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esclarecimento sobre as medidas e medições
Tipologia: Notas de estudo
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SENAI Departamento Regional do Espírito Santo (^3)
Sumário
SENAI Departamento Regional do Espírito Santo (^7)
Quanto à apresentação da medida
Quanto ao uso
Instrumento de Ferro Móvel
Na parte interna de uma bobina, uma chapa de ferro doce fixa é montada em oposição a uma chapa móvel. Se na bobina circula corrente, então ambas as chapas são magnetizadas identicamente em relação aos pólos resultantes, e desta forma, se repelem. Quando se dá a inversão do sentido de circulação da corrente, na bobina, as chapas são novamente magnetizadas identicamente, e continuam se repelindo. Por isto, os instrumentos de ferro móvel são adequados para a medição, tanto de corrente quanto de tensão, em corrente contínua e em alternada. As forças magnéticas das chapas exercem um conjugado sobre o eixo do ponteiro. A grandeza deste conjugado não é proporcional à corrente na bobina, mas sim ao quadrado desta corrente que está sendo medida. Portanto, uma corrente três vezes maior ocasiona uma deflexão do ponteiro nove vezes superior. Por isto, a escala de leitura tem intervalos menores nos valores mais baixos do que nos mais elevados. Por meio de uma forma adequada das chapas no instrumento, é possível corrigir este detalhe, com exceção dos valores bem baixos. Em muitos instrumentos, uma leitura exata apenas é possível na faixa contida entre dois pontos bem destacados sobre a escala. A mola montada sobre o eixo do ponteiro desenvolve um conjugado oposto ao das chapas, levando assim o ponteiro novamente a zero, quando o instrumento é desligado. O ponteiro destes instrumentos não estabiliza imediatamente a sua posição de leitura sobre a escala, em virtude de vibrações do sistema de medição. Por isto, é necessário acrescentar ao sistema câmaras de amortecimento. Este amortecimento é conseqüente da ação entre uma lâmina que se desloca dentro de uma câmara, deslocamento este dificultado pela resistência do ar.
CST 8 Companhia Siderúrgica de Tubarão
Estes instrumentos são freqüentemente encontrados devido à sua construção robusta e mesmo assim simples, para aplicações industriais.
Instrumento de ferro móvel
Instrumento de Bobina Móvel
No campo de um imã permanente, é montada uma bobina móvel, giratória, alternada por corrente elétrica. a corrente é levada até a bobina por meio de molas espiras, que simultaneamente desenvolvem o conjugado de oposição ao deslocamento da bobina. A rotação da bobina e consequente deflexão do ponteiro, são proporcionais à corrente, o que faz com que os intervalos sobre a escala estejam igualmente distanciados. O ponto zero da escala pode tanto ficar no meio quanto na extremidade. Quando ocorre inversão do sentido de circulação da corrente, ocorre também a inversão da rotação da bobina ou da deflexão do ponteiro. Disto resulta que este instrumento apenas pode ser usado para medição de tensão ou corrente contínua. O amortecimento do movimento do ponteiro é obtido por frenagem de correntes de histerese, oriundas do movimento de rotação de uma moldura de alumínio que envolve a bobina móvel, no campo magnético.
Instrumento de bobina móvel
CST 10 Companhia Siderúrgica de Tubarão
Instrumento eletrodinâmico blindado
Instrumento de Indução
Este instrumento se compõe de um corpo de ferro quadripolar, que possui dois pares de bobinas cruzadas entre si. No circuito de corrente de um destes pares de bobinas, inclui-se uma indutância. Disto resulta um deslocamento de fase entre os pares de bobinas e desta forma, a existência de um campo girante. Um tambor de alumínio, montado de tal modo que apresente um movimento giratório, fica sob efeito indutivo deste campo girante. As correntes induzidas neste tambor desenvolvem um conjugado e, com isto, uma deflexão do ponteiro. A força contrária a esta deflexão é conseguida da ação das molas espirais. O amortecimento do instrumento é feito por um imã, em forma de ferradura, cujo campo atua sobre o tambor girante.
O instrumento de medição por indução ou tipo Ferraris
O instrumento de indução, também chamado de instrumento de campo girante ou instrumento de Ferraris, apenas pode ser usado para corrente alternada. Devido à indutância, este instrumento sofre a influência da freqüência.
SENAI Departamento Regional do Espírito Santo (^11)
Instrumento de Bobinas Cruzadas
Entre os pólos de um imã permanente, duas bobinas interligadas entre si, porém cruzadas, estão dispostas de tal forma que possam girar. Cada uma das bobinas é ligada `a determinada tensão. Por esta razão, cada uma das bobinas influi com certa força magnética sobre o imã permanente.
Medição, à distância, de pressões por meio de um instrumento de bobinas cruzadas
Se a tensão é igual em ambas as bobinas seus efeitos magnéticos contrários se equilibram, o que significa que as bobinas se ajustam sobre um valor central (médio). Neste instrumento, portanto, a posição zero não é obtida por meio da força de molas, mas sim pela existência de correntes iguais em ambas as bobinas. Se cada uma das bobinas estiver ligada à tensão diferente, então apresentam-se também campos magnéticos de intensidade diferente, do que resulta que o campo mais forte irá determinar a deflexão do corpo da bobina. Disto se pode concluir que o instrumento de bobinas cruzadas apenas se destina a indicar diferenças de tensões. Seu emprego é encontrado sobretudo na medição de resistências, assim como na de temperaturas e pressões, à distância. para estas finalidades as tensões correspondentes são enviadas ao instrumento por meio de um divisor de tensão, que se altera em função da temperatura ou pressão.
Sistema de Medição com Fio Térmico
Neste instrumento, é utilizada a dilatação que um fio fino sofre devido ao calor originado pela passagem da corrente. Fixa-se um fio de tração a um fio esticado de platina-irídio, estando o fio de tração fixo a uma mola, passando por um rolo ou bobina. Quando da dilatação do fio térmico, a bobina é movimentada pela ação da mola, e o ponteiro é ativado, deslocando-se. A subdivisão da escala não é uniforme, uma vez que o calor dissipado varia com o quadrado da corrente. O instrumento é adequado para corrente contínua e alternada, sendo empregado sobretudo nas medições em alta freqüência.
SENAI Departamento Regional do Espírito Santo (^13)
Medição de corrente mais elevadas.
Liga-se exatamente ao instrumento um resistor em paralelo, designado por derivador (antigamente shunt ).
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 derivador.
Re sistencia (^) ~
Resistencia do Instrumento R Fator de amplificacao 1
R i R R n n n = i −
Exemplo: A faixa de medição de amperímetro deve ser ampliada de 100 μA para 1A. A resistência interna é de 2 ohms. Qual o tamanho do derivador Rn?
Fator de amplificação:
n R
n
= = (^) n = i ohms −
Para a medição de correntes alternadas elevadas, são usados transformadores de corrente.
Medição de tensão
Medidores de tensão ou voltímetros são medidores de corrente com elevada resistência interna. Quando da aplicação de uma tensão, circula nos aparelhos uma determinada corrente, que provoca a deflexão do ponteiro. Devido a resistência interna inalterável do instrumento, a escala pode ser ajustada em volts. Voltímetros são ligados em paralelo com o consumidor ou rede.
CST 14 Companhia Siderúrgica de Tubarão
Medição de tensão mais elevadas
É utilizado um resistor de pré-ligação.
Voltímetro com resistor de pré-ligação
Se a tensão a ser medida é n vezes superior a faixa de medição existente, então o valor de tensão a ser consumido pelo resistor é de (n - 1) volts.
RP = Resistor de pré-ligação Ri = Resistência interna do instrumento
Rp = Ri x (n - 1)
Exemplo: A faixa de medição de um voltímetro de 12 volts deve ser ampliada para 60 volts. A resistência interna do instrumento é de 2000 ohms. Qual o valor de Rp?
Fator n = = R (^) p = R (^) i ( n − (^) ) = (^) ( − (^) )=
5 ; 1 2 000 5 1 8 000ohms.
Para a medição de tensões alternadas elevadas, empregam-se transformadores de potencial.
CST 16 Companhia Siderúrgica de Tubarão
Escala do ohmímetro
A fonte de tensão é normalmente uma bateria de 4 volts. O valor da deflexão máxima do instrumento (valor zero) é ajustado mediante o pressionamento do botão de prova (eliminação do resistor Rx) e pelo ajuste do resistor preligado. Quando diferentes baterias são usadas, a tensão exata é obtida por meio de um divisor de tensão.
Pontes de Medição
Compõe-se a ponte de medição de dois divisores de tensão ligados em paralelo, cada um composto de 2 resistores (R 1 - R 3 ) e (R 2 - R 4 ), sob a mesma tensão, acrescentando-se mais um amperímetro (galvanômetro) ligado entre os terminais de um dos divisores de tensão.
Divisores de tensão ligados em paralelo (ligação em ponte)
A ponte se baseia no princípio de que a corrente no galvanômetro é nula, quando a relação entre os valores R 1 e R 2 de um dos lados é igual a
relação R 3 e R 4. Isto significa:
1 2
3 4
Os resistores R 3 e R 4 podem ser feitos variáveis, mediante um cursor que desliza sobre o fio metálico. Desta forma, é possível determinar o valor de um resistor Rx desconhecido.
Ligação da ponte de medição
Neste caso: R R x
x (^) R
4
SENAI Departamento Regional do Espírito Santo (^17)
Na execução normal de pontes de medição usa-se um potenciômetro no lugar do fio com cursor. Para se obter valores de medição exatos, o valor de R 2 deve se aproximar o mais possível do valor de Rx. Isto leva a fazer com que o resistor R 2 seja executado nos tamanhos de 1 - 10 - 100 - 10 000 ohms.
Ponte de Medição de Corrente Alternada
Para a medição de resistências de líquidos ou aterramento, deve-se usar corrente alternada no lugar da corrente contínua, pois caso contrário aparecerá uma decomposição química, que influirá sobre o valor da medição. Da mesma forma, numa medição de um resistor com parte reativa, a ponte deve ser alimentada com corrente alternada. A corrente é então obtida da bateria, tornada pulsante e ajustada por meio de um transformador. No lugar do galvanômetro é colocado um fone. A ponte de medição é ajustada até a posição em que o som desaparece do fone.
Ponte de medição de corrente contínua com campainha
Medição de Potência
Nos instrumentos eletrodinâmicos utilizados para a medição de potência, um resistor é ligado antes da bobina de tensão, quando a corrente nesta bobina não deve atingir valores muito elevados. Neste caso, a ligação deve ser feita de tal forma que a bobina de corrente e a de tensão em uma de suas extremidades estejam ligadas ao mesmo pólo (P).
Ligação das bobinas do wattímetro Ligação do Wattímetro
Assim, evita-se que entre as duas bobinas esteja atuando toda a tensão, o que poderia dar origem à descarga no instrumento.
SENAI Departamento Regional do Espírito Santo (^19)
bobinas de tensão são unidos entre si ou levados a um condutor neutro existente. A ligação com 3 wattímetros é pouco usada, empregando-se mais o sistema de 2 wattímetros, que permite obter o valor total, somando-se os valores medidos em ambos os instrumentos.
Medição de potência total com 2 wattímetros
As bobinas de corrente são inseridas em duas fases externas e as extremidades das duas bobinas de tensão são ligadas àquele condutor de fase, que ainda não recebeu ligação.
Medidores de Energia Elétrica
Generalidades
Para a medição do trabalho elétrico, são empregados medidores de energia elétrica cujos valores são obtidos em função da tensão, da corrente e do tempo. Dependendo do seu emprego, são encontrados diversos tipos, classificados segundo:
1. Tipo de corrente: corrente contínua , alternada monofásica e alternada trifásica. 2. Tipo de medição: medidores de ampère-horas, medidor de watt-horas. 3. Tipo de construção: medidor com motor, medidor de indução, medidor eletrolítico. 4. Medidor de diversas tarifas: medidor que após um determinado tempo passa a um segundo sistema de medição ou um medidor que apenas marca consumo acima de um determinado valor, medida de máxima.
CST 20 Companhia Siderúrgica de Tubarão
Medidores de Corrente Contínua
Medidor de motor para medição dos ampères-horas.
Este medidor baseia o seu funcionamento no princípio dos motores de corrente contínua.
Medidor de ampère-horas
Os pólos são constituídos por um imã ferradura. O induzido se compõe de 3 bobinas planas, que são dispostas entre dois discos de alumínio. Os terminais das bobinas são levados a um coletor de 3 lamelas.
O induzido é percorrido apenas por uma parte da corrente devido à ligação de um derivador. O conjugado do induzido é proporcional ao fluxo de corrente. O disco de alumínio sofre uma frenagem durante a sua rotação, em função da própria rotação e das correntes parasitas que se desenvolvem. Desta forma, os efeitos de rotação e de frenagem mantém a rotação num certo equilíbrio, fazendo com que a rotação represente a grandeza da corrente do induzido. A rotação do eixo do induzido é transmitida ao mecanismo de medição por meio de uma engrenagem. Como o número de voltas do disco depende da corrente do induzido e do tempo, o número de ampère-horas pode ser lido diretamente, levando-se em consideração uma relação de transmissão adequada. Considerando-se constante a tensão de rede, este mecanismo pode ser calibrado para indicar o consumo de kWh. A construção deste medidor é simples e, por isto, relativamente barata. Os terminais devem estar com a polaridade certa, pois, caso contrário, o medidor andará para trás.
CST 22 Companhia Siderúrgica de Tubarão
A designação dos terminais dos medidores de corrente contínua e corrente alternada é normalizada.
Designação dos terminais
A ligação de um medidor de watt-horas de dois condutores e de três condutores pode ser vista nas figuras abaixo.
Medidor de watt-horas de dois condutores
Medidor de watt-horas de três condutores
Medidor eletrolítico
Este medidor baseia-se na decomposição eletrolítica de um líquido. Nesta decomposição, dá-se a liberação de hidrogênio ou metal. A quantidade que se desprende é proporcional à corrente e ao tempo, podendo, desta forma, ser usada como uma medida das ampères- horas. Tais medidores podem apenas ser usados em corrente contínua.
Medidor de Corrente Alternada
Funcionamento
Um disco de alumínio, montado de tal forma que possa girar horizontalmente, fica sob a ação de diversos compos magnéticos alternados próximos. Por meio destes campos aparecem no disco correntes parasitas. Os efeitos magnéticos destas correntes influem entre si e originam a rotação do disco.
SENAI Departamento Regional do Espírito Santo (^23)
a. Rotação do disco por blindagem
Um campo magnético pode ser blindado parcial ou totalmente, quando o pólo do imã é dotado de um anel metálico. O mesmo efeito tem uma lâmina de ferro em presença de um campo.
Rotação do disco por meio da ação de um anel de blindagem
O fluxo magnético induz, assim, de um lado o anel metálico, e do outro, com seu fluxo não blindado, o disco.
Desta forma desenvolvem-se correntes de igual sentido em ambos os lados, cujos campos se atraem, dando ao disco o movimento de rotação.
b. Rotação do disco pela atuação de dois campos magnéticos
Medidores de corrente alternada são construídos de tal modo que dois campos alternados, defasados entre si, atuam sobre um disco de alumínio.
Rotação dos disco por meio de dois campos magnéticos
Um dos campos é criado pela bobina de tensão, o outro pela bobina de corrente. O defasamento de 90º entre ambos é devido, em grande parte, ao fato de a bobina de tensão, com elevado número de espiras, apresentar uma indutância bem superior à bobina de corrente. Além disto, a bobina de tensão é feita com um circuito magnético paralelo, de modo que apenas parte do fluxo passa pelo disco. Desta forma, aparece mais um defasamento angular. Para o ajuste exato da posição de fase, os enrolamentos de tensão e de corrente são dotados de mais um enrolamento auxiliar, que é curtocircuitado por meio de um reostato.
