apostila instrumentação e controle

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Prof.: Deborah Alves Horta 1 
 
 
 
INSTITUTO FEDERAL FLUMINENSE – Campus Itaperuna 
 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE 
 
 
 
 A instrumentação é o ramo da engenharia que trata do projeto, fabricação, 
especificação, montagem, operação e manutenção dos instrumentos de medição e controle de 
variáveis em processos industriais. Em qualquer fase do processo, desde a fase de obtenção de 
matéria prima até a obtenção do produto final, tudo que se relacione a medidas e padrões é 
responsabilidade do profissional da área de instrumentação e controle, que deve garantir que 
tudo esteja de acordo com as normas específicas de segurança e qualidade (ISO 9000). 
Os instrumentos de medição e controle permitem, portanto, monitorar as variáveis de 
processo de forma a mantê- las constantes, objetivando a melhoria da qualidade, o aumento da 
produtividade e a garantia da segurança. O uso adequado dos instrumentos com o adequado 
controle das variáveis permite, ainda, menor desperdício e consequentemente maior lucro. 
Um processo, em geral, consiste de uma sequência de atividades que permitem a 
obtenção de um produto por meio da transformação de uma matéria-prima. Ao final de um 
processo, além do produto, são gerados resíduos e efluentes, que podem passar por outros 
processos, tais como: reciclagem, tratamento ou descarte. 
Os processos industriais podem ser divididos em: processos contínuos e descontínuos. 
Em processos contínuos a entrada de matéria prima, o processamento/reação e a saída de 
produto ocorrem de forma ininterrupta. O aquecimento de água pelo chuveiro é o exemplo 
mais simples. Em processos descontínuos a operação ocorre em etapas separadas, isto é, o 
fornecimento do produto final ocorre em quantidades discretas (determinadas). Um exemplo 
típico de processo descontínuo ou Processo Batelada, como é conhecido, é a produção de 
iogurte, que envolve três etapas: adição de leite, fermento lácteo e polpa; etapa de 
fermentação e saída do iogurte (em quantidades limitadas). 
 
 
1 - TERMINOLOGIA 
 
Os instrumentos de controle empregados na indústria tem terminologia própria. Os 
termos definem as características de medida e controle dos diversos instrumentos: 
indicadores, registradores, controladores, transmissores. 
 
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A terminologia empregada é unificada entre fabricantes, usuários e organismos direta 
ou indiretamente ligados à instrumentação industrial. 
 
 
– VARIÁVEL DE PROCESSO (PV) 
 
É uma condição do processo que pode alterar a produção de alguma forma, ou seja, é a 
variável que se deseja controlar em um processo. Por exemplo: temperatura, pressão, vazão, 
nível, entre outras. 
 
– SETPOINT (SP) 
 
É o valor que se deseja manter para a variável de processo. Isto significa que se, em 
determinado processo, precisamos manter a temperatura em um valor específico, 30ºC, por 
exemplo, esse será o setpoint daquela variável naquele processo. 
 
– RANGE (faixa de medida) 
 
Conjunto de valores da variável que estão entre os limites superior e inferior da 
capacidade de medida do instrumento. É expressa por meio dos valores extremos. 
Ex: 100 ~ 500 m³; 0 ~ 20 psi. 
 
– SPAN (alcance) 
 
É a diferença algébrica entre o valor superior e inferior da faixa de medição 
do instrumento. Ex: se o instrumento tem um range de 50 ~ 100 mmca, seu alcance 
será de 50 mmca. 
 
– EXATIDÃO 
 
Está relacionada ao grau de concordância entre a medida efetuada e o valor de 
referência. 
 
– PRECISÃO 
 
Determinada por meio de processos estatísticos. São realizadas várias medições e 
calculada a média aritmética dessas. A precisão exprime o afastamento entre as 
medidas e a média. Um instrumento preciso não é necessariamente exato. 
 
– ESCALA 
 
É o intervalo de valores que um instrumento pode medir, normalmente vai de zero 
a um valor máximo, denominado calibre ou valor de plena escala. 
As escalas podem ter divisões homogêneas (figura 1) ou heterogêneas (figura 2). 
No primeiro caso, as divisões são uniformes, isto é, mantem a mesma distância entre 
 
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uma marcação e outra do início ao fim; já no segundo caso, as divisões são mais 
concentradas nos extremos e mais afastadas no centro. 
 
 
 
Figura 1 Figura 2 
 
 
– OFFSET 
 
É a diferença entre o valor medido da variável de processo e o setpoint, pode ser 
positiva ou negativa. Se tivermos uma variável de processo, por exemplo, 
temperatura no valor de 150ºC e um setpoint no valor de 250ºC, teremos um offset 
(erro) de + 100ºC. 
O objetivo ao se realizar o controle de uma variável de processo é minimizar ou 
eliminar o erro. 
 
– ERROS 
 
Matematicamente, existem três designações: 
 
1. Erro absoluto (δX): É a diferença algébrica, em módulo, entre o valor medido 
(Vm) e o valor de referência (Vr). Assim, pode dizer que: 
 
Vm – δX < Vr < Vm + δX 
 
2. Erro relativo (ε): É a relação entre o erro absoluto (δX) e o valor de referência 
(Xr). Matematicamente é expresso por: ε = δX/Xr. 
3. Erro percentual (ε %): É o erro relativo expresso em porcentagem. Ou seja, 
ε % = ε.100. 
 
 Fontes de Erros 
 
1. Erros grosseiros: ocorrem por falta de atenção do profissional ou engano na 
anotação dos resultados. Para evita-los é necessário que se trabalhe com 
muita atenção e, se necessário, deve-se repetir os trabalhos. 
2. Erros sistemáticos: são relacionados a deficiências no material ou na 
avaliação do operador e são classificados em: 
 
 
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a) erros de construção e ajuste: erro na graduação da escala durante a 
fabricação do instrumento; erro de ajuste entre eixos e pinos, por 
exemplo; 
b) erros de leitura: são ocasionados pela posição de observação do 
operador (erro de paralaxe) e podem ser evitados com o uso de 
espelhos ou de mais operadores para realizar a leitura; 
c) erros devido às condições externas: podem resultar de variações de 
temperatura, presença de umidade ou campos elétricos, por exemplo. 
 
 
 
2 – CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS 
 
Os instrumentos são classificados de acordo com o tipo, o modo de exibição dos 
valores ou a grandeza que vão medir. 
 
 
2.1 – Quanto ao tipo 
 
a) Instrumentos indicadores 
 
Instrumento que nos fornece uma indicação visual da situação das variáveis no 
processo, isto é, apresenta o valor da medida no instante em que está sendo feita, perdendo-se 
esse valor no instante seguinte. São instrumentos que nas indicamos valores momentâneos das 
quantidades elétricas tais como tensão; corrente; potência e etc. Um indicador pode-se 
apresentar na forma analógica ou digital. 
 
b) Instrumentos registradores 
 
Apresentam o valor da medida no instante em que está sendo feita e registra-o de 
modo que não o perdemos. São instrumentos que registram em papel graduado (traçam 
gráficos) com os valores medidos. 
 
c) Instrumentos controladores 
 
São instrumentos que, baseados num setpoint, enviam sinais a elementos finais decontrole com o objetivo de fazer com que a variável se iguale ou se aproxime do valor 
desejado. 
 
d) Instrumentos transmissores 
 
São instrumentos que sentem a variável do processo através de elementos primários e 
enviam sinais padronizados para outros instrumentos, como controladores e registradores. 
 
 
 
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2.2 – Quanto ao modo de exibição dos valores 
 
 
a) Analógicos 
 
Efetuam a medição através do deslocamento de um ponteiro sobre uma escala 
graduada. Do ponto de vista construtivo possuem uma componente mecânica cujas 
características funcionais afetam diretamente a exatidão da medida. 
De uma forma sucinta, as principais limitações resultantes do princípio de 
funcionamento dos instrumentos analógicos são basicamente as seguintes: 
- Tempo de leitura elevado; 
- O funcionamento fora das condições de temperatura, pressão e umidade 
aconselhadas pelo fabricante afetam significativamente a sua exatidão; 
- A utilização de ponteiros e escalas graduadas conduz a erros de leitura (paralaxe); 
- São afetados por campos eletromagnéticos de origem externa; 
- Exigem uma calibração periódica devido aos desajustes mecânicos associados à 
própria utilização dos instrumentos e a elevada sensibilidade em relação às condições 
ambientais. 
 
b) Digitais 
 
Indicam diretamente, em um visor, o valor da grandeza através de vários algarismos 
ou dígitos. Com a emergência do desenvolvimento tecnológico e com a introdução do 
conversor analógico-digital na área da instrumentação, os sinais de características geralmente 
analógicas são convertidos e processados digitalmente, o que conduziu a uma maior exatidão 
e confiabilidade dos instrumentos. 
As principais diferenças entre um instrumento analógico e digital centram-se na 
existência de um conversor analógico-digital e na utilização de um visor numérico em lugar 
de um ponteiro e uma escala. A ausência do ponteiro minimiza os erros de leitura do 
utilizador e permite obter resoluções superiores. 
As principais características dos instrumentos digitais são, basicamente, a sua menor 
sensibilidade a perturbações exteriores, maior resolução e capacidade de representação da 
medida de forma numérica. 
Genericamente, os instrumentos digitais minimizam as necessidades de componentes 
mecânicos na sua concepção, podendo ainda ter capacidade de ajuste e controlo remoto. Outra 
característica inerente a estes instrumentos consiste na possibilidade de se construir 
equipamentos portáteis. 
 
 
2.3 - Quanto à grandeza 
 
A medição de uma variável de processo é feita com base em princípios físicos ou 
químicos e nas modificações que sofrem as matérias quando sujeitas às alterações impostas 
por esta variável. 
 
 
 
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a) Pressão 
 
Antes de conhecer os instrumentos de medição e controle de pressão, vamos 
rever alguns conceitos fundamentais. 
Definimos pressão „P‟ como a ação de uma força „F‟ sobre uma unidade de 
área „A‟ (figura a seguir). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A unidade de pressão oficialmente adotada pelo Sistema Internacional de 
Unidades (SI) é o Newton por metro quadrado (N/m²), denominada Pascal (Pa). 
Por exemplo, se uma pessoa de 70Kg está em pé sobre uma plataforma de 
madeira de 1 m², exercerá uma pressão (considerando a força igualmente 
distribuída e adotando g = 9,8 m/s²) de: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A pressão medida a partir do vácuo ou zero absoluto é denominada pressão 
absoluta, e sempre terá valores iguais ou superiores a zero. 
A pressão exercida pela camada de ar (atmosfera) sobre a superfície da Terra 
é denominada pressão atmosférica e diminui de valor com o aumento da altitude. 
A pressão atmosférica em determinado local de interesse pode ser medida por 
um instrumento denominado barômetro, sendo, por isso, também denominada 
pressão barométrica. 
A diferença entre a pressão atmosférica local e a pressão medida é 
denominada pressão manométrica e é medida por instrumentos denominados 
manômetros. 
A diferença de magnitude entre duas pressões quaisquer é chamada pressão 
diferencial. Portanto, a pressão manométrica pode ser considerada uma pressão 
diferencial, que toma como referência a pressão atmosférica. 
 
- Teorema de Stevin 
 
Esse teorema relaciona, por meio da equação manométrica, as 
pressões estáticas exercidas por um fluido em repouso com a altura 
deste fluido em um determinado reservatório. 
Segundo Stevin “a diferença de pressão entre dois pontos de um 
fluido em repouso é igual ao produto do peso específico do fluido (γ) 
pela diferença de altura (∆h) entre esses dois pontos”. Observe a 
imagem a seguir. 
 
∆P = ∆h . γ 
 
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- Medidores e Transmissores de pressão 
 
Os medidores de pressão, de um modo geral, são compostos de um elemento de 
recepção, um elemento de transferência e um elemento indicador. Quando incorporados a 
conversores, os medidores (simplesmente denominados indicadores) recebem o nome de 
transmissores de pressão. As três partes de um medidor de pressão são: 
O elemento de recepção, que recebe a pressão a ser medida e a transforma em 
deslocamento ou força (exemplo: bourdon, fole, diafragma). O elemento de transferência, que 
amplia o deslocamento ou a força do elemento de recepção ou transforma o mesmo em um 
sinal de transmissão elétrica ou pneumática, enviada ao elemento de indicação (exemplo: 
links mecânicos, relé piloto, amplificadores operacionais). E o elemento de indicação, que 
recebe o sinal do elemento de transferência e indica ou registra a pressão medida por meio de 
ponteiros ou displays. 
Os instrumentos indicadores de pressão mais comuns são os manômetros. Os 
manômetros podem ser de dois tipos: medição direta (manômetros de líquido) ou medição 
indireta (manômetros elásticos). 
Os manômetros de líquido tem seu funcionamento baseado na pressão exercida por 
uma coluna de líquido, com densidade e altura conhecidas. A princípio, qualquer líquido com 
baixa viscosidade, e não volátil nas condições de medição, pode ser utilizado como líquido de 
enchimento. Entretanto, na prática, são usados água (γ = 1 gf/cm²), álcool (γ = 0,8 gf/cm²) ou 
mercúrio (γ = 13,6 gf/cm²). O líquido a ser utilizado é definido em função de seu peso 
específico (γ), já que isso influencia diretamente na altura final da coluna de líquido. 
Manômetros de líquido são encontrados em três diferentes configurações: 1) Tubo 
em “U”; 2) Tubo inclinado; 3) Tubo vertical. 
Constituídos por um tubo de vidro em formato de “U” e uma escala graduada, os 
manômetros do tipo “U” são os mais simples. Observe as imagens abaixo. 
 
No tipo (a), o zero da escala está no 
mesmo plano horizontal formado na 
superfície do líquido quando a pressão 
dos dois lados é a mesma. Neste caso, 
se um dos lados sofre um acréscimo de 
pressão, a super fície do líquido desce, 
elevando o nível no lado de baixa 
pressão. A leitura é feita, somando-se a 
quantidade deslocada a par tir do zero 
nos lados de alta e baixa pressão. 
No tipo (b), o ajuste de zero é feito 
em relação ao lado de alta pressão. 
Neste tipo, há necessidade de se ajustar 
a escala a cada mudança de pressão.No tipo (c) a leitura é feita a par tir do ponto mínimo da superfície do líquido no lado de alta pressão, 
subtraída do ponto máximo do lado de baixa pressão. 
 
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Outra configuração possível para manômetros de líquido é com a coluna de líquido 
inclinada, como mostra a imagem a seguir. 
 
Utilizado para medições de baixas 
pressões, essa configuração permite melhor 
resolução na escala e, por isso, maior precisão 
na leitura. 
Considerando „α‟ o ângulo de inclinação, 
e as áreas de cada ramo („a‟ e „A‟), teremos as 
pressões aplicadas (P1 e P2), onde P1 > P2. Como 
a quantidade deslocada, em volume, é a mesma 
e os ramos apresentam áreas diferentes, temos 
que considera-las no cálculo final. 
 
 
 
Há, ainda, a possibilidade da seguinte configuração: 
 
Nesse caso, o ramo menor é vertical, 
no entanto, o princípio de funcionamento é o 
mesmo dos anteriores, ou seja, baseado no 
volume de líquido deslocado quando se 
aplica uma pressão no ramo maior. 
 
 P1 – P2 = γ . (h1 + h2) 
 
 
Manômetros elásticos podem se apresentar em duas principais configurações, em 
função do elemento elástico utilizado: 1) manômetros de Bourdon; 2) manômetros tipo fole. 
Esses instrumentos funcionam com base na Lei de Hooke que estabelece que “o 
módulo da força aplicada em um corpo é proporcional à deformação desse corpo”. Nesse caso 
deve-se observar o limite de elasticidade de cada elemento, já que, caso esse limite seja 
ultrapassado, o elemento pode não retornar à sua forma original e o manômetro perde sua 
funcionalidade. Ou seja, ao se especificar um manômetro para utilização em um sistema é 
importante saber qual a pressão máxima de trabalho desse sistema para que se possa escolher 
o melhor instrumento para medição. 
Quando aplicados a sistemas com fluidos corrosivos, radiativos, tóxicos, incrustantes 
ou muito viscosos é aconselhável a utilização de um selo diafragma com enchimento. Para 
fluidos muito quentes, deve-se usar um sifão acoplado ao manômetro, o que possibilitará a 
redução da temperatura do fluido antes que ele entre em contato com o elemento de recepção 
de pressão do manômetro. Os sifões podem ser apresentar nos seguintes formatos: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 P1 – P2 = γ . 1 (
𝑎
A
 + senα) 
 
 
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Manômetros de Bourdon 
possuem, em seu interior, um 
tubo curvado que se deforma 
quando sofre um aumento 
de pressão. Através de 
engrenagens, mola e braços, o 
movimento é transmitido ao 
ponteiro. A configuração mais 
comum é a do tubo em forma de 
“C”, como mostra a imagem à 
direita. 
 
 
 
No entanto, outras duas 
configurações são possíveis, em 
função do formato do elemento 
elástico, como mostra a imagem à 
esquerda. 
 
 
 
Manômetros tipo fole são compostos por um cilindro metálico corrugado ou 
sanfonado. Quando uma pressão é aplicada no interior do fole, provoca sua distensão e o 
consequente deslocamento do ponteiro ligado à haste. O deslocamento é proporcional à 
pressão aplicada à parte interna do fole. Observe as imagens abaixo: 
 
 
 
Como a resistência à pressão é limitada, manômetros de fole são usados para medições 
de baixas pressões. Não são indicados para líquidos muito viscosos, que contenham resíduos 
sólidos ou que possam se solidificar. 
Outras configurações também são possíveis, porém não aplicadas com tanta 
frequência, como os manômetros tipo campânulas, por exemplo, que são usados para medição 
de tiragem em caldeiras. 
Os transmissores de pressão são elementos que sentem a pressão (sensores) e geram 
um sinal padronizado (eletrônico ou pneumático) que é transmitido aos indicadores e 
controladores. 
 
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Alguns cuidados devem ser tomados durante a instalação dos transmissores, em 
função do fluido cuja pressão será medida. Para gases, por exemplo, deve-se observar a 
posição de instalação do transmissor, que deve ser instalado na parte superior da tubulação, 
uma vez que linhas de gases podem gerar condensado e afetar o correto funcionamento do 
transmissor. 
No caso de líquidos, a instalação deve ser feita na parte inferior da tubulação, para que 
seja evitada a interferência de possíveis gases no processo de transmissão do sinal. Em linhas 
de vapor, a precaução deve ser com relação à temperatura do vapor, que pode danificar o 
elemento de recepção do transmissor, nesse caso, recomenda-se o uso de uma selagem que 
evite o contato direto do vapor com o transmissor. É importante observar, nesse caso, que o 
líquido pode gerar uma pressão hidrostática e alterar o valor de pressão transmitido, deve-se, 
então, zerar o transmissor com o pote de selagem cheio. 
 Os controladores, como o próprio nome sugere, são responsáveis por realizar o 
controle da variável, nesse caso pressão, de forma a mantê- la dentro dos limites máximo e 
mínimo permitidos ao sistema. Portanto, são instrumentos que recebem o sinal dos 
transmissores e o enviam a uma válvula de controle. 
Existem, ainda, os pressostatos, elementos que funcionam como elementos de 
proteção do sistema, isto é, atuam, em casos de sobrepressão ou subpressão, interrompendo o 
fluxo do fluido até que se possa realizar um procedimento de manutenção de forma a 
estabilizar o valor de pressão de trabalho definido para o sistema. Pode-se dizer, então, que os 
pressostatos são chaves acionadas por pressão cujo objetivo é acionar ou interromper o 
contato elétrico, atuando como dispositivo de alarme ou de segurança. 
Para alarmes de sobrepressão utilizam-se chaves normalmente fechadas, ou seja, que 
ao atingirem o valor máximo permitido se abrem, interrompendo o circuito. Em casos de 
subpressão ocorre o inverso, isto é, são utilizadas chaves normalmente abertas que devem ser 
fechadas quando o valor de pressão de trabalho atinge o mínimo determinado para o 
funcionamento do circuito. 
 
b) Temperatura 
 
Todas as substâncias são constituídas de moléculas, que estão em contínuo 
movimento. Quanto mais rápido o movimento das moléculas mais “quente” se apresenta o 
corpo e quanto mais lento esse movimento mais “frio” se apresenta esse corpo, logo, a 
temperatura de um corpo está relacionada ao grau de agitação das moléculas desse corpo. 
Nos diversos segmentos industriais, sejam eles: químico, petroquímico, siderúrgico, 
cerâmico, farmacêutico, vidreiro, alimentício, papel e celulose, hidrelétrico, nuclear, entre 
outros, a monitoração da variável temperatura é fundamental para a obtenção do produto final 
especificado. 
Usualmente termometria significa “Medição de Temperatura”, entretanto, 
eventualmente o termo Pirometria é também aplicado com o mesmo significado. Porém, 
baseando-se na etimologia das palavras, podemos definir: 
 
* Pirometria: Medição de altas temperaturas, na faixa em que os efeitos de radiação 
térmica passam a se manifestar. 
* Criometria: Medição de baixas temperaturas, ou seja, próximas ao zero absoluto de 
temperatura. 
 
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* Termometria: Termo mais abrangente que incluiria tanto a Pirometria quanto a 
Criometria. 
 
Os termômetros são os instrumentos mais utilizados para medição e indicação da 
temperatura. Estão disponíveis, no mercado, diversos modelos de instrumentos para medição 
de temperatura, tais como: termômetros de dilatação volumétrica de líquidos ou gases, 
termômetros de dilatação linear de sólidos ou bimetálicos, termopares, termorresistências e 
instrumentos de medição por radiação. 
Os termômetros de dilatação volumétrica incluem os termômetros utilizados na 
medicina para verificar a temperatura corporal dos pacientes, além dos termômetros usados 
em laboratórios químicos, por exemplo. Podem ser de vidro ou metálicos e tem seu princípio 
de funcionamento com base na dilatação volumétrica dos fluidos quando sofrem um 
acréscimo em sua temperatura. As imagens abaixo representam, respectivamente, um 
termômetro de recipiente de vidro e um de recipiente metálico. 
 
 
 
Os termômetros de recipientes metálicos podem ser de diferentes formatos, como 
mostram as imagens a seguir. 
 
 
 
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 Nos termômetros de recipiente metálico as dimensões do bulbo podem variar de 
acordo com o tipo de fluido utilizado e com a sensibilidade desejada. A tabela seguinte mostra 
os tipos de líquido utilizados e as faixas de temperatura correspondentes. 
 
 
 
 Já no caso dos gases, os mais utilizados são Hélio (He), Nitrogênio (N2), Hidrogênio 
(H2) e Dióxido de Carbono (CO2). 
 Os termômetros bimetálicos são formados por duas lâminas metálicas sobrepostas, 
com coeficientes de dilatação diferentes. Se alteramos a temperatura do conjunto as lâminas 
sofrem uma deformação e se curvam. O encurvamento é proporcional à temperatura, como 
mostram as imagens abaixo. Podem ser usados para medições entre -50º e 800ºC. 
 
 
 
Os termopares são elementos sensores de temperatura largamente empregados na 
indústria, principalmente por oferecerem robustez, baixo custo e operação em uma grande 
faixa de temperaturas. Estes sensores baseiam-se no efeito termoelétrico, descoberto por 
Thomas Seebeck em 1821, que é a criação de uma diferença de potencial quando quaisquer 
dois metais são unidos em um ponto de contato e submetidos a um gradiente de temperatura. 
O par de condutores de ligas distintas é soldado numa das extremidades, chamada 
junta quente ou junta de medição, a qual fica colocada no ponto onde desejamos medir ou 
controlar a temperatura e a outra extremidade, chamada junta fria ou junta de referência, 
ligada ao instrumento (indicador, registrador, controlador, etc.). 
 A diferença de temperatura entre estas extremidades gera uma tensão chamada FEM 
(Força Eletromotriz). A magnitude da FEM pode ser medida com um milivoltímetro e 
corresponde à diferença de temperatura entre as juntas quente e fria, portanto, quanto maior a 
diferença de temperatura entre as juntas maior a FEM gerada. È importante destacar que se o 
termopar e o milivoltímetro estiverem à mesma temperatura o instrumento indicador mostrará 
resultado nulo, mas se houver diferença de temperatura entre os dois elementos uma pequena 
FEM será gerada e a temperatura será indicada pelo instrumento. 
Embora o efeito termoelétrico apareça quando se une quaisquer metais diferentes, 
existem certas combinações de metais e ligas que fornecem resultados mais atrativos, sendo, 
 
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inclusive, padronizadas em nível internacional. São padronizadas, também, diversas 
combinações de materiais, com as suas respectivas tabelas, indicados por letras. São eles: 
* Tipo K (Cromel/Alumel) - Cobrem temperaturas entre os -200º e os 1200 °C, tendo 
uma sensibilidade de aproximadamente 41µV/°C. 
* Tipo E (Cromel/Constantan) - utilizado para medições entre -270º e 1000ºC. Este 
termopar tem uma elevada sensibilidade (68 µV/°C) que o torna adequado para baixas 
temperaturas. 
* Tipo J (Ferro/Constantan) - indicado para medições de temperaturas entre -40º a 
750 °C. 
* Tipo N (Nicrosil/Nisil) - devido ao baixo custo, elevada estabilidade e resistência à 
oxidação a altas temperaturas termopares tipo N são adequados para medições de 
temperaturas elevadas em substituição aos termopares que incorporam platina na sua 
constituição, e são, portanto, mais caros. 
* Tipo B (Platina/ Ródio-Platina) - aplicados à medições entre 300º e 1800ºC. 
* Tipo R (Platina/ Ródio-Platina) - de reduzida sensibilidade (10 µV/°C) e custo 
elevado, são usados para medir temperaturas entre -50º e 1768ºC. 
* Tipo T (Cobre/Constantan) - mais indicado para medições na gama dos -270º a 
400 °C. 
 
Os tipos K, E e J são os mais utilizados na aviação. Os do tipo K são mais comuns em 
medições de temperaturas entre 1200 oF e 1700oF. Já os do tipo J são mais comuns em CHT‟s 
(cabeça de cilindros) por medirem temperaturas de modo mais preciso na faixa de 0 oF a 
500 oF. 
 Obs: o constantan é uma liga metálica composta por Cu, Ni, Mn e Fe; o cromel é uma 
liga de Cr e Ni e alumel é composto Al e Ni. A liga Nicrosil é formada por Ni, Cr e Si, já o 
Nisil é composto por Ni, Si e Mg. 
 Em função das características de cada metal os termopares tem algumas restrições de 
uso, por isso, alguns fatores devem ser observados, tais como: termopares do tipo T sofrem 
oxidação do cobre quando submetidos a temperaturas superiores a 310ºC e os do tipo K são 
vulneráveis a danos quando na presença de gases como Sulfeto de Hidrogênio (H2S) e 
Dióxido de Enxofre (SO2), por exemplo. 
 As termorresistências tem seu princípio de funcionamento baseado na variação da 
resistência ôhmica dos metais quando submetidos a uma alteração de temperatura. Elas 
aumentam a resistência com o aumento da temperatura. Seu elemento sensor consiste de uma 
resistência em forma de fio de platina de alta pureza, de níquel ou de cobre (menos usado), 
encapsulado num bulbo de cerâmica ou vidro. 
 Os termorresistores são usados principalmente para medição de temperaturas até 
630ºC em sistemas de refrigeração de alimentos e compostos químicos, fornos de fusão 
(produção de metais e ligas, destilação fracionada na produção de bebidas e derivados de 
petróleo), usinas nucleares e aquecedores e refrigeradores domésticos (fornos elétricos e 
microondas, freezers e geladeiras). 
 As termorresistências de Platina (Pt) são usadas para medições entre -285º e 900ºC, as 
de Níquel (Ni) para temperaturas entre -150º e 300ºC e as de Cobre (Cu) para medições entre 
-200º e 120ºC. 
 
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 A termografia permite mapear um corpo ou uma região com o objetivo de distinguir 
áreas de diferentes temperaturas, sendo, portanto, uma técnica que permite a visualização 
artificial da luz dentro do espectro infravermelho. Os instrumentos de medição de 
temperatura por radiação funcionam, portanto, com base na detecção e comparação dos 
níveis de radiação infravermelha emitidos por um corpo (quando em temperaturas elevadas) 
com um espectro padrão. 
Podemos dizer, então, que uma câmera termográfica transforma uma radiação 
infravermelha invisível ao olho humano em uma imagem visível. Detecta a energia emitida 
por um objeto, modifica a frequência da energia recebida e produz uma imagem 
correspondente na faixa visível do espectroeletromagnético. Assim, a termografia é uma 
técnica de mapeamento sem contato direto com a superfície do objeto. É importante observar, 
que, para a formação de uma imagem devemos ter diferenças de temperatura, pois, se 
tivermos uma superfície com temperatura constante, não se formará nenhuma imagem. 
 
 
 
 Conhecidos também como câmeras termográficas, termovisores ou pirômetros 
ópticos, esses instrumentos são amplamente utilizados para medições de temperaturas em 
fornos em siderurgias, na área militar e de esportes, por exemplo, além de aplicações no setor 
de armazenamento de alimentos, detecção de desequilíbrio e sobrecargas elétricas e 
meteorologia. 
 
 
 
 Nos modelos de tecnologia mais avançada, é possível ver o espectro na tela do 
instrumento, bem como um gráfico com os níveis de radiação e temperaturas correspondentes. 
Existe, ainda, a possibilidade de conectar o aparelho a um computador para armazenamento 
ou impressão dos espectros e dados obtidos ou, até mesmo, a um sistema de controle para 
correção automática da variável no processo. 
 
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c) Vazão 
 
A medição de vazão inclui no seu sentido mais amplo, a determinação da quantidade 
de líquidos ou gases que passa ou passou por determinado local em determinado espaço de 
tempo. A quantidade total movimentada pode ser medida em unidades de volume (L, mm3, 
cm3, m3, galões, pés cúbicos) ou em unidades de massa (g, Kg, toneladas, libras). 
A vazão instantânea é dada pela divisão de uma das unidades anteriores, por uma 
unidade de tempo (L/min, m3/hora, galões/min). No caso de gases e vapores, a vazão 
instantânea pode ser expressa, em Kg/h ou m3/h. 
Existem dois tipos de medidores de vazão, os medidores de quantidade e os medidores 
volumétricos. Medidores de quantidade são aqueles que, em qualquer instante, permitem 
saber que quantidade de fluxo passou, mas não a vazão do fluxo que está passando no 
momento. Exemplos: bombas de gasolina, hidrômetros, etc. Os medidores volumétricos ou 
do tipo pressão diferencial variável são aqueles que exprimem a vazão volumétrica por 
unidade de tempo. 
Os medidores do tipo pressão diferencial variável tem a função de aumentar a 
velocidade do fluido, reduzindo a área da seção, para haver uma queda de pressão. A vazão 
pode então, ser medida a partir desta queda. É claro que o diâmetro da tubulação e o 
percentual de restrição influenciam nessa redução de pressão. As figuras a seguir ilustram a 
variação de pressão na tubulação e na restrição. 
 
 
 Os elementos mais usados para reduzir a vazão do fluido (fluxo) são: placas de 
orifício; tubo Venturi e tubo Pitot. 
 O tubo Pitot mede a velocidade do fluido e, a partir daí, pode-se calcular a vazão 
deste fluido. Composto por duas câmaras de medição dispostas em sentidos contrários, onde a 
primeira mede a pressão total (estática + cinética) do fluido e a segunda mede apenas a 
pressão estática, o tubo Pitot permite calcular a diferença entre a pressão de entrada (P1) e de 
saída (P2), indicando a pressão cinética final (o que permite o cálculo da velocidade e, 
consequentemente da vazão do fluido). Costumam ser usados para gases ou fluidos limpos e 
de baixa viscosidade. A figura a seguir representa o processo, que pode ser resumido pela 
seguinte equação: P1 – P2 = Pe + Pc – Pe = Pc. 
 
 
 
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 O tubo Venturi consiste numa suave restrição da tubulação e pode ser usado para 
gases, líquidos altamente viscosos ou com sólidos em suspensão. Mede-se a pressão na parte 
de maior diâmetro da tubulação e na parte da restrição e o diferencial de pressão possibilita 
calcular a vazão. Observe o esquema abaixo. 
 
 
 
 Já a medição com placa de orifício consiste em uma placa precisamente perfurada e 
instalada perpendicularmente ao eixo da tubulação, mas que em comparação com o tubo 
Venturi provoca alta perda de carga. O orifício pode assumir três formatos e posições, 
conforme figura a seguir. 
 
 
 
a) Orifício concêntrico: é utilizado para líquidos, gases e vapores que não 
contenham sólidos em suspensão. 
b) Orifício excêntrico: utilizado quando se tem fluido com sólidos em suspensão, 
que possam ser retirados e acumulados na fase da placa. Para tanto, o orifício está 
posicionado na parte inferior da placa. 
c) Orifício segmental: esta placa tem a abertura para passagem de fluido, disposta 
em forma de segmento de círculo. É destinada para fluidos com alta porcentagem 
de sólidos em suspensão. 
 
 Os medidores de quantidade são aqueles em que o fluido, passando em quantidades 
sucessivas pelo mecanismo de medição faz com que o mesmo acione o mecanismo de 
indicação. Exemplos: tipo pistão rotativo oscilante, pistão alternativo, engrenagem, etc. 
 
d) Nível 
 
Nível é a medição da quantidade de material (líquido ou sólido) contido em um 
recipiente (reservatório). A medição pode ocorrer por meio de monitoramento contínuo ou 
 
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discreto e possibilita o controle de consumo e/ou reposição do material, além de permitir a 
identificação de vazamentos ou interrupção do processo de fornecimento à linha produtiva, 
por exemplo. 
A medição de nível pode ser aplicada a sólidos ou líquidos e pode se dar de forma 
direta ou indireta. A medição direta toma como referência a posição do plano superior da 
substância medida e o elemento de medição tem contato direto com a substância. Neste tipo 
de medição, podem-se utilizar réguas ou gabaritos, visores de nível, bóias ou flutuadores. No 
processo de medição indireta o nível é medido em função de grandezas físicas como: pressão, 
empuxo, radiação e propriedades elétricas. 
Abaixo estão descritos alguns dos principais sistemas de medição de nível aplicados 
industrialmente. 
 
Medição direta Medição indireta 
 
Por visor de nível Por capacitância 
Por bóias e flutuadores (só para líquidos) Por pressão hidrostática (só para líquidos) 
Por réguas ou gabaritos (só para líquidos) Por empuxo (só para líquidos) 
 Por pesagem 
 Por ultrassom 
 
 A medição direta por régua graduada ou gabaritos é feita pela imersão do 
instrumento no líquido e o valor corresponde ao comprimento da parte molhada pelo líquido. 
O exemplo mais comum é a verificação do nível de óleo em automóveis. 
 A medição por visores de nível é feita com base no princípio de vasos comunicantes. 
A leitura é feita em um visor de vidro (como na figura a seguir), que pode ser graduado ou 
não. 
 
 
 
 
 A medição com bóias ou flutuadores funciona com base na mudança de altura de 
uma bóia ligada a um contrapeso que se move sobre uma régua graduada externa ao recipiente 
(como mostra a figura abaixo). Geralmente a escala é invertida, isto é, ao invés de começar de 
baixo até a altura limite do líquido, começa de cima, já que a parte vazia está em cima e a 
parte de líquido em baixo. 
 
 
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 No processo de medição indireta por empuxo um elemento (flutuador), com 
densidade maior que a densidade do líquido, é conectado a uma barra de torção por uma mola 
(como mostra a figuraabaixo). Com a variação do nível do líquido o flutuador sobe ou desce, 
tracionando a mola, fazendo atuar a barra de torção, que por sua vez é ligada a um elemento 
indicador (analógico) ou transmissor (digital). 
 
 
 
“Todo corpo mergulhado em líquido sofre a ação de uma força vert ical, direcionada de baixo 
para cima, igual ao peso do volume de fluido deslocado”, esta força é chamada “empuxo”. O 
empuxo corresponde à força que o líquido exerce sobre o flutuador e se altera em função da 
densidade do líquido e pode ser calculado pela seguinte relação: E = V. δ, onde E = empuxo; 
V = volume deslocado e δ = densidade do líquido na temperatura ambiente. 
 A medição por pressão hidrostática é baseada na pressão exercida pela coluna de 
líquido exercida sobre o fundo do recipiente, de acordo com o Teorema de Stevin: P = h . δ. 
Onde: P = Pressão em mmH2O; h = altura (nível) em mm da coluna de líquido e δ = 
densidade do líquido na temperatura ambiente. Esta técnica permite que a medição seja feita 
independente do formato do tanque, seja ele aberto ou pressurizado. 
 A capacitância é uma grandeza elétrica que existe entre duas superfícies condutoras 
isoladas entre si. O sistema de medição indireta por capacitância funciona com base no 
princípio de funcionamento dos capacitores cilíndricos, utilizando a variação da capacitância 
existente entre a haste do instrumento, o material e a parede do tanque. Nesta medição, 
existem duas possibilidades, ou o reservatório funciona como a superfície externa do 
capacitor (figura abaixo) ou placas internas são acrescentadas, caso o reservatório não seja de 
material condutor. 
 
 
 
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O nível é medido pela capacitância medida que dependerá da altura da substância, que, 
por sua vez, funcionará como um dielétrico. Logo, a variação da capacitância estará 
diretamente relacionada ao nível da substância. 
O sistema de medição de nível por pesagem (figura abaixo) é um dos mais simples. 
Consiste uma célula de carga (recipiente de armazenamento) sobre uma plataforma de 
pesagem e a verificação do nível se dá em função do peso mostrado pelo indicador, já que 
quanto mais cheio o tanque, mais alto o nível da substância. 
 
 
 
 
 A medição de nível por 
ultrassom (figura ao lado) consiste na 
medição do tempo de retorno da onda 
ultrassônica ao transdutor. A onda é 
emitida e, quando atinge a superfície da 
substância, retorna. Quanto maior o 
tempo de retorno, mais baixo o nível da 
substância. 
 
 
e) Grandezas elétricas (tensão e corrente) 
 
Quando uma carga elétrica pontual, com certa velocidade, é lançada em uma região 
onde existe um campo magnético, dependendo da orientação do vetor indução magnética, 
veremos que a carga fica sujeita a uma força magnética também chamada de força de Lorentz. 
Sendo assim, quando essa carga é lançada em um campo magnético ela pode assumir no 
 
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interior do campo diversos tipos de movimento, conforme a direção e velocidade em relação 
ao campo magnético. 
Se colocarmos um fio condutor retilíneo imerso em um campo magnético veremos que 
esse fio também fica sujeito a uma força magnética. Essa força magnética que atua em um 
condutor percorrido por uma corrente elétrica é utilizada em uma grande variedade de 
aparelhos, como amperímetros, voltímetros e galvanômetros. 
Aparelhos elétricos que fazem uso desse princípio de funcionamento são, na verdade, 
medidores eletromagnéticos, como é o caso do galvanômetro (figura a seguir) e funcionam 
com base no efeito de rotação que os campos magnéticos provocam nas espiras, conduzindo 
corrente elétrica. 
 
 
 
O galvanômetro, quando usado para medir corrente elétrica em um circuito elétrico, 
deve ser conectado em série. Já para se medir tensão elétrica, o galvanômetro deve ser 
conectado em paralelo. 
 
f) Tensão, corrente, resistência 
 
Um multímetro ou multiteste é um aparelho destinado a medir e avaliar 
grandezas elétricas. Tem ampla utilização entre os técnicos em eletrônica e eletrotécnica 
devido a sua simplicidade de uso e portabilidade. 
Existem modelos com mostrador analógico (de ponteiro) e modelos com mostrador 
digital; como nas imagens abaixo. 
 
 
 
 
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O mostrador analógico funciona com base no galvanômetro, instrumento composto 
basicamente por uma bobina elétrica montada em um anel em volta de um ímã. O ponteiro 
desloca-se sobre uma escala calibrada e indica o valor obtido. O valor deve ser lido na escala 
adequada à grandeza a ser medida: tensão, corrente, resistência, etc. 
O modelo com mostrador digital funciona convertendo a corrente elétrica em sinais 
digitais através de circuitos denominados conversores ana lógico-digitais. Esses circuitos 
comparam a corrente a medir com uma corrente interna gerada em incrementos fixos que vão 
sendo contados digitalmente até que se igualem e o resultado, então, é mostrado no display ou 
transferidos para um computador pessoal. 
Nos dois modelos, um sistema de chave mecânica ou eletrônica divide o sinal de 
entrada de maneira a adequar a escala e o tipo de medição. Utilizado na bancada de trabalho 
(laboratório) ou em serviços de campo, o multímetro incorpora diversos instrumentos de 
medidas elétricas em um mesmo aparelho, facilitando o trabalho. 
Diferentes fabricantes oferecem inúmeras variações de modelos que diferem na 
variedade de precisões, nível de segurança do instrumento, grandezas possíveis de serem 
medidas, resolução, etc. Há modelos destinados a uso doméstico (onde o risco de um acidente 
é menor) e modelos destinados a uso em ambiente industrial (que devido as maiores correntes 
de curto-circuito apresentam maior risco). 
 
g) Intensidade da corrente elétrica 
 
O amperímetro é um instrumento utilizado para fazer a medida da intensidade no fluxo 
da corrente elétrica que passa através da sessão transversal de um condutor. Amperímetros 
podem medir correntes contínuas ou alternadas. A unidade usada é o Ampère (A). Os 
amperímetros são construídos com escalas de diferentes alcances, tais que permitem medir 
desde microampères a vários ampères. 
Como a corrente elétrica passa através dos condutores e dispositivos ligados a eles, 
para aferir a corrente que passa por alguma região de algum circuito, deve-se colocar o 
amperímetro em série com esta, sendo necessário abrir o circuito no local da medida. 
 
 
 
O valor da resistência interna do amperímetro é um dos fatores importantes que está 
relacionado ao erro de medida do instrumento. A medida de corrente é feita intercalando-se o 
amperímetro em série com o circuito, como já foi dito. Portanto, o amperímetro ideal é aquele 
que possui resistência interna nula. Como isso é impossível, ao se fazer uma medida de 
corrente, introduz-se um erro devido à modificação causada no circuito pela resistência 
interna do amperímetro. 
 
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h) Tensões 
 
O voltímetro é um aparelho que realiza medições de tensão elétrica em um circuito e 
exibe essas medições, geralmente,por meio de um ponteiro móvel ou um mostrador digital. 
Voltímetros podem medir tensões contínuas ou alternadas. A unidade de medida é o Volt (V). 
Assim como os amperímetros, os voltímetros podem ser encontrados com escalas de 
diferentes alcances para atender às diferentes necessidades. 
Para aferir a diferença de tensão entre dois pontos de um circuito, convém colocar o 
voltímetro em paralelo com a seção do circuito compreendida entre estes dois pontos. Por 
isso, para as medições serem precisas, é esperado que o voltímetro (figura a seguir) ofereça 
uma resistência muito grande, se comparada à do circuito. 
 
 
 
i) Potência elétrica 
 
O wattímetro é um instrumento que permite medir a potência elétrica fornecida ou 
dissipada por um elemento. O wattímetro implementa o produto das grandezas tensão e 
corrente eléctrica no elemento, razão pela qual a sua ligação ao circuito é feita 
simultaneamente em série e em paralelo. Assim, dois dos terminais são ligados em paralelo 
com o elemento, efetuando a medição da tensão, e os dois restantes são interpostos no 
caminho da corrente. 
 
 
 
Esse tipo de instrumento é apto a medir tanto potências produzidas por correntes 
alternadas quanto contínuas indicando o verdadeiro valor RMS (root mean square – valor 
eficaz), independente da forma de onda aplicada. 
 
 
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j) Resistência elétrica 
 
Um ohmímetro é um instrumento de medida elétrica que mede a resistência elétrica, 
ou seja, a oposição à passagem da corrente elétrica. A unidade de medida é o ohm (Ω). A 
escala do ohmímetro é heterogênea e graduada em sentido inverso à dos amperímetros e 
voltímetros. 
A medição efetuada por um ohmímetro baseia-se na aplicação da Lei de Ohm: o 
ohmímetro injeta no elemento uma corrente pré-estabelecida, mede a tensão aos terminais e 
efetua o cálculo da resistência. No entanto, para que a medição seja correta, é necessário que o 
elemento a medir se encontre devidamente isolado de outros componentes do circuito. Deste 
modo evita-se que o circuito envolvente retire ou injete no elemento corrente distinta daquela 
aplicada pelo ohmímetro (figura a seguir). 
O isolamento elétrico pode ser obtido de duas maneiras distintas: desligando o 
componente em questão do resto do circuito, ou colocando pelo menos um dos seus terminais 
“no ar”. 
 
 
 
O ohmímetro também pode ser utilizado na identificação de caminhos em 
curto-circuito ou em circuito aberto. Nós em “curto-circuito” são identificados através da 
medição de uma resistência relativamente pequena ou nula entre os pontos inquiridos. A 
situação oposta (circuito aberto) corresponde à medição de resistências elevadíssimas. 
Antes de medir a resistência elétrica em um circuito elétrico, temos que definir o que, 
necessariamente, queremos medir já que podemos medir a resistência do condutor (elemento 
com alta condutividade elétrica) e do resistor (elemento com baixa condutividade elétrica). 
Dependendo da medida que estamos interessados em fazer, conectaremos o 
ohmímetro em série ou em paralelo. Quando o objetivo for medir a resistência do resistor, o 
ohmímetro será conectado em paralelo ao resistor. Mas se o objetivo é medir a resistência em 
um trecho do condutor, o ohmímetro será conectado em série com o mesmo. 
 
k) Medidor de fator de potência 
 
O fasímetro/cossifímetro é um instrumento que mede o valor do fator de potência de 
um circuito. O valor de fator de potência é expresso por meio do cosseno de um ângulo 
(ângulo de defasagem), portanto, o valor é adimensional. 
 
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O fator de potência pode ser determinado por cálculo baseado na tensão, corrente e 
potência útil, ou senão diretamente por meio de um medidor de fator de potênc ia. Podem ser 
eletrodinâmicos ou ferrodinâmicos. 
Um fasímetro tem por finalidade a medição da defasagem entre a tensão e corrente de 
um determinado circuito com forma de onda senoidal. A indicação será indutiva quando a 
corrente estiver atrasada em relação à tensão e capacitiva quando a tensão estiver atrasada em 
relação a corrente. 
 
 
 
l) Frequência 
 
Para as medições em baixa frequência, é geralmente usado o frequencímetro de 
lâminas (instrumento de lâminas vibráteis). A unidade de medida é o Hz (hertz). 
O instrumento de lâminas vibráteis (figura abaixo) baseia o seu funcionamento nos 
efeitos de ressonância. Uma determinada quantidade de lâminas metálicas de diferentes 
frequências de ressonância é levada a vibrar, pela ação dos impulsos magnéticos provenientes 
de um eletroímã alimentado com frequência nominal da rede. Com isto, uma das lâminas 
vibrará com maior intensidade, é exatamente aquela cuja frequência é a mesma da frequência 
aplicada. Lâminas adjacentes também vibrarão, porém com menor intensidade. 
 
 
 
Frequencímetros digitais (figura a seguir) tem seu funcionamento baseado na 
contagem do sinal de entrada em ciclos por segundo. 
 
 
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m) Osciloscópios 
 
O osciloscópio é um instrumento de medida que permite visualizar em tempo real a 
amplitude de uma tensão elétrica variável no tempo. É um instrumento de 
medida eletrônico que cria um gráfico bidimensional visível de uma ou mais diferenças de 
potencial. O eixo horizontal do ecrã (monitor) normalmente representa o tempo, tornando o 
instrumento útil para mostrar sinais periódicos. O eixo vertical comumente mostra a tensão. 
O monitor é constituído por um "ponto" que periodicamente "varre" a tela da esquerda 
para a direita construindo o gráfico. Os osciloscópios são dotados 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. 
Os osciloscópios atualmente existentes no mercado dispõem de diversos canais de 
leitura simultânea, em geral dois ou quatro, podendo ser de tipo analógico ou digital. Os 
osciloscópios digitais são os de maior funcionalidade, permitindo designadamente somar e 
subtrair sinais entre canais, calcular valores médios, máximos e mínimos, determinar períodos 
e frequências de oscilação dos sinais medidos, suspender, memorizar e recuperar sinais, 
imprimir ou transferir para um computador o conteúdo do visor, etc.