Eletricidade

INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO

Tipos de instrumentos de medidas  de grandezas elétricas 

·   De grandezas constantes no tempo, como é o caso do voltímetro, do amperímetro, e do multímetro;

·   De medição de grandezas variáveis no tempo, isto é, de sinais elétricos, como é caso do osciloscópio.

Voltímetro 

·        Função: Utilizado para medir tensão elétrica; 

·        Características: Possui alta impedância de entrada (idealmente infinita), e baixa corrente de entrada (idealmente 0)

·        Na escala de AC mede tensão eficaz  ( ou RMS); na escala de DC mede tensão média;

·        Leitura: deve ser conectado em paralelo com o elemento onde se deseja medir a tensão elétrica (ou DDP); 

·        Cuidados: Antes de efetuar a leitura, selecionar o tipo de tensão (AC ou DC), e selecionar a maior escala de tensão;

·        Tipos: Analógico e Digital.

Fig. Ilustração da forma de onda de rede comercial de "110V"

    O voltímetro é instrumento de medida que lê tensão RMS em AC, e tensão média de DC.

   É dotado de duas pontas de prova de acesso ao exterior, através das quais se pode medir a tensão aos terminais de uma fonte de tensão constate, entre dois quaisquer pontos de um circuito elétrico, ou ainda entre qualquer ponto e a referencia.

   A ligação de um voltímetro ao circuito em paralelo. O mesmo é dizer que durante a medição o instrumento constitui um caminho aparelho no funcionamento do circuito.

   No passado todos os voltímetro se eram tipo Analógicos. Nos aparelhos  desse tipo, a amplitude da tensão é indicada através da posição de um ponteiro sobre uma escala graduada, cuja seleção condiz com amplitude prevista para a tensão. Atualmente existem uma grande variedade de voltímetro Analógicos e Digitais, sendo em geral uma das múltiplas funções disponibilidade pelo multímetro.

Exemplos de aplicação:

Observe que cabo positivo do voltímetro (VM= Vermelho), esta conectado ao positivo da fonte V.






Fig.  Conexão do voltímetro a um circuito experimental.

É importante para você  ter uma idéia de como o voltímetro é conectados ao circuito sob inspeção.

A ilustração a seguir mostra um circuito em duas situações. A é antes B é depois de se ligar a um voltímetro:

Observe que para uma medida de diferenças de potencial tensão entre dois pontos ( terminais dos resistor R na ilustração) o circo itinerante não precisa ser interrompido, o voltímetro  é conectado em paralelo.

Para que a inclusão do voltímetro não altere substancialmente o valor da resistência do trecho sobre medida é preciso que resistência própria interna do medidor seja,  a mais alta possível em outra palavras a intensidade de corrente através do voltímetro deve ser mínima.

Um bom voltímetro tem a resistência interna praticamente infinita.

Definições importante: 

·       DC é a designação para definir Direct Corrent  ou corrente contínua. A corrente contínua  (CC ou DC) é aquela que através do condutor ou de um circuito só sentido. Isso se deve pelo fato de que a tensão  (pilhas, baterias, ...) manterem a mesma polaridade de tensão de saída.

·  AC é a designação utilizada para alternativa Corrent ou Corrente Alternada. Uma tensão alternada altera a polaridade constantemente como o tempo. Consequentemente a corrente também muda o sentido periodicamente. A linha de tensão usada na maioria das residências é de tensão alternada.

·  HERT é uma medida de frequência, ou n ciclo  por segundos: frequência  pode estar contida em circuito elétrico como em ondas sonoras  e em algumas vezes em ambos. Por exemplo se um sinal elétricos em um circuito de um alto falante está oscilando a frequência  de mil ciclos por segundo (1000 Hz ou 1 KHz), o alto falante irá ressonar 1 KHz produzindo uma onda sonora de 1 KHz. A faixa de capacidade auditiva de um ser humano é  em média de 20 Hz 20 KHz.

·      Valor de pico (Vp) é o valor máximo que a onda atinge (pode ser positivo ou negativo).

·       Valor de pico á pico (Vpp) é diferença entre o máximo  e o mínimo que a onda atinge;

·      VALOR EFICAZ  (RMS) (Roolt Mean Square): Valor EFICAZ ou RMS é o valor indicado pelo voltímetro quando a escala é utilizada CA. O valor RMS de ondas senoidal é definido como tensão CC que produz a mesma quantidade de calorias que onda senoidal;

·    VALOR MÉDIO: O calor médio indicada em um voltímetro quando a escala CC. Valor médio de um onda senoidal ao longo de um ciclo é zero. Isto porque cada valor primeira metade do ciclo, tem um valor igual de sinal contrário na segunda metade do ciclo.

Ohmímetro 

  ·       Função: utilizada para medir resistência elétrica;

  ·       Leitura: deve ser conectado em paralelo com o resistor o qual se deseja – se medir a resistência, porém esta resistência deve ser descontado do circuito para efetuar a medição;

  ·       Tipos: Analógicos e Digital

É importante para você ter uma idéia clara como ohmímetro conectado ao circuito sob inspeção

A ilustração a seguir mostra o circuito em duas situações. A antes de B depois de se ligar ohmímetro:

O ohmímetro  não deve ser usado com circuito conectado a fonte de alimentação. Ele não funciona da mesma forma que voltímetro é amperímetro. Esses dois usam a fonte de alimentação do circuito para suas leituras; ohmímetro não ele tem sua própria fonte de tensão.

Além disso, o componente cuja resistência está sob medição deve ser retirado do circuito. Na ilustração, o resistor R1 foi retirado para uma perfeita medição de valor sua resistência. Na prática não é necessário dessoldar os dois terminais basta soldar um deles.

A fonte interna do ohmímetro faz circular uma pequena intensidade de corrente pelo componente em teste e avaliar a queda de tensão sobre ele; em função dessa tensão o medidor fornece, como leitura a resistência do componente.

A maioria dos ohmimetro tem seu interior um fusível para proteger contra “abusos” e falhas do operador.

 Amperímetro

·        Função: utilizada para medir a corrente elétrica;

·        Leitura: deve ser conectado em série com o ponto o qual deseja medir a corrente;

·        Características: possui baixa impedância de entrada;

·        Cuidados: antes de efetuar a leitura selecionar o tipo de corrente  (AC ou CC) e a maior parte da corrente.

·        Tipos Analógico e Digital

O amperímetro é um instrumento de medida de amplitude de corrente elétrica.

Como indicada a figura abaixo, e ao contrário do processo de medição da tensão, a medição de corrente elétrica Obriga que o instrumento percorrido pela grandeza a diagnosticar.

   Um amperímetro ideal caracteriza-se pela capacidade de medir a corrente sem incorrer em qualquer queda de tensão entre os seus dois terminais.

Observe que o cabo positivo do amperímetro (VM = vermelho), está conectado do lado positivo da V.

Fig. Conexão do amperímetro a um circuito experimental.

 É importante para você ter uma idéia clara de como o amperímetro são componente conectados ao circuito sob inspeção.

A ilustração a seguir mostra o circuito em duas situações. A antes e B depois de se ligar um amperímetro:

Para medir uma intensidade de uma corrente que circula por um dado componentes ou num trecho de circuito tal circuito que deve ser “aberto “  “cortado “  “interrompido” para poder ser intercala amperímetro em série.

Toda corrente que passa pelo componente ou trecho em questão deve passar também através do medidor. Na ilustração acima, não importa se amperímetro é inserido na posição indicada, entre R₁ e R₂  ou entre R₂   e o positivo da fonte de tensão.

A introdução do amperímetro no circuito implica na introdução de uma nova resistência (a resistência interna do próprio aparelho), que afeta a resistência total e consequentemente a intensidade de corrente. Assim, para a leitura seja confiável é necessário que a resistência própria do medidor seja a mais baixa possível.

Um bom voltímetro tem a resistência interna praticamente infinita.

Multímetro

O multímetro ou multi-teste é um instrumento de medição multifuncional que congrega, entre outras, as funções de voltímetro e de amperímetro. Atualmente existe no mercado uma enorme variedade de multímetros: de tipo analógico ou digital; de pequenas (bolso) ou grande dimensões; de baixa ou elevada precisa; baixo ou elevado preço.




Fig. Multímetro de precisão


Fig. Multímetro de precisão



Fig. Multímetro analógico 



Fig. Multímetro de digital convencional 

    

                                                            Fig.  Multímetro 

Como medir uma resistência com o multímetro

                                           Comece ajustando seu multímetro para uma escala de resistência.

    Como se vê na ilustração, o fundo de escala – faixa da escala escolhida – do ohmímetro foi a de 200kΩ.
  Isso significa que medidor medirá resistências desde zero até o máximo de 200kΩ. 

    Outras faixas de resistências poderão ser usadas, todas, porém, trabalharão de modo semelhante.

  Se você selecionar a escala 20 kΩ, a maior resistência que poderá ser medida será de 20 kΩ. 

       Todavia, como muda a posição do ponto que indica a fração decimal no mostrador, as medidas nessa faixa nos fornecerá mais precisão que na faixa de 200 kΩ. 

Lembre - se disso: quando o medidor não está conectado a nada, a resistência elétrica entre as pontas de provas é extremamente grande (“infinita”) é isso é indicado como esse “1.”, como leitura, em todas as faixas de resistência que você selecionar.

Insira a ponta de prova preta no terminal marcado com “COM” (comum, negativo, terra etc) é a ponta de prova vermelha no terminal marcado com VΩ mA.

Fig. Ponta de Prova 

O que se observa na tela quando você encosta uma ponta de prova com outra?

A leitura na tela do medidor deve mudar para:


Se o medidor indica  “restos” como ‘1.’ A provável explicação é que o fusível interno desse aparelho deve ter “pifado”.

O fusível interno protege o medidor contra descuidado ou manuseio incorreto nas ligações.

Isso pode ocorrer com frequência se não tomar os devidos cuidado ao utiliza – ló como amperímetro ou ohmimetro.

Se tal erro aparecer, substitua o fusível interno  (normalmente de 200 mA, tipo fusão – rápida) ou use outro aparelho. Se você umedecer os dedos e segurar as pontas de provas firmemente, em cada mão, poderá medir a resistência de sua pele.

Para tanto, deverá passar o seletor de escalas, para 2000 KΩ (ou seja, 2MΩ), para uma leitura cômoda.

A ilustração a seguir mostra dois modelos de multímetro digitais.

O da direita, um típico tem suas funções e alcances selecionadas mediante uma chave (ligada à minha maneira grande botão no meio do aparelho).

A ilustração a seguir mostra dois modelos de multímetro digitais.

O da direita, mais sofisticado, não é necessário selecionar nenhum alcance apenas a função. Ele automaticamente seleciona o alcance adequado.

Fig. (A) Multímetro digital convencional .

        (B) Multímetro digital com seleção automática de alcance. 

Comentaremos o primeiro modelo (A):

Mediante ao acionamento do botão central, que pode assumir diversas posições, você tem que escolher aquela que convém para adequada medição. Se esse botão foi dirigido para setor V=  e aponta para faixa  dos 20V ( como na ilustração) então, 20V e a tensão máxima que pode ser medida.

Para os circuitos experimentais com os quais trabalharemos essa será a seleção mais utilizada para medidas de tensões.

Em algumas situações poderemos utilizar o alcance 2V ou ainda 2000 Mv.

As faixas de tensões para polaridade fixa (pilhas, bactérias e fontes de alimentação) estão no setor indicado com V=. Nosso projeto iniciais trabalharam com esse tipo de alimentação.

Leituras de tensões alternada (AC) devem ser feitas com o máximo de cuidado e o botão central deve ser levado o setor V~.

Muito cuidado ao medidor na rede elétrica domiciliar

Comentaremos o segundo modelo (B):

E um multiteste (multímetro) denominado multímetro auto ajustável. Mediante o botão central você se limita a escolher uma função, ou seja, que grandeza quer medir (tensão, corrente, resistência, decibéis, etc.), Ele é o mais caro que medidor comum mas, obviamente, de manuseio mais simples.

Cuidado especial deve ser tomada para as ligações das pontas de prova no multiteste. O fio vermelha que termina em ponta deve ser conectado ao terminal marcado com V, Ω, mA, e o fio preto que termina com um jacaré deve ser inserido no terminal marcado com “COM” ( COMUM).

Multímetro analógicos

Nos medidores analógicos uma agulha movimenta-se diante de uma escala gravada no mostrador. Multímetro analógicos com alcances chaveados (selecionados por botão central) são mais baratos que os digitais porém, de leitura mais difíceis para o novatos lerem com precisão, especialmente nas escalas de resistências.  O aparelho é mais delicado que os digitais e, em caso de queda, é mais provável que se danifiquem.

Cada tipo de medidor tem suas vantagens e devantagens. Usado como voltímetro, um medidor digital é normalmente é melhor porque sua resistências interna é muito mais alta (1 MΩ  ou 10 M Ω ) que aquela dos analógicos semelhante.

Por outro lado, é mais fácil de seguir o lento movimento da agulha em determinadas leituras de tensão que as troca numéricas de um digital.

A maioria dos multímetro moderno é digital; os tipos analógicos tradicionais são destinados.

Osciloscópio

O osciloscópio é um instrumento de medida que permite visualizar em tempo real a amplitude de tensão elétrica variável no tempo.

O osciloscópio é de todos os instrumentos o de maior utilidade e complexidade, devido à necessidade de associar a medição à dimensão do tempo.

Os osciloscópios digitais são de maior funcionalidade, designadamente somar e subtrair sinais entre canais, calcular o valor médio, máximos e mínimos, determinar período e frequência de oscilação dos sinais medidos, suspender, memorizar e recuperar sinais, imprimir ou transferir para um computador o conteúdo do visor etc.

Os osciloscópios são dotado de uma ponta de prova por canal, cujos dois terminais devem ser ligados em paralelo com o elemento cuja tensão aos terminais se pretende medir.

Na Figura a seguir, vemos figuras de alguns osciloscópios atualmente comercializados.

        Fig.(1)Osciloscópio digital de 2 canais                                           (2) Osciloscópio digital de 4 canais

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 Cuidados ao utilizar o osciloscópio:

  Antes de efetuar uma leitura, verificação a atenuação da ponta do osciloscópio, que deve ser x10.

    Em seguida, selecione a natureza de leitura (AC ou DC), selecione a maior escala, e somente depois conecte a ponta de prova. Após visualizar forma de onda, se possível, diminuía a escala para aumentar a precisão da leitura.

Nunca uma escala baixa para medir uma tensão cujo valor é desconhecido, pois a escala selecionada poderá não comportar a leitura, e isso danificará o osciloscópio.

   Amperímetro tipo alicate

A medição de corrente pela interrupção do circuito, e interrupção do circuito, e introdução do amperímetro em série, não é possível em determinada situações (Ex.: Linhas de alta tensão, circuito em funcionamento, etc). Neste caso, uma amostra da corrente I pode ser obtida pelo campo magnético B criado no exterior no condutor (lei de Ampére).

B =  C. μ. I

μ = permeabilidade magnética

C = constante geométrica

Na pratica, essa medida é feita por um circuito magnético que pode ser fechado em torno do condutor e possui um elemento de medida do campo magnético (bobina, sonda de efeito Hall, magnetoresistor).

Fig. Amperímetro tipo Alicate