AULA #7 – Laboratório de Medidas Elétricas
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UEL - UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA DEP. ENGENHARIA ELÉTRICA – CTU 2ELE005 – LABORATÓRIO DE MEDIDAS ELÉTRICAS PROF. FRANCISCO DE ASSIS SCANNAVINO JUNIOR AULA #7 – Laboratório de Medidas Elétricas 1. Experimento 1 – Resistência Interna de um Galvanômetro 1.1. Objetivos Determinar, experimentalmente, a resistência interna de um medidor de corrente. 1.2. Teoria Galvanômetro é um instrumento básico utilizado em medições de corrente contínua. Destacamos o instrumento de bobina móvel, que consiste numa parte fixa, o ímã permanente, gerando um campo magnético intenso, e uma parte móvel composta por uma bobina, ou seja, um enrolamento de um fio condutor fino, sobre um quadro de alumínio preso a um núcleo de ferro e um ponteiro, sendo todo o sistema, fixado por duas molas espirais (de bronze fosforoso), dotadas de eixos suportados por mancais, que ligadas ao fio da bobina são percorridas pela corrente a ser medida. A estrutura básica interna de um galvanômetro é vista na figura 1.1. figura 1.1. Estrutura Interna de um Galvanômetro O seu funcionamento baseia-se no efeito eletromagnético, causado pela corrente elétrica que circula pela bobina, originando forças que atuando sobre o sistema móvel, deflexionarão o ponteiro mecanicamente unido a este. As forças 1 UEL - UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA DEP. ENGENHARIA ELÉTRICA – CTU 2ELE005 – LABORATÓRIO DE MEDIDAS ELÉTRICAS PROF. FRANCISCO DE ASSIS SCANNAVINO JUNIOR de restituição, originadas pelas molas de restituição, contrabalancearão as forças de deflexão, estabilizando o sistema, quando então teremos o ponteiro imóvel sobre uma escala previamente graduada, indicando assim o valor da medida. Um galvanômetro ao ser utilizado para medidas em um circuito de corrente contínua, equivale a uma resistência ôhmica (Rg), que em função do valor pode alterar as características deste. Os galvanômetros são essencialmente medidores de pequenos valores de correntes, da ordem de µ A, sendo necessário uma associação convenientemente de resistores, para que possam ser utilizados como amperímetros ou voltímetros em diversas escalas. Para determinarmos a resistência interna (Rg) de um galvanômetro, experimentalmente, precisamos montar o circuito da figura 1.2. figura 1.2. Circuito para determinar a resistência interna de um galvanômetro Inicialmente, com a chave K aberta, ajustamos o potenciômetro P1, de maneira que circule pelo circuito a corrente de fundo de escala do galvanômetro. Logo após, fechamos a chave K e ajustamos o potenciômetro P2, para que o galvanômetro indique uma corrente igual a metade do valor do seu fundo de escala. A seguir, desconectamos o potenciômetro P2 do circuito medindo com um ohmímetro a resistência ajustada, que será igual ao valor de Rg. Isto se deve ao galvanômetro estar em paralelo com P2, e neste caso, as correntes são iguais, o que podemos concluir, valores iguais de resistências. 1.3. Material Experimental • • • • • Fonte variável Resistores: 18kΩ, 1kΩ Potenciômetro de: 1kΩ e 10kΩ Miliamperímetro: 0-200mA Multímetro 2 UEL - UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA DEP. ENGENHARIA ELÉTRICA – CTU 2ELE005 – LABORATÓRIO DE MEDIDAS ELÉTRICAS PROF. FRANCISCO DE ASSIS SCANNAVINO JUNIOR 1.4. Parte Prática 1 – Monte o circuito da figura 1.3. figura 1.3. Circuito 2 – Com a chave k aberta, ajuste o potenciômetro de 10kΩ , de modo que a corrente atinja o fundo de escala do medidor. 3 – Sem mexer no potenciômetro de 10kΩ , ligue a chave k e ajuste o potenciômetro de 1kΩ , para que o ponteiro do medidor atinja o ponto médio da escala. 4 – Desligue a chave k e sem mexer no cursor do potenciômetro de 1kΩ , meça a resistência ajustada com o ohmímetro, anotando o seu valor no quadro 1. Rg Quadro 1.1 1.5. Questões 1 – No circuito da figura 1.3, qual é a função do resistor de 18kΩ ? 2 - Podemos utilizar o mesmo circuito da figura 1.3, com os mesmos valores, para determinarmos a resistência interna de medidores de outras faixas de corrente? Por quê? 3- Ao medir-se a corrente no circuito da figura 1.4, com um miliamperímetro de 100mA, obtivemos uma indicação de 90mA. Sendo os resistores de absoluta precisão, calcule a referida corrente e explique o porquê da diferença entre a calculada e a medida. 3 UEL - UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA DEP. ENGENHARIA ELÉTRICA – CTU 2ELE005 – LABORATÓRIO DE MEDIDAS ELÉTRICAS PROF. FRANCISCO DE ASSIS SCANNAVINO JUNIOR figura 1.4. Circuito Teórico 2. Experimento 2 – Resistência Shunt em Amperímetro 2.1. Objetivos • Verificar como um galvanômetro pode ser transformado num amperímetro para correntes maiores que do seu fundo de escala. 2.2. Teoria Um galvanômetro, com uma corrente de fundo de escala Ig, pode ser convertido em um amperímetro com uma corrente de fundo de escala I0, onde I0 é bem maior que Ig.Para tanto, é necessário associarmos ao galvanômetro um resistor em paralelo, para desviar uma parte da corrente. Esta ligação é mostrada na figura 2.1, onde temos representada a resistência interna do galvanômetro em série com este, e o resistor de desvio Rs, também denominado shunt. Figura 2.1. Ligação de Rs a um galvanômetro para obter um miliamperímetro No circuito, temos: A corrente I0,que é dividida em duas partes, uma corrente Ig, a de fundo de escala do galvanômetro original, e uma corrente Is que é a parcela a ser desviada através do resistor Rs. Como, no circuito, temos uma associação paralela de dois resistores, podemos escrever: R g I g = RS I S onde: I S = I 0 − I g ∴ R g I g = RS ( I 0 − I g ) RS = Rg I g I0 − I g 4 UEL - UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA DEP. ENGENHARIA ELÉTRICA – CTU 2ELE005 – LABORATÓRIO DE MEDIDAS ELÉTRICAS PROF. FRANCISCO DE ASSIS SCANNAVINO JUNIOR Com essa relação podemos, conhecendo as especificações do galvanômetro (Rg e Ig), dimensionar o valor da resistência shunt, necessária para convertê-lo em um medidor de corrente de determinada escala I0. Para exemplificar, vamos converter um galvanômetro de 500µ A e 10Ω da resistência interna, em um miliamperímetro de 0-100mA, conforme a figura 2.2. Figura 2.2. Adapatação de um galvanômetro em um miliamperímetro 10 . 500 x10 −6 RS = 100 x10 −3 − 500 x10 −6 RS = 0,05Ω Para obtermos o miliamperímetro de 0 -100mA, associamos o resistor de 0,05Ω e a escala do galvanômetro deve ser graduada, de acordo com o novo valor de fundo de escala conforme a figura 2.3. Figura 2.3. Graduação da nova escala A inserção do instrumento de medida em um circuito pode acarretar uma alteração significativa neste e conseqüentemente, no resultado da medida a ser efetuada. Para que esta influência seja a menor possível e desprezível, é necessário que o instrumento, em se tratando de um medidor de corrente, tenha uma resistência interna bem pequena em relação às resistências do circuito, além disso, o próprio instrumento apresenta devido a imperfeições construtivas e aproximações nos dimensionamentos, um erro sobre o valor real medido, determinando um valor em porcentagem denominado classe de exatidão. 2.3. Material Experimental 5 UEL - UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA DEP. ENGENHARIA ELÉTRICA – CTU 2ELE005 – LABORATÓRIO DE MEDIDAS ELÉTRICAS PROF. FRANCISCO DE ASSIS SCANNAVINO JUNIOR • • • • Fonte variável Potenciômetro: 100Ω /lin Resistor: 6,8kΩ Multímetro 2.5. Parte Prática 1 – Utilize o valor da resistência interna do galvanômetro e 0-1mA e preencha o quadro abaixo. Rg 2 – Calcule o valor de RS para converter o galvanômetro de 0-1mA em um miliamperímetro de 0-2mA, e anote no quadro abaixo. RS 3 - Monte o circuito do novo miliamperímetro, conforme a figura 2.4, utilizando como Rs o potenciômetro de 100Ω , ajustado com o ohmímetro para o valor calculado no item 2. Figura 2.4. 4 – Monte o circuito da figura 2.5. Figura 2.5. 5 - Com o multímetro, meça e anote no quadro abaixo, o valor da corrente no circuito da figura 2.5. 6 - Repita a medida anterior com o miliamperímetro que você construiu, anotando o valor no quadro abaixo. Multímetro I 6 miliamperímetro UEL - UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA DEP. ENGENHARIA ELÉTRICA – CTU 2ELE005 – LABORATÓRIO DE MEDIDAS ELÉTRICAS PROF. FRANCISCO DE ASSIS SCANNAVINO JUNIOR 2.6. Questões 1 - Compare a leitura do miliamperímetro construído com a do multímetro. 2 - Utilizando a escala do galvanômetro, mostre a graduação para o miliamperímetro que você construiu. 3- Calcule a resistência interna do miliamperímetro que você construiu. 4- A partir de um galvanômetro de 5mA com resistência interna 20Ω , esquematize e determine os valores de resistência shunt, para que esse, através de uma chave seletora, possa funcionar como um miliamperímetro de quatro escalas: 0-5mA, 0-10mA, 0-50mA e 0-100mA. 7
