Universidade Federal de Itajubá UNIFEI_5... · • Voltímetros CC e CA, com ou sem aumento da faixa de ... analógico ou indicador digital. Medição de ... como alternada em um

Medição de Tensão e Corrente e Multímetros

Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI

Disciplina ELE505 - Medidas

Prof. Fernando Belchior – Março/2014

Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI

Prof. Dr. Fernando Nunes Belchior [email protected] [email protected]

• Cap.4 - Medição de Tensão e Corrente

• Cap. 5 - Medidas com Multímetros

Analógicos e Digitais





• Existem voltímetros para medições em corrente contínua e

alternada.

• Devem ser ligados em paralelo no circuito cuja diferença

de potencial se quer medir.

Medição de Tensão – A.Voltímetro

Idealmente, resistência do voltímetro seria igual a

infinito.

Voltímetro construído a partir de um

galvanômetro G, de resistência interna Rm.

Rm

Im G

SV

Medição de Tensão e Corrente





• 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.


Medição de Tensão – A.Voltímetro

Voltímetro de bancada

Voltímetro de

zero central

Voltímetro digital

Voltímetro de painel





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.

• 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 ?

vs RnR . )1 -(


Medição de Tensão





B. Ponta de Prova ou Ponteira de Tensão


UTILIZADA EM OSCILOSCÓPIOS OU

MULTÍMETROS


• Pode ser 1X, 10X, 20X, 50X,

100X, 1000X





C. TP – Transformador de Potencial


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.


Terminais de entrada

Terminais de saída

𝑽𝟏

𝑽𝟐=

𝑵𝟏

𝑵𝟐

V1 – Tensão no primário

V2 – Tensão no secundário

N1 – Número de espiras






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

grande largura de banda e ótima precisão.









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.

Adotando como 220 [V] o valor da tensão nominal, tem-se:

𝐼 = 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] RM = 400Ω








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.





• 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.



Resumindo...





• Existem amperímetros para medições em corrente contínua e alternada.

• Devem ser ligados em série no circuito cuja corrente se quer medir.

Medição de Corrente – A. Amperímetro

Idealmente, resistência do amperímetro seria igual a zero.

G

Rm

S

I

Im

shunts

Amperímetro construído a partir de um

galvanômetro G, de resistência interna Rm.






• 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).


Medição de Corrente – A. Amperímetro





Aumento de Faixa de medição Com Resistência em Paralelo com o

Amperímetro

Medição de Corrente

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.

1 -=

n

RR

i

s

• 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 ?






Aumento de Faixa de medição Com Resistência em Paralelo com o

Amperímetro


UTILIZAÇÃO DO SHUNT OU DERIVADOR: Resistor inserido em paralelo com o

amperímetro.

1 -=

n

RR

i

s

• 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?


• 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?





B. Shunt Resistivo


Empregado para medições de correntes

elevadas

• Exercício:

Qual é o valor da corrente em circuito, se nos

terminais de um shunt resistivo de 100A / 30mV

obteve-se 18mV medidos com um milivoltímetro?

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.






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 saída

(secundário) padronizada em I2=5A.


𝑰𝟏

𝑰𝟐=

𝑵𝟐

𝑵𝟏

I1 – Corrente no primário

I2 – Corrente no secundário







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.









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.

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. 𝐼 =

𝑉

𝑅 𝑅 =

𝟏𝟎 [𝑉]

0,0𝟓 [𝐴] R𝑴 = 2𝟎𝟎Ω








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





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.






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.






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.






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.





Bobina de Rogowski







• 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.



Resumindo...





• 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.

Medidas com Multímetros Analógicos e Digitais

Multímetros Analógicos





• 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

grandeza e a escala selecionada.

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.


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

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.

Multímetros







Medição utilizando multímetros alicates, sem ter que abrir o circuito.

Multímetros





Medição de Resistência


Conexão em paralelo – Resistência a ser medida deve estar isolada do circuito.

Multímetros





Tipos ou modelos

Multímetros Digitais – Leituras exibidas em um display

Multímetro digital com chave seletora Multímetro digital com teclas de pressão

Multímetros





Tipos ou modelos


Multímetro digital com auto range Multímetro digital com identificador

automático da grandeza

Multímetros





Tipos ou modelos


Multímetro digital com indicador de

forma de onda Multímetro digital de bancada

Multímetros





• 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.

DÍGITOS CONTAGENS TOTAL

3 ½ 0 a 1999 2.000

3 ¾ 0 a 3999 4.000

4 ½ 0 a 19999 20.000

4 ¾ 0 a 39999 40.000

4 4/5 0 a 49999 50.000

Calibre 2V, 3 ½ dígitos:

Visor indicará 1,999V

Calibre 2V, 4 ½ dígitos:

Visor indicará 1,9999V

Calibre 20mA, 4 ½ dígitos:

Visor indicará 19,999mA


Multímetros

Quanto aos Dígitos






Multímetro digital

de 3½ dígitos

• 1/2 dígito – limitado apenas ao

valor 1;

• dígito inteiro, pode assumir

valores entre 0 e 9 (número 2);


valores entre 0 e 9 (número 3);


valores entre 0 e 9 (número 4).

A medida de corrente é

de 1,234 mA

• Pilha;

• Desligamento automático;

• Display exibe o número 1.

Multímetros

Quanto aos Dígitos






Mult. digital de 4½ dígitos

Multímetros

Quanto aos Dígitos

Multímetro digital de 6½ dígitos

Mult. digital de 3¾ dígitos Multímetro digital de 5 4/5 dígitos





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

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.

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 curto-

circuito em seus terminais.

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.

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.

Multímetros





Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI

Prof. Dr. Fernando Nunes Belchior [email protected] [email protected]

Obrigado pela atenção !!

FIM

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