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LABORATÓRIO – MOVIMENTO DE TERRA E PAVIMENTAÇÃO ELETRO – EXPERIÊNCIA 2 1 TÍTULO: MULTÍMETRO I II. OBJETIVOS: a) conhecer o funcionamento básico do instrumento e suas aplicações; b) Conhecer os resistores, tipos, uso e seus limites, aprendendo a ler e medir seus valores e algumas de suas aplicações; c) Fazer uso do multímetro como ohmímetro. III- CONTEÚDO : 1.) Galvanômetro - É um instrumento destinado a medida de pequenas correntes. Tendo sua construção física conforme a figura abaixo: A bobina irá girar, e a mola sofrerá uma deformação, provocando um conjugado em sentido contrário ao movimento que aumenta até tornar-se igual ao conjugado do motor. O movimenta cessa, e neste ponto, o ponteiro solidário ao eixo indica uma divisão de escala, que é função da corrente que passa pela bobina. O galvanômetro constitui a principal parte do multímetro, sendo que todas as medidas de corrente, tensão, resistência, etc. serão feitas através do galvanômetro em conjunto com circuitos adequados para cada aplicação. 2) Multímetro - O multímetro é um instrumento de medidas composto basicamente de um galvanômetro (descrito no item 1) sendo capaz de fornecer as medidas das seguintes grandezas elétricas: a) Tensão contínua (DC.V) : neste caso denominamos o multímetro de voltímetro C.C. ou voltímetro D.C. b) Tensão alternada (ACV):neste caso denominamos o multímetro de voltímetro C.A. ou voltímetro A.C. c) Corrente contínua (DC.A) neste caso denominamos o multímetro de micro-amperímetro C.C, miliamperímetro C.C ou amperímetro C.C. ou amperímetro D.C. d) Resistência Elétrica (Ohms) neste caso denominaremos o multímetro de ohmímetro. O multímetro possui um seletor de funções e várias escalas de medidas; através da manipulação conveniente deste seletor, e do adequado uso das escalas do instrumento, torna-se possível a medida precisa das grandezas acima citadas. O aparelho ainda vem acompanhado de dois cabos denominados Pontas de Prova sendo, uma vermelha e uma preta, a ponta preta é utilizada conectada ao terminal COM(-); a ponta LABORATÓRIO – MOVIMENTO DE TERRA E PAVIMENTAÇÃO ELETRO – EXPERIÊNCIA 2 2 vermelha é utilizada normalmente conectada ao terminal (+). Poderá eventualmente ser conectada ao terminal DC-10A. MULTÍMETRO ANALÓGICO DESCRIÇÃO DO PAINEL FRONTAL : 1- Chave de ajuste de zero mecânico do ponteiro indicador; 2- Chave seletora de faixas; 3- Terminal de entrada “+”; 4- Terminal de entrada “- COM” (comum); 5- Terminal de entrada “DC 10A”; 6- Botão de ajuste de zero p/ faixa Ω; 7- Painel; 8- Ponteiro indicador; 10- Gabinete traseiro; 2.1) Deflexão de fim de escala : É o valor numérico da grandeza medida por um instrumento que provoca a deflexão do ponteiro até o fim da escala. 2.2) Chave Seletora : Posicionando no centro, abaixo da escala do multímetro. Através da manipulação conveniente dessa chave selecionamos a grandeza a ser medida : DC.V →→→→ nessa posição da chave seletora posicionamos o multímetro como voltímetro DC. ou Voltímetro C.C., (medida de tensão contínua). Tendo o conhecimento prévio do valor a ser verificado , podemos selecionar o fundo de escala a ser utilizado, caso não tenhamos essa informação posicionaremos a chave seletora no maior fundo de escala. DC.A →→→→ nessa posição da chave seletora posicionaremos o multímetro como amperímetro DC. (medida de corrente contínua) Devemos também nesse caso selecionar o fundo de escala a ser utilizada. AC.V →→→→ nessa posição da chave seletora posicionamos o multímetro como voltímetro AC ( medida de tensão alternada). LABORATÓRIO – MOVIMENTO DE TERRA E PAVIMENTAÇÃO ELETRO – EXPERIÊNCIA 2 3 Devemos também nesse caso selecionar o fundo de escala a ser utilizado. OHMS →→→→ nessa posição da chave seletora posicionamos o multímetro como ohmímetro (medida de resistência elétrica). Cada posição do seletor representa um fator multiplicativo sobre o valor que será lido na escala. Para melhor compreensão do uso do multímetro iremos dividir sua apresentação em 3 grupos : 1°°°° grupo →→→→ explicaremos em detalhes o uso do ohmímetro, isso será feito nesta aula, onde teremos como objetivo medidas de resistência de associações de resistores. 2°°°° grupo →→→→ explicaremos com detalhes o uso do voltímetro (AC. e DC.), isso será feito na aula de Multímetro II. 3°°°° grupo →→→→ veremos o uso do multímetro como amperímetro, aula de circuitos em corrente contínua (1° parte) onde então montaremos vários circuitos elétricos com o objetivo de medir suas correntes. A seguir faremos uma descrição detalhada do uso do multímetro como ohmímetro e daremos informações técnicas sobre resistores. 2.3) Ohmímetro : 2.3.1) Esquema básico de um ohmímetro. Pelo circuito abaixo podemos verificar, que a variação de Rx provoca uma variação da corrente do galvanômetro (Ig), portanto podemos medir Rx a custa do valor da corrente. A leitura poderá ser feita diretamente em uma escala graduada em ohms. Ig (R+Rg+Rx) = E Para mudança de escala troca-se R 2.3.2) Medidas de Resistência Elétrica. Para melhor medida de resistência elétrica deve-se sempre levar em conta que : - o seletor das funções deverá estar posicionado no setor OHMS (existem 5 posições neste setor). - a ponta de prova preta deve estar conectada ao terminal COM(-), a ponta de prova vermelha deverá estar conectada ao terminal (+) do instrumento. - cada posição do seletor de funções representa um fator multiplicativo sobre o valor que será lido na escala. - a escala que utilizaremos será a escala assinalada OHMS Ω (a escala superior). Nunca utilizar o ohmímetro para fazer medidas em montagens onde haja gerador de tensão ligado ao circuito sob pena de danificar o instrumento. Ao fazer medida de um resistor ou associação de resistores no circuito, é obrigatório que se desconecte da fonte o resistor ou associação de resistores do circuito para efetuar a medida com segurança LABORATÓRIO – MOVIMENTO DE TERRA E PAVIMENTAÇÃO ELETRO – EXPERIÊNCIA 2 4 Nota : a) cada vez que mudarmos a posição do seletor de funções estaremos definindo uma nova escala, sempre que uma nova escala for definida também devemos definir o novo valor de zero desta escala. Para definirmos o novo valor de zero numa determinada escala devemos proceder da seguinte forma : colocamos os terminais do aparelho em curto-circuito (colocar as pontas de prova em contato) e mantendo os terminais nesta condição, ajustamos o botão (knob) 0 ΩΩΩΩ ADJ que está situado no canto superior direito do painel do instrumento. b) note que a escala ôhmica não é linear como são as escalas de tensão ou de corrente, pôr exemplo: supondo o seletor de funções na posição x1, isto significará que cada divisão da escala do 0 (zero) ao 20 vale 1,0Ω; do 20 ao 50 vale 2,0, sempre com o seletor na mesma posição, note também que o espaçamento entre as divisões não é uniforme. c) para uma melhor precisão de leitura recomenda-se operar de forma que o ponteiro do ohmímetro encontre-se na parte central da escala. 3) Resistores : 3.1) Introdução : Um dos mais comuns e seguros componentes eletro- eletrônicos é o resistor. Ele é usado como carga, ou parte dela, na maioria dos circuitos eletrônicos o resistor tem como função limitar a corrente e dividir a tensão. Alguns tipos de resistores podem operar em temperaturas elevadas como 300°C (572°F), são fabricados em amplos limites de valores de resistência e são encontrados com valores menores de 1Ω (ohm) e maiores do que 10 MΩ (megaohms). giga (G) = 109 mega (M) = 106 kilo (k) = 103 mili (m) = 10-3 micro (µµµµ) = 10-6 nano (n) = 10-9 pico (p) = 10-12 3.2)Tipos de resistores:Os resistores são agrupados de acordo com o tipo de material ou processo utilizado para a fabricação do elemento resistivo. Os principais são listados seguir : a) Resistor composto de carbono : - O elemento resistivo é feito com um pó finíssimo de carbono pressionado junto com um material ligado inerte. A resistência do elemento é determinada pela proporção de carbono para o material ligado. Lembre-se de que o limite de potência e que é determinado pelo tamanho e não a resistência. O composto-carbono é usado tanto para resistores fixos quanto com variáveis. Esses resistores são confiáveis e relativamente caros; são disponíveis em amplos valores de resistência e num limite de potência de até 2W. Um resistor fixo carbono-composto é mostrado na figura a seguir. LABORATÓRIO – MOVIMENTO DE TERRA E PAVIMENTAÇÃO ELETRO – EXPERIÊNCIA 2 5 FIGURA A b) Resistor de fio metálico : - Vários tipos de resistores usam filme fino metálico ou mistura de partículas metálicas para alcançar os vários valores de resistência. Utilizados normalmente em circuitos com correntes elevadas, desta forma apresentam a possibilidade de dissipar potências elevadas. c) Resistor de filme de carvão : - estes são feitos através do depósito de filme de carvão sobre um pequeno cilindro cerâmico. O corte de um sulco espiral sobre o filme controla o comprimento do carvão entre os conectores e portanto controla a resistência. d) Resistores de película de carbono : - utilizados em aplicações gerais em eletrônica, tolerância disponíveis ±5% e ±10% e potências nominais de 0,125w a 0,50w. e) Resistores de película metálica : - utilizados em aplicações onde se necessita precisão e elevada estabilidade do valor resistivo. Tolerância de ±1% e ±2% e potências nominais de 0,20w a 0,50w. f) Resistores para montagem de superfície (SMD chip resistor) : - utilizados em circuitos eletrônicos compactos e que contenham grande quantidade de componentes . Potências nominais de 0,063w a 0,5w. g) Resistores de cerâmica + metal (Cermet) : - é uma mistura de finas partículas de vidro (ou cerâmica) e finíssimas camadas de metal (ou óxido), como a prata, platina ou ouro. Esta mistura na forma de pasta é aplicada ao material base feito de cerâmica, vidro ou alumínio. Os terminais são agregados (unidos) na fôrma e na mistura Cermet e todo o componente é colocado num forno para fundição. O Cermet é colocado no substrato numa faixa espiral. Isto efetivamente faz um longo e fino elemento resistivo para o resistor. A estrutura do resistor Cermet (ou filme cerâmico como é algumas vezes chamado) é mostrada na figura. LABORATÓRIO – MOVIMENTO DE TERRA E PAVIMENTAÇÃO ELETRO – EXPERIÊNCIA 2 6 O Cermet é usado nos resistores fixos bem como nos variáveis. Ele tem baixo coeficiente de temperatura e é muito estável e robusto. Como potenciômetro, o cermet oferece um ajuste fino e longa vida. Como resistor fixo, ele é compacto e durável. h) Resistor de filme cerâmico (cermet = cerâmico + metal) : é similar ao resistor filme depositado. i) Resistor de filme sedimentado - Os resistores sedimentado são feitos como os resistores Cermet. O filme é aplicado ao substrato pela vaporização (no vácuo) de material, que forma uma fina e uniforme película no substrato. O filme é muitas vezes depositado na fôrma de faixa espiral. Tanto o carbono como o metal a ser sedimentados como um filme. Muitas vezes, uma liga de níquel-cromo é usada como o metal a ser sedimentado. Os resistores de filme sedimentado são muitas vezes referidos como resistor carbono filme ou metal filme. Esses resistores filmes tem características muito parecidas com os resistores Cermet e operam bem em alta freqüências. j) Resistor de plástico condutivo - Os resistores de plásticos condutivos são usados como elementos resistivos em alguns potenciômetros. Eles são fabricados pela combinação de carbono em pó com uma resina plástica, como o poliéster e epóxi. A mistura resina-carbono é aplicada ao substrato como uma cerâmica. Os potenciômetros plásticos condutivos são relativamente baratos e usados em aplicações que requerem maior ajuste do potenciômetro. k) Fotoresistores - também chamados de fotocélulas são feitos de um material sensível á luz como sulfeto de cádmio. O aumento da intensidade de luz diminui a resistência. l) Termistores - este é um resistor sensível á temperatura, na maioria das vezes o aumento da temperatura diminui a resistência. m) Resistor Variável - é comum ser necessário a mudança de resistência de um resistor. Resistores variáveis são chamados potenciômetros ou reostatos. Eles são usados para alterar o volume do rádio, mudar o brilho de uma lâmpada, ajustar a calibração de medidor, etc.. Trimmers são potenciômetros equipados com ajuste manual. LABORATÓRIO – MOVIMENTO DE TERRA E PAVIMENTAÇÃO ELETRO – EXPERIÊNCIA 2 7 3.3) Classificação : Os resistores podem ser classificados em quatro grandes categorias: fixos, variáveis, ajustáveis e resistores com taps. Existem dois tipos de resistores variáveis. O potenciômetro tem três terminais. A rotação da haste varia a resistência entre o terminal central e os dois terminais das extremidades. A maioria dos potenciômetros é linear, isto é, um grau de rotação da haste resulta na mesma variação de resistência, independentemente da posição da haste. Outros potenciômetros têm taps não lineares. Isto significa que a taxa de variação da resistência muda quando a haste gira. Os potenciômetros com taps algumas vezes usados no controle de tons e volumes em amplificadores estéreos. Os reostatos têm somente dois terminais. Girando a haste, varia a resistência entre os dois terminais. Os reostatos são utilizados para ajustar a corrente do circuito a um valor especificado. Muitas vezes, os potenciômetros são usados como reostatos ajustando dois dos três terminais. Os resistores ajustáveis tem aproximadamente a mesma função dos potenciômetros e reostatos. Contudo, os resistores são usados em circuitos de alta potência quando se requer uma variação não freqüente na resistência. Diferentemente do reostatos e potenciômetros, os resistores ajustáveis não são, geralmente , ajustados quando o circuito está em operação. Resistores de multitaps são também disponíveis. Os resistores com tap, como os resistores ajustáveis, são geralmente usados em circuitos de potência elevada.(maior do que 2w). 3.4) Rede de resistores - As redes de resistores são compostas de muitos resistores de filme como os cerâmicos (Cermet) ou com substrato simples. Os resistores e substratos são compostos em encapsulamento dual em linha (DIP) ou em encapsulamento simples em linha (SIP), como aqueles mostrados na figura a seguir. Estas redes de resistores são muitas vezes usadas em circuitos eletrônicos digitais nas placas de circuitos impressos. 3.5) Resistores Especiais - Fabrica-se um grande número de resistores especiais. Dois deles e suas aplicações típicas são listadas a seguir: Resistor fusão : - Os resistores fusão têm baixa resistência (menos de 200Ω) e capacidade de circulação de corrente limitada. Eles são resistores de fio enrolado e são usados em circuitos que requerem corrente inicial elevada, mas baixa corrente de operação. Se a corrente permanece elevada, o resistor se rompe e protege o circuito. Sensores de tensão ou Resistores dependentes de tensão (VDR) - Também chamados de varistores, esses componentes são usados para proteger os circuitos de aumentos repentinos de tensão da fonte. Se a tensão aumenta repentinamente pôr uma fração de segundos, o varistor limita--a em um valor seguro. Esses componentes são, muitas, vezes, conectados diretamente através da linha de entrada em equipamentos sensíveis à tensão comoos computadores. 3.6) Limites de Potência Um resistor tem limites de potência e de resistência. O limite de potência indica a quantidade de potência que o resistor pode LABORATÓRIO – MOVIMENTO DE TERRA E PAVIMENTAÇÃO ELETRO – EXPERIÊNCIA 2 8 dissipar, sem ser destruído. Como a corrente circula através do resistor, o calor é produzido - o resistor está transformando energia elétrica em energia calorífica. Se a corrente aumenta, o calor pode queimar o resistor. Então, devem ser especificados alguns níveis de segurança de calor, isto é feito pelo limite de potência. Não existe relação entre os limites de resistência e de potência de um resistor. O mesmo valor de resistência pode ser obtido em resistores de menos de 1w a muitos watts. O limite de potência de um resistor é determinado primeiramente pelo tamanho físico do resistor e pelos tipos de materiais usados. O limite de potência de um resistor é assegurado pelo fabricante sob condições especificadas que incluem a livre circulação de ar em volta do resistor e os terminais do resistor soldados em consideráveis terminais. Muitas dessas condições não são totalmente satisfeitas nos equipamentos que usam resistores. Pôr isso é usado um resistor com um limite de potência maior do que o valor calculado para o circuito. Como regra, muitas circuitos são especificados com um limite de potência duas vezes maior do que o valor calculado. Na maioria das aplicações, este é um fator de segurança razoável. 3.7) Código de Cores A resistência e a tolerância de muitos resistores fixos são especificados pela faixa de cores no corpo dos resistores. Tanto a resistência como a tolerância são indicadas pela cor, número e posição das faixas no corpo dos resistores. O código de cores é mostrado na figura a seguir. A primeira faixa está sempre próxima a uma das extremidade do resistor. Desde que os resistores de tolerância de 5 e 10 pôr cento são fabricados apenas com dois algarismos diferentes de zero, somente quatro faixas de cores são necessárias para identifica-los. Três algarismos diferentes de zero são comuns nos resistores de 1 e 2%; portanto, são necessárias cinco faixas de cores para identificar sua resistência e tolerância. Na tabela a seguir são dados exemplos de uso do código de cores. Para distinguir os resistores de fio enrolado de outros tipos de resistores, muitos fabricantes fazem a primeira faixa de cor no primeiro aproximadamente duas vezes maior do que as outras faixas de cores. Alguns resistores têm somente três faixas de cores e sua tolerância é de ±20 pôr cento (eles são muito comuns). Outros resistores de 5 e 10 pôr cento, são fabricados para uso militar, têm cinco faixas de cores. Neste caso, as primeiras quatro faixas são lidas do mesmo modo como o sistema de quatro faixa, (a quarta faixa é ouro ou prata). A quinta indica segurança. A segurança de um resistor revela quanto de queda do resistor em 1000h. LABORATÓRIO – MOVIMENTO DE TERRA E PAVIMENTAÇÃO ELETRO – EXPERIÊNCIA 2 9 Cor Dígito Multiplicador Tolerância PRETO 0 100 ±1% MARROM 1 101 ±2% VERMELHO 2 102 LARANJA 3 103 AMARELO 4 104 VERDE 5 105 AZUL 6 106 VIOLETA 7 107 CINZA 8 108 BRANCO 9 109 OURO 10-1 ±5% PRATA 10-2 ±10% 3.8) Tolerância do resistor. É muito difícil a produção em série de resistores que possuem exatamente o mesmo valor de resistência. Pôr isso, os fabricantes especificam tolerâncias para seus resistores. A tolerância é especificada como uma porcentagem da resistência nominal (fixa). Pôr exemplo, um resistor de 1000Ω e 10% de tolerância pode ter a resistência entre 900 (1000 - 10% de 1000) e 1100Ω (1000 + 10% de 1000). Um resistor de 2700Ω com uma tolerância de 5 pôr cento pode ter uma resistência entre 2565 e 2835 Ω. As tolerâncias comuns para os resistores são 10, 5, 2, 1%. Contudo, resistores são disponíveis com tolerâncias menores do que 0,01%. É claro, resistores de baixa tolerância são mais caros que resistores de alta tolerância. 4) Posição do multímetro (ohmímetro) para leitura de resistência. a) Medida de um resistor qualquer de um circuito : O resistor é retirado do circuito e nos seus terminais é conectado o ohmímetro. Obs.: O gerador de tensão do circuito altera a indicação do ohmímetro e pode danificar o aparelho. b) Medida de um resistor equivalente de um circuito ou associação. No caso abaixo está sendo medida a resistência equivalente da associação série de R1+R2+R3 em paralelo com R, notar que o gerador é desligado da associação . LABORATÓRIO – MOVIMENTO DE TERRA E PAVIMENTAÇÃO ELETRO – EXPERIÊNCIA 2 10 IV. PARTE EXPERIMENTAL : Material utilizado: • 1 multímetro analógico com pontas de prova • 1 multímetro digital com pontas de prova • 1 reostato • 5 resistores • 1 placa de montagem 1) Medida da resistência de resistores: Medir a resistência de 6 resistores e comparar o valor medido com o indicado pelo código de cores. Resistores Valor identificado p/ código de cores Valor (Ω) (medido c/ ohmímetro analógico) R1 Ω ± ____% Ω R2 Ω ± ____% Ω R3 Ω ± ____% Ω R4 Ω ± ____% Ω R5 Ω ± ____% Ω Obs.: Para o ohmímetro analógico: • colocar a chave seletora em ohms • Zerar o aparelho a cada mudança da escala • Procure efetuar a medida na parte central da escala • Evitar a interferência do corpo na execução da medida; (não colocar as mãos nas extremidades metálicas das pontas de prova.) • Efetuar a leitura na escala de ohms (ΩΩΩΩ) 2) Medida de resistência elétrica de valor ajustável (reostato, ou potenciômetro): Medir a resistência do reostato (entre o cursor móvel e uma das extremidades), com o cursor no meio e em cada extremidade, preencher a tabela 1. Arranjo físico Esquema Elétrico Rnominal = ............... Ω (localizar este valor na placa de especificação do equipamento). Ajustar manualmente a posição do cursor do reostato para as posições indicadas e efetuar as medidas: Multímetro Ohms INÍCIO MEIO FIM LABORATÓRIO – MOVIMENTO DE TERRA E PAVIMENTAÇÃO ELETRO – EXPERIÊNCIA 2 11 Cursor R(ΩΩΩΩ) (digital) R(ΩΩΩΩ) (analógico) Início Meio Fim 4) Medida de resistência do corpo humano : Segurar com as mãos as pontas de prova (levemente) do multímetro, analógico , medir o valor da resistência. a) Com as mãos secas: Rcorpo’ = Ω b) Com as mãos úmidas: Rcorpo’’ = Ω LABORATÓRIO – MOVIMENTO DE TERRA E PAVIMENTAÇÃO ELETRO – EXPERIÊNCIA 2 12 V. RELATÓRIO: ELETRO I MULTÍMETRO I EXPERIÊNCIA No. 02 MODALIDADE________________________________ TURNO:__________ DATA:_____/_____/_____ NOME:________________________________________________ No. DE MATRÍCULA: _______________ NOME:________________________________________________ No. DE MATRÍCULA: _______________ NOME:________________________________________________ No. DE MATRÍCULA: _______________ NOME:________________________________________________ No. DE MATRÍCULA: _______________ NOME:________________________________________________ No. DE MATRÍCULA: _______________ Srs. Alunos: Este relatório contém apenas tópicos da experiência que devem ser anotados para a avaliação, portanto faça a experiência acompanhando a apostila, e após isso, passe os tópicos pedidos para o relatório. 1) Faça a leitura dos resistores e preencha a Tabela 1: TABELA 1 RESISTOR VALOR LIDO (código de cores) VALOR REAL (medido c/ o Multímetro) R1 R2 R3 R4 R5R6 1.a) Compare os valores medidos com os nominais e comente alguma discrepância. ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 2) Preencher a Tabela 2 com os dados obtidos pela medida da resistência do reostato: TABELA 2 Cursor R (Ω) início meio fim 3) No grupo qual o maior valor de resistência do corpo medido, e qual o menor? Qual dos dois estará sujeito a sentir mais os efeitos da corrente elétrica? Por quê? ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ 4) Preencher a Tabela 3 com os valores obtidos com as medidas de resistência a partir do item 4 da apostila de Laboratório: TABELA 3 Valores medidos Valores Calculados Rs = _____________Ω Rs = _____________Ω Rp = _____________Ω Rp = _____________Ω Reqt = _____________Ω Reqt = _____________Ω
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