As Medidas Elétricas

UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO[pic 2]

      FACULDADE DE ENGENHARIA

MEDIDAS ELÉTRICAS E MAGNÉTICAS

CURSO: Engenharia Elétrica

PROFESSOR: Luis Chiganer

ALUNOS:

Felippe de Paula Silva
Mariana Moraes Oliveira
Rodrigo Zampilis

Rio de Janeiro, 16 de Outubro de 2014.

UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO

FACULDADE DE ENGENHARIA

Trabalho         I

MEDIÇÃO DE IMPEDÂNCIAS

Ponte de kelvin

      Ponte de Nernst

Rio de Janeiro, 16 de Outubro de 2014.

SUMÁRIO

1-INTRODUÇÃO---------------------------------------------------------------4

2-OBJETIVO--------------------------------------------------------------------4

3-MEDIÇÃO DE RESISTÊNCIAS-----------------------------------------4

4-MÉTODO DA PONTE DE KELVIN-------------------------------------6

        4.1-APLICAÇÃO DA PONTE DE KELVIN--------------------11

• Sobre o Inventor--------------------------------------------12

5-MEDIÇÃO DE CAPACITÂNCIAS-------------------------------------13

6-PONTE DE NERNST---------------------------------------------------- 13

        6.1-APLICAÇÃO DA PONTE DE NERNST------------------ 15

• Sobre o Inventor--------------------------------------------18

7-CONCLUSÃO--------------------------------------------------------------19

8-REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS----------------------------------19

1. INTRODUÇÃO

        Com o objetivo de complementar as aulas de Medidas Elétricas, este trabalho apresenta os aspectos referentes a diversos tipos de medições de resistências e capacitâncias.

        Inicialmente são abordados os métodos para medição de resistências elétricas segundo suas características e magnitude. Mais precisamente, serão apresentados os métodos teóricos da Ponte de Kelvin com suas respectivas aplicações comerciais na área de engenharia elétrica.

        Em seguida abordaremos a Ponte de Nernst, inclusa na categoria de pontes de corrente alternada, que possibilita a medição de capacitâncias reais. Aqui também são abordados os aspectos teóricos e aplicações comerciais.

1. OBJETIVO

        Apresentar e discutir os métodos de medição de resistências elétricas e de capacitâncias, apresentados pela Ponte de Kelvin e Ponte de Nernst, respectivamente, e suas aplicações na engenharia.

1. MEDIÇÃO DE RESISTÊNCIAS

        Dentre os processos de medições existentes, a medição de resistências é um dos mais comuns na área de medidas elétricas. Esse tipo de medição é caracterizado por determinar a diferença de potencial junto aos terminais de uma resistência a qual é percorrida por uma corrente elétrica. Geralmente, existem diversos métodos para aplicação de tal metodologia, onde a determinação do método a ser utilizado depende da ordem de grandeza da resistência empregada e da precisão que se deseja alcançar junto à medição a ser realizada.

Como uma forma de facilitar a classificação dos métodos, as resistências são divididas em três categorias: Resistências fracas, médias e elevadas.

        Para medição de resistência pelo método da Ponte de Kelvin a resistência esperada é de ordem de grandeza considerada baixa. Os outros métodos que contemplam as resistências consideradas médias e altas, não se aplicarão no respectivo relatório.

        Nessa categoria de baixas resistências, os valores medidos encontram-se na ordem entre 10μΩ a 1Ω, aproximadamente. É importante salientar que na medição nesses tipos de resistências não se pode desprezar, como na medição de resistências médias, duas grandezas principais causadoras de erros:

1. A resistência dos fios condutores que interligam o corpo sob medição e o instrumento de medida;
   
2. A resistência de contato destes fios condutores com os elementos envolvidos.

        Geralmente, os instrumentos de medição apresentam as seguintes características:

• Fios condutores curtos e de grande seção transversal, de maneira a diminuir o erro nas medições;

• Contatos mais apurados e bem polidos. Por exemplo, banhados com prata que é um excelente condutor e diminui a resistência de contato com a resistência a ser medida;

• Compostos por dois circuitos, um de corrente e um de potencial, praticamente independentes entre si (Conforme ilustrado adiante);

• Alimentação com corrente contínua (com pilha ou bateria interna).

[pic 3]
Figura: Circuito de um instrumento de medição

1. MÉTODO DA PONTE DE KELVIN

        É uma dos dispositivos mais simples e eficientes para a medição de resistências de baixo valor ôhmico (na faixa de 10µΩ a 1Ω). Há no mercado pontes para uso em laboratório, que são mais sofisticadas, e para utilização em trabalhos de campo, que são mais simples. O esquema básico de uma ponte de Kelvin é mostrado na imagem abaixo.

[pic 4]

                                  Figura: Montagem esquemática de uma ponte de Kelvin

• O galvanômetro G e do tipo zero central;
• O reostato entre E e B é ajustável e graduado em submúltiplos de ohm. R é parcela desse reostato;
• M, N, P e Q são resistores fixos da ponte, responsáveis pela parte de medida de potencial;
• r é a resistência da ligação interna;
• M + N e P + Q são muito maiores que X + R + RL do circuito de corrente, com isso tem-se que i1 << I e i2 <
• É sempre observada a relação:  [pic 5][pic 6].

Desta forma, podemos verificar que as correntes i1 e i2 são muito pequenas, o que contribui para um bom desempenho do contato F’ evitando aí o aparecimento de uma f.e.m de origem termoelétrica.

A ponte é operada da seguinte maneira: quando a chave K é fechada, o cursor F’ se desloca de forma bem devagar até se conseguir o equilíbrio, isto é, até conseguir ig = 0, sendo esta verificação realizada através da indicação “zero” do galvanômetro. No equilíbrio, têm-se as seguintes equações:

[pic 7]

Disso, teremos como valor de X: