Unidade_1_Instrumentos_de_Medidas_Eletricas

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Instrumentos e Medidas ElétricasInstrumentos e Medidas Elétricas
Prof. Leônidas Melo
Unidade 1:
Instrumentos de Medidas Elétricas
Unidade 1:
Instrumentos de Medidas Elétricas
Tópicos
1. Efeitos da Corrente Elétrica
1.1. Químico
1.2. Fisiológico
1.3. Fotoelétrico
1.4. Piezelétrico
1.5. Térmico1.5. Térmico
1.6. Eletromagnético
2. Instrumentos eletrodinâmicos: Galvanômetro de D’arsonval
3. Medidas de corrente
3.1 Amperímetro analógicos
3.2 Amperímetros Digitais 
Introdução:
Compreender o objetivo funcional e o funcionamento dos
instrumentos de medição elétrica é muito importante.
Eles são utilizados em reparos, manutenção e pesquisa
de panes (troubleshooting) de circuitos elétricos.de panes (troubleshooting) de circuitos elétricos.
Antes de abordamos diretamente os instrumentos me
medidas de elétricas, é importante atentarmos para
alguns aspectos importantes das grandezas que
desejamos medir.
1. Efeitos da corrente
Os efeitos da corrente podem ser
classificados como a seguir: químico,
psicológico, fotoelétrico, piezoelétrico,psicológico, fotoelétrico, piezoelétrico,
térmico e eletromagnético.
1.1 Químico
O efeito químico corresponde a certas reações
químicas que ocorrem quando a corrente elétrica atravessa
as soluções eletrolíticas. É muito aplicado, por exemplo, no
recobrimento de metais (niquelação, cromação, prateação,
etc).
Uma solução eletrolítica sofre decomposição quando
é atravessada por uma corrente elétrica. É a eletrólise.
Corresponde aos fenômenos elétricos nas estruturas
moleculares, objeto de estudo da eletroquímica. A
exploração desse efeito é utilizada nas pilhas, na eletrólise.
Os efeitos químicos da corrente não são
consideráveis para medida de corrente.
1.2 Efeito fisiológico
Corresponde à passagem da corrente elétrica por organismos
vivos.
A corrente elétrica age diretamente no sistema nervoso,
provocando contrações musculares; quando isso ocorre,
dizemos que houve um choque elétrico. O pior caso dedizemos que houve um choque elétrico. O pior caso de
choque é aquele que de origina quando uma corrente elétrica
entra pela mão de uma pessoa e sai pela outra.
Nesse caso, atravessando o tórax da ponta a ponta, ela tem
grande chance de afetar o coração e a respiração.
O valor mínimo de intensidade de corrente que se
pode perceber pela sensação de cócegas ou formigamento
leve é 1 mA.
Entretanto, com uma corrente de intensidade 10 mA,
a pessoa já perde o controle dos músculos, sendo difícil
abrir a mão e livrar-se do contato.abrir a mão e livrar-se do contato.
O valor mortal está compreendido entre 10 mA e 3 A,
aproximadamente.
O efeito fisiológico não permite avaliar
quantitativamente o valor da corrente, e portanto não serve
para determinar seu valor.
1.3 Efeito Fotoelétrico
Também é um fenômeno elétrico em nível molecular.
A excitação eletrônica pode dar margem à emissão de
radiação visível, tal como observamos nas lâmpadas
fluorescentes e alguns semicondutores. E, determinadas
condições, a passagem da corrente elétrica através de um
gás rarefeito faz com que ele emita luz.
As lâmpadas fluorescentes e os anúncios luminosos
são aplicações desse efeito. Neles há transformação direta
de energia elétrica em energia luminosa.
Usar a intensidade da luz, produzida como um meio 
de medir a intensidade da corrente, não é preciso nem 
prático.
1.4 Piezelétrico
Certos cristais como quartzo e sal de
Rochelle ficam deformados quando é aplicada
uma voltagem através de duas de suas faces.
Este efeito não é visível pelo olho humano,Este efeito não é visível pelo olho humano,
é pois, impraticável quanto ao uso de
medidores.
1.5 Térmico
Quando flui corrente através de um resistor, produz-se
calor. A quantidade de calor produzida é igual a I2R.
Esta relação estabelece que o calor varia de acordo
com o quadrado da corrente. São comuns os medidores que
empregam o efeito térmico no seu funcionamento.
1.6 Eletromagnético
Sempre que os elétrons fluem através de um
condutor é criado um campo magnético proporcional à
corrente. Este efeito é útil para medir corrente e empregado
em muitos medidores práticos, Especialmente os
analógicos.
2. Instrumentos eletrodinâmicos
Galvanômetro de D’arsoval:
Galvanômetro é um instrumento básico utilizado em
medições de corrente contínua.
Atualmente, os galvanômetros
utilizados são do tipo
D’Arsonval de quadro móvelD’Arsonval de quadro móvel
formado por um conjunto de
espiras que podem girar ao
redor de um eixo. As espiras
formam uma pequena bobina
retangular montada sobre um
cilindro de ferro doce.
Quando circula corrente pela
bobina haverá uma
interação entre o campo do imã
fixo e do eletroímã fazendo
aparecer forças que provocarão
um deslocamento da bobina
móvel, deslocando junto um
ponteiro o qual dará umaponteiro o qual dará uma
indicação.
O ângulo deslocado será proporcional à intensidade da
corrente através da bobina . Se calibrarmos a escala
poderemos efetuar uma medida de corrente.
Os principais elementos construtivos de um galvanômetro de 
bobina móvel são:
a) O mostrador ( escala) e o ponteiro
b) O imã permanente
c) A bobina móvel
d) Sistema de suspensão
As principais características de tal aparelho são:As principais características de tal aparelho são:
resistência interna (RG) e corrente de fundo de escala (IGM)
ou ainda sensibilidade (S) definida como sendo S = 1/IGM
sendo especificada em KOhm/V.
Assim é que um instrumento que tem fim de
escala de 50µA, terá uma sensibilidade de 1/50µA =
20KOhm/V. Quanto maior a sensibilidade maior a qualidade
do instrumento.
3. Medidas de corrente: Amperímetro
O amperímetro é um instrumento utilizado para medir a
intensidade da corrente elétrica que circula por um condutor. A
unidade de medida, no SI, para a intensidade de corrente é o
ampère (A).
Existem dois tipos básicos de amperímetros, os
analógicos e os digitais. Cada um possui suas vantagens e
desvantagens, e cabe ao operador selecionar o melhor opção
para sua utilização.
A seguir vamos discutir um pouco mais sobre os
princípios básicos dos amperímetros, modo de usá-los e
cuidados necessários que devemos ter ao manuseá-los.
3.1 Amperímetro Analógico
“Um amperímetro analógico é basicamente um
galvanômetro com a escala ampliada.”
Por exemplo, se dispomos de um galvanômetro com
100µA de fim de escala e desejamos construir um outro
instrumento que meça até 1mA, deveremos colocar em
paralelo com o galvanômetro uma resistência chamada de
shunt que desvie o excesso (0,99 mA).
Símbolo do Amperímetro
Exemplo de Cálculo do Resistor Shunt
Projetar um Amperímetro com fim de escala 5mA (IFS) a partir
de um Galvanômetro que tem R = 500Ω e sensibilidade dede um Galvanômetro que tem RG = 500Ω e sensibilidade de
5KΩ/V. Qual o valor da sua resistência interna ?
Solução:
Primeiro devemos calcular o fim de escala do Galvanômetro.
Como S = 1/IGM IGM = 1/ S = 1/(5.103)= 0,2mA.
Lembrando que temos um circuito paralelo, então:
GMG
IR
RIRIR =⇒=
.
..
GMFS
GMG
S
GMFSSM
SM
GMG
SGMGSMS
II
IR
R
III
I
IR
RIRIR
−
=
−=
=⇒=
.
:temos,Como
.
..
83,20
2,05
2,0.500.
=
−
=→
−
=
S
GMFS
GMG
S
R
II
IR
R
Resistor de shunt universal
Amperímetro Analógico ( note a fixação do ganvanômetro)
Amperímetro Analógico de painel 
3.2 Amperímetro Digital
3.2.1 Amplificador Operacional
O Amplificador Operacional é um componente ativo
usado na realização de operações aritméticas envolvendo
sinais analógicos.
Os Amp. Op. são amplificadores que trabalham com
tensão contínua tão bem como com tensão alternada. As suastensão contínua tão bem como com tensão alternada. As suas
principais características são:
•Altaimpedância de entrada
•Baixa impedância de saída
•Alto ganho
•Possibilidade de operar como amplificador diferencial
Símbolo
Um amplificador analógico é sempre representado como
um triângulo em que um dos vértices é a saída. O gráfico
mostra o diagrama esquemático de um Amplificador
Operacional com seu modelo mais usual.
+VCC e -VCC são as tensões de +VCC e -VCC são as tensões de 
alimentação do amplificador 
operacional
Alguns amplificadores operacionais 
também podem ser alimentados 
com +VCC e 0V
� A tensão de saída, VO, está limitada pelas tensões de 
alimentação (neste caso, VO ∈ [-VCC, +VCC])
�Os amplificadores operacionais amplificam a diferença de 
tensão aplicada nas entradas V+ e V- .
� VO=A(V+-V-) onde A representa o ganho de tensão do � VO=A(V -V ) onde A representa o ganho de tensão do 
amplificador. 
� O ganho pode atingir valores da ordem 105 a 106
Representação de um Amp Op
Um Amp. Op. pode ser entendido como um circuito
amplificador de alto ganho, onde a entrada é
representada por uma resistência de alto valor e a
saída por uma fonte de tensão controlada e uma
resistência em série.
Vo = A (V1 – V2)
Para um 741,
A = 100.000 ; 
Ro = 75Ω
3.2.2. Conversores Digital/Analógico e Analógico/Digital
Conversores A/D e D/A são a base de todo o
interfaceamento eletrônico entre o mundo analógico e o
mundo digital. Estão presentes na grande maioria dos
instrumentos de medida atuais e são os responsáveis pelo
aumento significativo nos níveis de precisão e exatidão assim
como o barateamento e popularização de instrumentos decomo o barateamento e popularização de instrumentos de
medida digitais.
Para este tópico vamos tomar como base o Capítulo 9 do
Livro Instrumentação Industrial – A. B. Fialho, 6ª ed.
3.2.3. Displays Digitais
Displays de LED
Display de 7 segmentos
Display de cristal liquido
Display de LCD de um osciloscópio
Displays de uma 
aeronave modernaaeronave moderna
Amperímetros Digitais (diagrama básico)
Um amperímetro digital é constituído de um conversor A/D,
um decodificador, um mostrador de cristal liquido ou leds e
os resistores shunt para seleção da escala, conforme
mostra o esquema da figura a seguir.
Um A. O. é empregado para amplificar a queda de
tensão no resistor de entrada do amperímetro, adequando-a ao
nível de entrada do conversor A/D.
O circuito seletor de escala neste caso pode ser
constituído de uma resistência de derivação de baixo valor,
ligada em paralelo com o divisor de tensão, com valores de
resistência de ordens de grandeza acima da primeira.
Amperímetros Digitais (Exemplos)
Amperímetro: Características básicas
�Mede a corrente através de um braço (ou ramo) 
do circuito
� Possui 2 terminais
– E ligado em serie com a “carga” em estudo– E ligado em serie com a “carga” em estudo
� Não deve oferecer resistência a passagem de 
corrente (para não interferir na medida)
– Deve ter resistência interna Ri muito baixa
– Quanto menor Ri, melhor o amperímetro
Ligação de um Amperímetro
Ligação de um Amperímetro
Para medir a corrente em R1:
Qual o efeito de um Ri = 10Ω? E de 1mΩ?
4. Medidas de tensão: Voltímetro
O voltímetro é um instrumento utilizado para medir a
diferença de potencial (ddp), entre dois pontos de um circuito.
A unidade de medida, no SI, para a diferença de potencial,A unidade de medida, no SI, para a diferença de potencial,
também chamada de tensão ou voltagem, é o volt (V).
Assim como o amperímetro, existem dois tipos básicos
de voltímetros, os analógicos e os digitais.
4.1. Voltímetro analógico
O voltímetro analógico também é construído a partir
de um galvanômetro. Dado um galvanômetro de resistência
interna RG e fim de escala IGM, a máxima tensão que pode
ser aplicada á sua bobina é:
IRV .=
O problema a ser resolvido é: a partir desse
galvanômetro construir um voltímetro que tenha um fundo
de escala VM > VGM.
GMGGM
IRV .=
RM
RG
Para construir um voltímetro que meça até VM, sendo
VM > VGM deveremos colocar em série com o
Galvanômetro um resistor RM (multiplicador).
VG
V
G
GM
M
MGMGMM
R
I
V
RIRRV −=→+= ).(
A resistência interna do voltímetro será: GMV RRR +=
Exemplo:
Projetar um Voltímetro que meça até 5V a partir de
um Galvanômetro que tem RG = 200Ω e IGM = 1mA.
RG
1mA
Ω= KR 8,4
Ω= KR
M
8,4
Ω= KR
G
8,4
Ω=Ω−= K
mA
V
R
M
8,4200
1
5 Ω=+= KKKR
V
52,08,4
VGM=200Ω.1mA=200 mV
Ω= KR
G
8,4
VV
M
5=
Ω= KR
G
8,4
Voltímetro Analógico com Amplificador Operacional.
Os Amplificadores Operacionais utilizados praOs Amplificadores Operacionais utilizados pra
este fim, caracterizam-se por gerar uma corrente de
saída necessária para deslocar o ponteiro do
galvanômetro a partir de uma corrente de entrada de
ordens de grandeza menor (10 a 100 vezes).
Estes voltímetros eletrônicos permitem uma
melhor exatidão e uma medição em uma faixa maior de
tensões, mas em contrapartida necessita de uma fonte
de alimentação.
4.2. Voltímetros Digitais:
Os voltímetros digitais vêm substituindo
paulatinamente os voltímetros analógicos nas mais
diversas aplicações, levando vantagem principalmente na
eliminação do fator subjetivo na leitura.
No voltímetro digital o galvanômetro da lugar a um
circuito conversor analógico-digital (A/D), um decodificador
e um mostrador digital. Geralmente, um Amp.Op. também é
utilizado para aumentar a resistência de entrada do
instrumento.
Diagrama básico:
No voltímetro digital o galvanômetro da lugar a um
circuito conversor analógico-digital (A/D), um decodificador
e um mostrador digital. Geralmente, um Amp.Op. também é
utilizado para aumentar a resistência de entrada do
instrumento.
A exemplo do voltímetro analógico, uma vez
definidas as características do elemento principal do
instrumento, neste caso o conversor A/D, o seletor de
escalas é projetado para adequar o nível de tensão à
entrada do conversor.
Exemplos:
Voltímetro: Características Básicas. 
� Mede a ddp entre 2 pontos
� Possui 2 terminais, que são ligados entre os 
pontos de interesse 
– Em paralelo com a “carga” em estudo– Em paralelo com a “carga” em estudo
� Não deve absorver corrente (para não interferir 
na medida realizada)
– Deve ter resistência interna Ri elevada
– Quanto maior Ri, melhor o voltímetro
Ligação de um voltímetro
- Para medir a tensão sobre R1:
Qual o efeito de um Ri = 10Ω? E de 10kΩ?
5. Medição de resistência elétrica: Ohmímetro
A resistência elétrica pode ser definida como relação
entre a diferença de potencial e a corrente que circula entre
dois pontos do circuito:
IVR /=
Isto sugere que a resistência pode ser determinada aIsto sugere que a resistência pode ser determinada a
partir da medição da tensão (V) criada quando uma corrente
conhecida circula no circuito. Os instrumentos de medição
baseados neste método são os ohmímetro analógicos e
digitais.
Outro método de medição da resistência baseia-se na
utilização da Ponte de Wheatstone.
5.1 Ohmímetro Analógico em Série
Um ohmímetro é constituído essencialmente por
um amperímetro em série com um gerador CC e um
resistor variável RV.
RGRV
RX
O resistor variável Rv é usado para fazer o
ajuste do zero na escala. Isto é feito, colocando as
pontas de prova em curso e ajustando o zero da
escala (valor máximo de deflexão do indicador). Neste
caso, o valor de Rx é dado pela expressão:
VV
R −=
GX
X
I
V
I
V
R −=
A expressão acima, indica que a escala do
ohmímetro analógico não é linear.
Ohmímetro: características básica
�Mede a resistência elétrica de um componente 
passivo
– Resistor
– Indutor, enrolamento de motor– Indutor, enrolamento de motor
– Condutor, interruptor
�Possuiuma fonte interna e um amperímetro
– Escala calibrada em Ohms (Ω)
�Não deve ser ligado a um circuito alimentado
– Desligar fontes para medir trechos de circuitos
Ligação de um Ohmímetro
Não ligue um ohmímetro a um circuito alimentado
7. Megômetro
Os Megômetros são aparelhos destinados a medir altas
resistências, daí serem usados para teste de isolamento de
redes, de motores, geradores, etc. Ao contrário do multímetro
com escala de ohmímetro que utiliza apenas uma pilha de 9v, o
megômetro produz umamegômetro produz uma
alta tensão para vencer a
grande resistência do
componente e determinar
pela corrente produzida o
quanto vale a resistência do
componente medido.
Como usar o Megôhmetro
Isolamento de cabos e 
eletrodutos
Isolamento de 
enrolamento de 
motores
8. Multímetro (Múltiplas funções):
O multímetro é um instrumento de medidas elétricas que agrega em um
único aparelho diversas funções como: amperímetro, voltímetro,
ohmímetro, frequencímetro, capacímetro, etc.
Cuidados durante o manuseio de um multímetro:
�Esteja atento às regras de segurança do laboratório.
�Verifique se a escala está de acordo com a grandeza a
ser medida. Se estiver em dúvida sobre o valor que será
medido inicie sempre pela escala mais alta.
�Verificar se as pontas de prova estão nos conectores
corretos
�Evite tocar nas pontas ou no circuito durante a medida.
�Se tiver alguma dúvida sobre como efetuar consulte o
professor ou o assistente.