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Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI Prof. Dr. Fernando Nunes Belchior fnbelchior@hotmail.com fnbelchior@unifei.edu.br Capítulo 1: Medidas Elétricas na Manutenção Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 Medidas Elétricas na Manutenção OPERAÇÃO DE MEDIÇÃO: Se, por exemplo, a medida tem a finalidade de manter uma máquina em um determinado regime de funcionamento, o esquema de medição é acrescido de mais uma etapa, ou seja: 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. O método de medição, por sua vez, é uma sequência lógica de operações, descritas genericamente, aplicadas na execução das medições. Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 CATEGORIAS BÁSICAS DE INSTRUMENTOS: 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. Os termos analógico e digital referem-se à forma de apresentação do sinal ou da indicação e não ao princípio de funcionamento do instrumento. Medidas Elétricas na Manutenção Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS: À grandeza a ser medida. Amperímetros (corrente) Voltímetros (tensão) Ohmímetros (resistência) Wattímetros (potência ativa), etc. Medidas Elétricas na Manutenção Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS: À apresentação da medida. Instrumentos indicadores: Apresentam os valores de uma ou mais grandezas simultaneamente no instante em que ocorrem, não os retendo no seguinte. Instrumentos com mostrador: Apresentam uma indicação. Ex.; voltímetro analógico ou um frequencímetro digital, entre outros Instrumentos registradores: Apresentam o valor da medida no instante em que está sendo feita e registra-o de modo que ele não seja perdido. Medidas Elétricas na Manutenção Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS: À 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) Instrumentos totalizadores: 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). Medidas Elétricas na Manutenção Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS: Ao uso. Instrumentos industriais Instrumentos de laboratório Medidas Elétricas na Manutenção Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS: À corrente. Instrumentos de corrente contínua (DC) Instrumentos de corrente alternada (AC) Medidas Elétricas na Manutenção Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS: Quanto aos instrumentos eletromecânicos é usual classificá-los quanto ao princípio de funcionamento do elemento motor, ou seja, eles podem ser: a) Instrumentos eletromagnéticos: Efeitos magnéticos da corrente. Existem dois tipos, ou seja, instrumentos de bobina móvel e imã fixo e instrumentos de ferro móvel; b) Instrumentos baseados no efeito térmico da corrente elétrica; c) Instrumentos eletrodinâmicos: Efeitos eletrodinâmicos da corrente elétrica; d) Instrumentos de indução: Fenômenos de indução. Instrumentos de campo girante ou instrumentos Ferraris; e) Instrumentos eletrostáticos: Efeitos de cargas elétricas em repouso (eletricidade estática). Medidas Elétricas na Manutenção Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 ESCALA DOS INSTRUMENTOS: Valores compreendidos entre os de máximo e os de mínimos capazes de serem medidos por um determinado instrumento. A amplitude entre os valores final e inicial da escala é conhecida por span. • escala (range): 45 a 65 Hz; • span: 20 Hz. Medidas Elétricas na Manutenção Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 ESCALA DOS INSTRUMENTOS: Instrumentos com mais de uma escala. Escala fixa e uma chave comutadora, a qual permite a mudança para os valores mostrados em um indicador. A leitura, nesse caso, se faz diretamente, porém deve ser multiplicada por um fator indicado no próprio instrumento. Analógicos. Medidas Elétricas na Manutenção Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 ESCALA DOS INSTRUMENTOS: Instrumentos com comutadores de escalas Além da possibilidade da escolha de escala (ou range), o recurso “Auto Range” (escolha automática da escala) Digitais. Medidas Elétricas na Manutenção Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 ESCALA DOS INSTRUMENTOS: Evitar erros de leitura Fazer a leitura em uma posição perpendicular aos olhos para evitar erros de paralaxe (ou seja, à diferença aparente na localização de um ponteiro quando observado por diferentes ângulos). O espelho existente em muitos desses instrumentos auxilia nessa tarefa. Ajuste de Zero. Medidas Elétricas na Manutenção Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 ERROS EM MEDIDAS: • ERROS SISTEMÁTICOS: aparecerão em todas as medidas e sempre com o mesmo valor. Eles surgem, em geral, devido às características inerentes da fabricação do instrumento (tais como, tolerâncias de componentes) ou, também, como resultado do método utilizado na medição, emprego inadequado do instrumento e distúrbios ambientais. Podem ser reduzidos a valores desprezíveis por aferição com um padrão. • ERROS ACIDENTAIS: Surgem de forma aleatória para cada medição, ou seja, variam de leitura para leitura e afetam as medidas de modo imprevisível. Em função desses aspectos, eles são de difícil eliminação. Em instrumentos analógicos, por exemplo,eles podem surgir devido à paralaxe, atrito mecânico e desbalanço do sistema móvel, entre outros motivos. A LEITURA OU INDICAÇÃO DE UM MEDIDOR SEMPRE ESTARÁ SUJEITA A ERROS E INCERTEZAS, TANTO NOS INSTRUMENTOS ANALÓGICOS, QUANTO NOS DIGITAIS. Medidas Elétricas na Manutenção Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 ERROS EM MEDIDAS: O TERMO INCERTEZA INDICA, GENERICAMENTE, A PRESENÇA DE ERRO EM RESULTADOS, OU SEJA, O RESULTADO REAL OU CORRETO DEVE ESTAR DENTRO DA FAIXA DELIMITADA PELA INCERTEZA. - % x 100 Valor medido Valor real Erro relativo Valor real Classificação Erro relativo Baixa precisão 10% ou mais Precisão normal 5 a 10% Precisão média 1 a 5% Alta precisão 0,1% a 1% Muito alta precisão inferior a 0,1% Medidas Elétricas na Manutenção Erro absoluto Valor medido - Valor real Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 CLASSE DE EXATIDÃO Se constitui em uma classificação dos instrumentos que estabelece a exatidão de uma medida dentro de uma faixa de valores. OBS: O erro que define a citada faixa é sempre expresso em relação ao valor final da escala, ou ao valor nominal ou a um campo nominal. Ex.: +1% de 100V = +1V % x 100 Erro absoluto Erro relativo Valor real =% relativoErro + 100 x V 98 V 1 = + 1,02 % Se: V=98V Se: V=21V =% relativoErro + 100 x V 12 V 1 = + 4,76 % “O valor da grandeza a ser medida não deve ser inferior ao valor da metade da escala do instrumento”. Medidas Elétricas na Manutenção Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS • Instrumentos de laboratório: classe de exatidão de 0,1% a 0,3% • Instrumentos de ensaio: classe de exatidão de 0,5% a 1,5% • Instrumentos de serviço, instrumentos industriais de 2% a 3% ou maior RIGIDEZ DIELÉTRICA, TENSÃO DE PROVA, TENSÃO DE ENSAIO • Caracteriza a isolação entre a parte ativa e a carcaça do instrumento. Tensão máxima que se pode aplicar entre a parte ativa e a carcaça do instrumento, sem lhe causar danos. Medidas Elétricas na Manutenção Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI Prof. Dr. Fernando Nunes Belchior fnbelchior@hotmail.com fnbelchior@unifei.edu.br Capítulo 2: Instrumentos Analógicos de Bobina Móvel Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 Instrumentos Analógicos Têm sempre um conjunto móvel que é deslocado, aproveitando um dos efeitos da corrente elétrica: efeito térmico, efeito magnético, efeito dinâmico, etc. Preso ao conjunto móvel está um ponteiro que se desloca na frente de uma escala graduada em valores da grandeza a que se destina o instrumento a medir. Apesar de serem ainda muito utilizados, esses instrumentos perderam popularidade para os instrumentos digitais, principalmente devido à quantidade de recursos que podem ser inseridos no processo dos mesmos. O erro mais comum nos instrumentos analógicos é o erro de paralaxe: quando a vista do observador, a ponta do ponteiro e o valor indicado na escala não se situam no mesmo plano. Este é o motivo de se utilizarem espelhos no fundo de escala. Neste caso, o operador à direita deve posicionar-se de modo que o ponteiro coincida exatamente com o seu reflexo, garantindo o ângulo de 90° entre observador e instrumento. Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 Construídos a partir de um instrumento fundamental, denominado galvanômetro, que é sensível ao fluxo de baixas correntes. A partir destes instrumentos fundamentais são acrescidos componentes, tais como resistores, entre outros, a fim de tornar o mesmo um medidor de corrente, um medidor de tensão ou um medidor de resistência. Os galvanômetros podem ser construídos de diferentes maneiras, e os mais comuns são os de bobina móvel e os de ferro móvel. PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO: Instrumentos Analógicos Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 • Mais utilizados em medições elétricas. • Também chamados de instrumentos de imã permanente, imã fixo ou magnetoelétricos; • Conhecidos por instrumentos que utilizam o sistema D’Arsonval por ter sido o físico francês de mesmo nome que o desenvolveu; • São desenvolvidos tendo como base o seguinte princípio do eletromagnetismo: “na presença de um campo magnético B, um condutor de comprimento l, fica submetido a uma força F cujo sentido é dado pela regra dos três dedos da mão esquerda e cujo módulo é dado por: INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL: . . .F B i l sen onde θ é o ângulo entre B e a direção de il no espaço. Instrumentos Analógicos Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 a) Um imã permanente que fornece um campo magnético constante; b) Um núcleo cilíndrico de ferro doce que além de concentrar as linhas do fluxo magnético sobre a bobina móvel também as torna radiais; c) Um quadro de formato retangular, geralmente de alumínio, onde é enrolada a bobina. Este quadro também possui a finalidade de produzir um amortecimento do sistema móvel por correntes de Foucault; d) Uma bobina móvel de fio de cobre através do qual ocorrerá a circulação da corrente que se deseja medir. Este fio de cobre é enrolado no quadro de alumínio; e) Sapatas ou pernas polares com a finalidade de concentrar as linhas de força do imã. INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL - CONSTITUIÇÃO: Instrumentos Analógicos Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 Sentido e direção da força, corrente e campo magnético. INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO: Instrumentos Analógicos Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 Apropriado para medir corrente contínua, pois o campo magnético desenvolvido pelo imã permanente é também contínuo. O que aconteceria se a corrente ao invés de ser contínua fosse alternada? A corrente que percorre os condutores da bobina mudasse de sentido, as forças F também fariam o mesmo. INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO: Se a corrente mudar de sentido muito rapidamente (por ex. 60[Hz]) o ponteiro, devido a sua inércia natural, não irá sair do lugar. Estes instrumentos podem ser usados para correntes alternadas de frequência industrial através do uso de retificadores que a transformam em corrente contínua. Instrumentos Analógicos Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 • quanto maior for o valor da corrente i, maior será o desvio do ponteiro; • como θ = f(i) é uma função linear, a escala do aparelho apresentará distâncias iguais entre os pontos fixos das divisões; Quando a corrente i cair a zero, ou seja, o conjugado motor (Cm) terminar,as molas irão atuar no sentido de trazer o ponteiro do aparelho à sua posição inicial. O quadro retangular de alumínio possui a finalidade de produzir um amortecimento (Ca) do sistema móvel por correntes de Foucault. Este conjugado de amortecimento possui a finalidade de diminuir ou amortecer as vibrações do sistema móvel quando estamos na posição de equilíbrio (Cm = Ca) Também em qualquer deslocamento repentino do sistema móvel ele irá atuar como uma proteção do instrumento. INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO: Instrumentos Analógicos Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 INSTRUMENTOS DE BOBINA MÓVEL – CARACTERÍSTICAS: Instrumentos Analógicos Características: . Princípio de funcionamento em bobina móvel; . Classe de exatidão = 0,3%; . Medição de corrente contínua; . Ângulo de leitura apropriado = 60º; . Rigidez Dielétrica = 1kV. Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI Prof. Dr. Fernando Nunes Belchior fnbelchior@hotmail.com fnbelchior@unifei.edu.br Capítulo 3: Instrumentos Analógicos de Ferro Móvel Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 • Os instrumentos de ferro móvel, ferromagnéticos ou eletromagnéticos são bastante utilizados em medições industriais, por: • possuir uma construção simples; • serem econômicos; • serem de fácil manutenção; • serem resistentes a choques mecânicos e vibrações; • medirem CA e CC (menor exatidão). INSTRUMENTOS DE FERRO MÓVEL: Instrumentos Analógicos Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 a) Bobina Fixa - pode ser projetada para suportar correntes de valor elevado. Podem funcionar como amperímetros ou voltímetros. b) Conjugado Móvel - formado pelo ferro móvel, mola espiral, amortecedor de ar (ou palheta do amortecedor) e do ponteiro. c) Amortecedor - pode ser mecânico ou magnético. O amortecimento mecânico é formado pelo freio de ar. A aleta ou palheta do amortecedor, presa ao eixo, move- se durante o movimento do ponteiro em uma câmara de ar. Ela comprime o ar da câmara agindo desta forma como um freio. O amortecimento pode também ser obtido através de ímas permanentes. INSTRUMENTOS DE FERRO MÓVEL - CONSTITUIÇÃO: A escala do aparelho não apresenta distâncias iguais entre os pontos fixos das divisões Instrumentos Analógicos Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 Se baseia na ação do campo magnético criado pela corrente que se deseja medir quando a mesma percorre uma bobina fixa. INSTRUMENTOS DE FERRO MÓVEL – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO: Sistema de atração Sistema de repulsão Instrumentos Analógicos Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 Se baseia na ação do campo magnético criado pela corrente que se deseja medir quando a mesma percorre uma bobina fixa. INSTRUMENTOS DE FERRO MÓVEL – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO: Sistema de atração Sistema de repulsão Instrumentos Analógicos Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 INSTRUMENTOS DE FERRO MÓVEL – CARACTERÍSTICAS: Instrumentos Analógicos Características: . Princípio de funcionamento em ferro móvel; . Classe de exatidão = 2%; . Medição de corrente contínua ou alternada; . Leitura apropriada na horizontal; . Rigidez Dielétrica = 500V. Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 INSTRUMENTOS ANALÓGICOS Instrumentos de corrente contínua (DC) Instrumentos de corrente alternada (AC) Escala Linear, Bobina Móvel Escala Não Linear, Ferro Móvel Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 INSTRUMENTOS ANALÓGICOS Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 INSTRUMENTOS ANALÓGICOS Catálogo do fabricante Kron – Informações Técnicas Gerais Catálogo do fabricante Kron – Características Sistema Ferro Móvel Catálogo do fabricante Kron – Ferro Móvel (CA) | FM 96/144 - FMI 72/96 Catálogo do fabricante Kron – Bobina Móvel (CC) - BM 96/144 - BMI 72/96 Catálogo do fabricante Kron – Características Sistema Bobina Móvel Cap. 1, 2 e 3 Universidade Federal de Itajubá - UNIFEI Disciplina ELE505 - Medidas Prof. Fernando Belchior – Fevereiro/2014 Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI Prof. Dr. Fernando Nunes Belchior fnbelchior@hotmail.com fnbelchior@unifei.edu.br Obrigado pela atenção !! FIM
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