efeito dinâmico, etc.
Preso ao conjunto móvel está um ponteiro que se desloca na frente de uma escala
graduada em valores da grandeza a que se destina o instrumento a medir.
Apesar de serem ainda muito utilizados, esses instrumentos perderam popularidade para
os instrumentos digitais, principalmente devido à quantidade de recursos que podem ser
inseridos no processo dos mesmos.
O erro mais comum nos instrumentos analógicos é o erro de paralaxe: quando a vista do
observador, a ponta do ponteiro e o valor indicado na escala não se situam no mesmo
plano. Este é o motivo de se utilizarem espelhos no fundo de escala.
Neste caso, o operador à direita deve posicionar-se de modo que o ponteiro coincida
exatamente com o seu reflexo, garantindo o ângulo de 90° entre observador e instrumento.
Cap. 1, 2 e 3
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Construídos a partir de um instrumento fundamental, denominado
galvanômetro, que é sensível ao fluxo de baixas correntes.
A partir destes instrumentos fundamentais são acrescidos componentes, tais
como resistores, entre outros, a fim de tornar o mesmo um medidor de corrente,
um medidor de tensão ou um medidor de resistência.
Os galvanômetros podem ser construídos de diferentes maneiras, e os mais
comuns são os de bobina móvel e os de ferro móvel.
PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO:
Instrumentos Analógicos
Cap. 1, 2 e 3
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• Mais utilizados em medições elétricas.
• Também chamados de instrumentos de imã permanente, imã fixo ou
magnetoelétricos;
• Conhecidos por instrumentos que utilizam o sistema D’Arsonval por ter sido o
físico francês de mesmo nome que o desenvolveu;
• São desenvolvidos tendo como base o seguinte princípio do
eletromagnetismo: “na presença de um campo magnético B, um condutor de
comprimento l, fica submetido a uma força F cujo sentido é dado pela regra dos
três dedos da mão esquerda e cujo módulo é dado por:
INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL:
. . .F B i l sen
onde θ é o ângulo entre B e a direção de il no espaço.
Instrumentos Analógicos
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a) Um imã permanente que fornece um campo magnético constante;
b) Um núcleo cilíndrico de ferro doce que além de concentrar as linhas do fluxo
magnético sobre a bobina móvel também as torna radiais;
c) Um quadro de formato retangular, geralmente de alumínio, onde é enrolada a
bobina. Este quadro também possui a finalidade de produzir um amortecimento
do sistema móvel por correntes de Foucault;
d) Uma bobina móvel de fio de cobre através do qual ocorrerá a circulação da
corrente que se deseja medir. Este fio de cobre é enrolado no quadro de
alumínio;
e) Sapatas ou pernas polares com a finalidade de concentrar as linhas de força
do imã.
INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL - CONSTITUIÇÃO:
Instrumentos Analógicos
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Sentido e direção da força, corrente e campo magnético.
INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO:
Instrumentos Analógicos
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Apropriado para medir corrente contínua, pois o campo magnético desenvolvido
pelo imã permanente é também contínuo.
O que aconteceria se a corrente ao invés de ser contínua fosse alternada?
A corrente que percorre os condutores da bobina mudasse de sentido, as forças
F também fariam o mesmo.
INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO:
Se a corrente mudar de sentido muito rapidamente (por ex. 60[Hz]) o ponteiro,
devido a sua inércia natural, não irá sair do lugar.
Estes instrumentos podem ser usados para correntes alternadas de frequência
industrial através do uso de retificadores que a transformam em corrente
contínua.
Instrumentos Analógicos
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• quanto maior for o valor da corrente i, maior será o desvio do ponteiro;
• como θ = f(i) é uma função linear, a escala do aparelho apresentará
distâncias iguais entre os pontos fixos das divisões;
Quando a corrente i cair a zero, ou seja, o conjugado motor (Cm) terminar, as
molas irão atuar no sentido de trazer o ponteiro do aparelho à sua posição
inicial.
O quadro retangular de alumínio possui a finalidade de produzir um
amortecimento (Ca) do sistema móvel por correntes de Foucault.
Este conjugado de amortecimento possui a finalidade de diminuir ou amortecer
as vibrações do sistema móvel quando estamos na posição de equilíbrio (Cm =
Ca)
Também em qualquer deslocamento repentino do sistema móvel ele irá atuar
como uma proteção do instrumento.
INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO:
Instrumentos Analógicos
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INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL – CARACTERÍSTICAS:
Instrumentos Analógicos
Características:
. Princípio de funcionamento em bobina
móvel;
. Classe de exatidão = 0,3%;
. Medição de corrente contínua;
. Ângulo de leitura apropriado = 60º;
. Rigidez Dielétrica = 1kV.
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Capítulo 3:
Instrumentos Analógicos de Ferro
Móvel
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• Os instrumentos de ferro móvel, ferromagnéticos ou eletromagnéticos
são bastante utilizados em medições industriais, por:
• possuir uma construção simples;
• serem econômicos;
• serem de fácil manutenção;
• serem resistentes a choques mecânicos e vibrações;
• medirem CA e CC (menor exatidão).
INSTRUMENTOS DE FERRO MÓVEL:
Instrumentos Analógicos
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a) Bobina Fixa - pode ser projetada para suportar
correntes de valor elevado. Podem funcionar como
amperímetros ou voltímetros.
b) Conjugado Móvel - formado pelo ferro móvel, mola
espiral, amortecedor de ar (ou palheta do
amortecedor) e do ponteiro.
c) Amortecedor - pode ser mecânico ou magnético. O
amortecimento mecânico é formado pelo freio de ar. A
aleta ou palheta do amortecedor, presa ao eixo, move-
se durante o movimento do ponteiro em uma câmara
de ar. Ela comprime o ar da câmara agindo desta
forma como um freio. O amortecimento pode também
ser obtido através de ímas permanentes.
INSTRUMENTOS DE FERRO MÓVEL - CONSTITUIÇÃO:
A escala do aparelho não apresenta distâncias iguais entre os pontos
fixos das divisões
Instrumentos Analógicos
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Se baseia na ação do campo magnético criado pela corrente que se deseja
medir quando a mesma percorre uma bobina fixa.
INSTRUMENTOS DE FERRO MÓVEL – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO:
Sistema de atração Sistema de repulsão
Instrumentos Analógicos
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Se baseia na ação do campo magnético criado pela corrente que se deseja
medir quando a mesma percorre uma bobina fixa.
INSTRUMENTOS DE FERRO MÓVEL – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO:
Sistema de atração Sistema de repulsão
Instrumentos Analógicos
Cap. 1, 2 e 3
Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas
Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014
INSTRUMENTOS DE FERRO MÓVEL – CARACTERÍSTICAS:
Instrumentos Analógicos
Características:
. Princípio de funcionamento em ferro
móvel;
. Classe de exatidão = 2%;
. Medição de corrente contínua ou alternada;
. Leitura apropriada na horizontal;
. Rigidez Dielétrica = 500V.
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INSTRUMENTOS ANALÓGICOS
Instrumentos de corrente contínua (DC) Instrumentos de corrente alternada (AC)
Escala Linear, Bobina Móvel Escala Não Linear, Ferro Móvel
Cap. 1, 2 e 3
Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas
Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014
INSTRUMENTOS ANALÓGICOS
Cap. 1, 2 e 3
Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas
Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014
INSTRUMENTOS ANALÓGICOS
Catálogo do fabricante Kron – Informações Técnicas Gerais
Catálogo do fabricante Kron – Características Sistema Ferro Móvel
Catálogo do fabricante Kron – Ferro Móvel (CA) | FM 96/144 - FMI 72/96
Catálogo do fabricante Kron – Bobina Móvel (CC) - BM 96/144 - BMI 72/96
Catálogo do fabricante Kron – Características Sistema Bobina Móvel
Cap. 1, 2 e 3
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Obrigado pela atenção !!
FIM
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