Fazer O Experimento Prático: Eletrostática: Cargas Elétricas, Disponível Em: MAKLUF, Cibele Abreu. Eletrostática: Cargas Elétricas. Universidade Estadual De Campinas. Disponível Em:

INSTRUMENTAÇÃO PARA MEDIDAS ELÉTRICAS: DOS INSTRUMENTOS ANALÓGICOS AOS INSTRUMENTOS DIGITAIS

1. Elementos constitutivos de um instrumento de medição por via elétrica

Grandeza física

Transdutor Condicionador Transmissão Processamento

de sinal (telemetria) Representação

Fluxo de informação

Figura 1- Diagrama de blocos funcional de um instrumento de medida. (http://ltodi.est.ips.pt/joseper/IM/Evolu%C3%A7%C3%A3o%20da%20Tecnologia%20de%20Medida.PDF 15/10/2013 17h03)

O diagrama é composto de quatro blocos:

1- Transdutor: modifica a grandeza física mensurada em um sinal compatível e apto às formas de entrada do condicionador de sinal. Com os benefícios do condicionamento, tanto analógico quanto digital, a maioria é do tipo elétrico.

2- Condicionador de Sinal: Ele aumenta a sensibilidade ou resolução da medida. Geralmente usado em circuitos elétricos ou eletrônicos, que cuida do sinal de saída dos transdutores e as funções, usualmente, são: amplificação; conversão tensão-corrente; conversão corrente-tensão; conversão carga-tensão; adaptação de nível e de impedâncias; linearização; isolamento galvânico; filtragem; conversão analógico-digital.

3- Transmissão: de dados, é quando a grandeza mensurada é longe do lugar de representação. O sinal é adaptado através de modulação, fazendo sua recuperação através da desmodulação.

4- Processamento e representação: Bloco que apresenta o tratamento de dados de modo a mostrar o valor da medida de forma coerente no display.

2. Instrumentos analógicos

Utilizam geralmente um ponteiro deslocando-se sobre uma escala para indicar a medida, mas tais características podem afetar a exatidão da medida.

2.1 Funcionamento

Conforme os autores J.M. Dias Pereira e P. Silva Girão, do ponto de vista do princípio de funcionamento, na situação de equilíbrio estático da equipagem móvel, o valor médio do binário associado à grandeza a medir, denominado binário atuante, e do binário de deformação de uma mola, denominado por binário de restituição, equilibram-se, ou seja:

T T a d = , onde (1)

Ta - valor médio do binário atuante;

Td - binário de restituição.

Ainda com os autores J.M. Dias Pereira e P. Silva Girão, admitindo que o binário de restituição da mola seja diretamente proporcional ao ângulo de desvio da equipagem móvel e que o valor médio do binário atuante depende da grandeza a medir por uma função (f), geralmente não linear, é possível obter a expressão que nos dá o valor do desvio da equipagem móvel em função do valor da grandeza que se pretende medir. Na situação de equilíbrio estático teremos portanto um desvio angular dado por:

α = f(M)

C

em que: α - desvio angular da equipagem móvel;

C - constante de torção da mola;

M - grandeza a medir (mesurando);

f - função que relaciona o binário atuante com a grandeza a medir.

A expressão anterior mostra que no caso da instrumentação analógica e na situação de equilíbrio estático entre binários, o desvio da equipagem móvel dá uma medida do binário atuante e, consequentemente, da grandeza que se pretende medir.

2.2 Tipos de instrumentos analógicos

Os principais são: instrumentos de quadro móvel - é a interação entre a corrente elétrica e o campo magnético, feito por um imã fixo.

Eletrodinâmicos - o binário é feito através da interação entre duas corrente elétricas, uma bobina móvel e outra permanente.

Eletromagnéticos - entre o corpo móvel polarizável e o campo magnético de uma bobina permanente.

Eletrostáticos - interação elétrica entre distribuições de carga de condutores, tais quais um móvel e os outros são permanentes.

2.3 Características fundamentais e limitações

Uma das características fundamentais dos instrumentos analógicos, que resulta da seguinte equação da equipagem móvel:

θ d2α + A d α + Cα = T

d t2 a d t a

em que: θ - momento de inércia;

Aa - coeficiente de amortecimento (atrito);

C - constante de torção da mola;

α - desvio angular;

Ta - binário atuante.

As principais limitações resultantes do princípio de funcionamento dos instrumentos analógicos são, conforme os autores J.M. Dias Pereira e P. Silva Girão:

• tempo de leitura elevado e por vezes condicionado às características elétricas do circuito de medida;

• para sensibilidades elevadas às técnicas construtivas são delicadas e consequentemente de custo elevado;

• as características não ideais dos componentes elétricos que constituem o próprio equipamento de medida condicionam o comportamento do instrumento no domínio da frequência;

• o envelhecimento e o funcionamento dos instrumentos fora das condições de temperatura, pressão e humidade aconselhadas pelo fabricante afetam significativamente a exatidão do instrumento;

• a utilização de ponteiros e escalas graduadas conduz a erros de visualização e a limitações de precisão originadas pelas dimensões físicas do ponteiro, pela resolução da escala graduada e pelos erros de estimativa do próprio utilizador;

• ainda que o número de posições que o ponteiro possa assumir numa escala graduada seja teoricamente infinito, o número de posições diferentes que se conseguem distinguir visualmente é limitado e depende da dimensão física do ponteiro e da escala e da respectiva graduação;

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