Medidas elétricas Aula 1 (1)

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Medidas elétricas Aula 1 
D.Sc Leonardo Alfredo Forero Mendoza
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Duas provas 
14 de outubro 
8 de dezembro
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Que comece o:
Caraterísticas e Erros em instrumentos
Caraterísticas e Erros em instrumentos
Um instrumento de medição elétrica é um dispositivo que permite medir um fenômeno físico (mensurando).
Caraterísticas e Erros em instrumentos
O método de medição, por sua vez, é uma sequência lógica de operações,
descritas genericamente, aplicadas na execução das medições.
Classificação dos Instrumentos 
Passivos: Utilizam a energia do próprio meio, ou energia para funcionarem. 
Ativos: Utilizam outra fonte de energia para o seu funcionamento.
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. 
CATEGORIAS BÁSICAS DE INSTRUMENTOS
De uma forma geral os instrumentos de medição elétrica podem ser: 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.
CATEGORIAS BÁSICAS DE INSTRUMENTOS
Dessa forma, é importante ressaltar que os termos analógico e digital referem-se à forma 
de apresentação do sinal ou da indicação e não ao princípio de funcionamento do instrumento.
CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS 
Pela grandeza a ser medida
CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS 
Pela apresentação da medida
Instrumentos indicadores apresentam os valores de uma ou mais grandezas simultaneamente no instante em que ocorrem, não os retendo no seguinte. Podem, também, fornecer um registro.
Instrumentos com mostrador, os quais apresentam uma indicação, como no caso de um voltímetro analógico ou um frequencímetro digital, entre outros;
CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS 
Pela apresentação da medida
Instrumentos registradores - apresentam o valor da medida no instante em que está sendo feita e registra-o de modo que ele não seja perdido. Os registros podem ser analógicos (linha contínua ou descontínua) ou digitais. Naturalmente, várias grandezas podem ser registradas simultaneamente e, também, apresentar uma indicação. 
CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS 
Pela 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), por exemplo.
CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS 
Pela apresentação da medida
Instrumentos totalizadores que 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).
CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS 
Pelo uso
CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS 
Pelo tipo de corrente
CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS
Quanto ao principio de funcionamento do elemento motor, ou seja, eles podem ser: 
a) Instrumentos eletromagnéticos, os quais se baseiam nos efeitos magnéticos da corrente. Existem dois tipos, ou seja, instrumentos de bobina novel e imã fixo e instrumentos de ferro móvel;
 b) Instrumentos baseados no efeito térmico da corrente elétrica; 
c) Instrumentos eletrodinâmicos, os quais se baseiam nos efeitos eletrodinâmicos da corrente elétrica; 
d) Instrumentos de indução, os quais se baseiam, como o próprio nome indica, nos fenômenos de indução. Também são conhecidos pelo nome de instrumentos de campo girante ou instrumentos Ferraris; 
e) Instrumentos eletrostáticos, cujo funcionamento se explica pelos efeitos de cargas elétricas em repouso (eletricidade estática).
ESCALA DOS INSTRUMENTOS
Escala, range ou faixa de indicação são termos empregados como sinônimos e referem-se ao conjunto de valores compreendidos entre os de máximo e os de mínimos capazes de serem medidos por um determinado instrumento.
ESCALA DOS INSTRUMENTOS
Observa-se que muitos instrumentos, digitais ou analógicos, apresentam mais de uma escala, ou seja, de faixa de medição. Nesse sentido, a figura mostra um amperímetro analógico, onde se visualiza duas escalas, as quais devem ser lidas dependendo do terminal a que se conecta a o circuito.
ESCALA DOS INSTRUMENTOS
Os instrumentos digitais também possuem comutadores de escala
Alguns digitais microprocessados apresentam, também, além da possibilidade da escolha de escala (ou range), o recurso “Auto Range” 
Escala de instrumentos 
Ajuste de zero
A utilização desse ajuste antes de se iniciar uma medição é de grande importância nos instrumentos analógicos. Com ele é possível posicionar o ponteiro indicador (cabelo) exatamente sobre o ponto inicial da escala, o que minimiza futuros erros de leitura.
ERROS EM MEDIDAS (Caraterísticas estáticas)
Definições sobre ABNT (NB-278/73) 
Erro :É o desvio observado entre o valor medido e o valor verdadeiro (ou aceito como verdadeiro). 
Valor Verdadeiro: É o valor exato da medida de uma grandeza obtido quando nenhum tipo de erro incide na medição. Na prática é impossível eliminar todos os erros e obter um valor aceito como verdadeiro, que substitui o valor verdadeiro. 
ERROS EM MEDIDAS (Caraterísticas estáticas)
Exatidão: É a característica de um instrumento de medida que exprime o afastamento entre a medida nele observada e o valor de referência aceito como verdadeiro. 
Precisão: Refere-se a maior ou menor aproximação da medida em termos de casas decimais. A precisão, portanto, revela o rigor com que um instrumento de medida indica o valor de uma certa grandeza. 
Classe de Exatidão É o limite de erro, garantido pelo fabricante de um instrumento, que se pode cometer em qualquer medida efetuada pelo mesmo, ou seja, é uma classificação do instrumento de medida para designar a sua exatidão. O número que a designa chama-se índice de classe. Índice de classe (IC) Número que designa a classe de exatidão, o qual deve ser tomado como uma porcentagem do valor de plena escala de um instrumento. 
Escala de um Instrumento: É o intervalo de valores que um instrumento pode medir. Normalmente vai de zero a um valor máximo que se denomina calibre ou valor de plena escala. Valor de Plena Escala É o máximo valor da grandeza que um instrumento pode medir. 
ERROS EM MEDIDAS
Classificação dos Erros Os erros podem ser classificados como: Grosseiros, Sistemáticos , Acidentais, Aleatórios ou residuais. 
Erros Grosseiros: São devidos à falta de atenção, são resultados de enganos nas leituras e anotações de resultados. São de inteira responsabilidade do operador e não podem ser tratados matematicamente. Para evitá-los é necessário proceder a repetição dos trabalhos, mas é necessário sobretudo, que se trabalhe com muita atenção. 
Erros Sistemáticos São ligados às deficiências do método, do material empregado ou da avaliação da medida do operador. Estes erros podem ser classificados como: 
De construção e ajuste;
De leitura;
Inerente ao método; 
Devido a condições externas
ERROS EM MEDIDAS
Erros de construção e ajuste 
Erros de graduação da escala na indústria. 
Erros de ajuste entre pinos e eixos, assim como de componentes elétricos. 
Estes erros tendem a crescer com a idade do instrumento devido a: 
Oxidação; 
Desgaste dos contatos entre peças móveis e fixas. 
Variação dos coeficientes de elasticidade de molas. 
Esses erros são diferentes em diferentes pontos da escala. 
Eles podem ser contornados através da construção de um tabela de correção de erros.
ERROS EM MEDIDAS
Erros de Leitura 
São devidos a influência do operador e dependem das características do sistema de leitura. 
São resultados do angulo de observação (paralaxe) do operador. Esses erros podem ser limitados
usando-se dois ou mais operadores e/ou equipando o instrumento com um espelho junto à escala. 
Erros Inerentes ao Método: Ocorrem quando a medida é obtida por métodos que necessitem de processamento indireto de grandezas auxiliares. 
Erros Devido às Condições Externas: São aqueles inerentes a condições à medida de uma grandeza. Podem resultar de: variações de temperatura, pressão, umidade, presença de campos elétricos, etc.
ERROS EM MEDIDAS
Erros aleatórios - São erros devido ao imponderável. São erros essencialmente variáveis e não suscetíveis de limitações. 
Tratamento de erros em medidas
Com o intuito de minimizar e identificar os vários tipos de erros presentes numa medida, um tratamento estatístico pode ser aplicado num conjunto de dados obtidos em condições idênticas e/ou conhecidas. 
Este tratamento estatístico baseado na observação repetitiva é eficaz na minimização de erros periódicos e aleatórios. 
Tratamento de erros em medidas
Erros aleatórios : características e limitações 
Os valores lidos possuem uma distribuição estatística; 
Cada medida é independente das outras; 
Erros pequenos ocorrem com maior probabilidade que os grandes;
Erros importantes são aperiódicos; 
Erros (+) e (–) possuem mesma amplitude e probabilidade de ocorrência e frequência. 
Tratamento de erros em medidas
Média Aritmética 
Resíduo r : diferença entre a média e cada uma das medidas. 
Tratamento de erros em medidas
Erro Padrão σ : é encontrado a partir de uma série de leituras e fornece uma estimativa da amplitude do erro presente nestas medidas e consequentemente sua precisão. A determinação precisa do erro padrão σ implica num grade número de leituras. 
Tratamento de erros em medidas
Distribuição normal ou curva Gaussiana : 
Tratamento de erros em medidas
Significado do erro (ou desvio) padrão : 
A área hachurada na curva representa 68,3% da área total que equivale ao conjunto de todas as medidas. O erro padrão σ de uma série de medidas indica então uma probabilidade de 68,3% que o valor verdadeiro da medida esteja entre -σ e +σ do valor médio do conjunto de dados. Consequentemente 2σ ⇒ 95,4% , 3σ ⇒ 99,7%. 
ERROS EM MEDIDAS
Observe-se que, em termos práticos, as medidas são classificadas em função do chamado erro relativo, o qual se refere ao erro de medição dividido pelo valor real ou verdadeiro, ou seja: 
CLASSE DE EXATIDÃO
Em função do exposto no tópico anterior, facilmente se conclui que valor da medida será tanto mais exata (ou seja, com valor mais próximo do real), quanto menor for o erro. 
Sendo assim, é conveniente conhecer-se o erro em cada ponto da escala de um instrumento para se ter exatidão na medida. 
Naturalmente, isso é impraticável nas medições cotidianas, o que leva à ideia de se conhecer, ao menos, uma ordem de grandeza dos erros cometidos.
 Desta forma, emprega-se a chamada classe de exatidão, a qual se constitui em uma classificação dos instrumentos que estabelece a exatidão de uma medida dentro de uma faixa de valores
Exatidão
PADRÕES 
Todas as medições realizadas na prática são realizadas através de instrumentos de medição, que foram previamente calibrados, por comparação com outros instrumentos de medidas, denominados padrões de medidas. 
Padrão É um instrumento de medida destinado a definir, conservar ou reproduzir a unidade base de medida de uma grandeza. Os padrões podem reproduzir a unidade base de medida, bem como seus múltiplos e submúltiplos. 
Padrão Primário É como se denomina o padrão que possui as mais elevadas qualidades de reprodução de uma unidade de medida de uma grandeza. Os padrões primários nunca são utilizados diretamente para medições, a não ser na geração de padrões secundários. São conservados em condições especiais de ambiente nos laboratórios nacionais. 
Padrões 
Padrão secundário ou Padrão de Trabalho É um intermediário entre os padrões primários que viabiliza a distribuição das referências de medidas para os laboratórios secundários, onde são utilizados para aferição dos instrumentos de medidas. A principal característica deste padrão é a permanência, que é a capacidade do mesmo em conservar a classe de exatidão por maior espaço de tempo, dentro de condições especificadas de utilização. 
Qualidades Exigidas de um Padrão 
Ser constante 
Ser de alta precisão 
Ser consistente com a definição da unidade correspondente.
Padrões 
Calibração e Manutenção de padrões A calibração de padrões é feita regularmente através de laboratórios nacionais, comparando-os com os padrões definidos como primários para uma grandeza especificada. 
Esta comparação também é chamada aferição. O processo de aferição permite a criação de padrões secundários, que poderão servir de padrões intermediários ou de transferência. 
Padrões de Grandezas Elétricas
Padrões de Grandezas Elétricas 
Corrente elétrica: 
o ampère é a corrente constante que, mantida entre dois condutores paralelos de comprimento infinito e seção transversal desprezível separados de 1m, no vácuo, produz uma força entre os dois condutores de 2.10-7 N/m. Na prática são utilizados instrumentos chamados balanças de corrente, que medem a força de atração entre duas bobinas idênticas e de eixos coincidentes.
Padrões de Grandezas Elétricas 
Tensão:
o padrão do volt é baseado numa pilha eletroquímica conhecida como Célula Padrão de Weston, constituída por cristais de sulfato de cádmio (CdSO4) e uma pasta de sulfato de mercúrio (HgSO4) imersos em uma solução saturada de sulfato de cádmio. Em uma concentração específica da solução e temperatura de 20ºC a tensão medida é de 1,01830V
Padrões de Grandezas Elétricas 
Resistência: o padrão do ohm é normalmente baseado num fio de manganina (84% Cu, 12% Mn e 4% Ni) enrolado sob a forma de bobina e imerso num banho de óleo a temperatura constante. A resistência depende do comprimento e do diâmetro do fio, possuindo valores nominais entre 10-4Ω e 106 Ω. 
Padrões de Grandezas Elétricas 
Capacitância: o padrão do Farad á baseado no cálculo de capacitores de geometria precisa e bem definida com um dielétrico de propriedades estáveis e bem conhecidas. Normalmente usam-se duas esferas ou 2 cilindros concêntricos separados por um dielétrico gasoso. 
Indutância: o padrão do henri é também baseado no cálculo de indutores sob a forma de bobinas cilíndricas e longas em relação ao diâmetro com uma única camada de espiras.