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Aula19 Indice de Aulas Aula21

Analise de Circuitos em Corrente Contínua
Aula 20: Instrumentos de Ponteiro
Referencias
Analise de Circuitos em Corrente Continua - Rômulo O. Albuquerque - Editora Érica

1 Galvanômetro de Bobina Móvel

Em eletrônica basicamente existem três grandezas a serem medidas tensão (U), corrente(I) e potência (P). Os instrumentos usados para medi-las são chamados respectivamente de voltímetro, amperímetro e wattímetro . Além de poder ser medida, uma tensão também pode ser visualizada através de um instrumento chamado de osciloscópio.Os instrumentos podem dar uma indicação analógica ou digital.

No caso dos instrumentos analógicos a base de seu funcionamento é um medidor de correntes muito baixas (microamperimetro) chamado de Galvanômetro de Bobina Móvel ou Galvanômetro de D'Arsonval, o qual consiste de uma bobina que pode ser movimentada e que está colocada entre os pólos de um imã. Quando circula corrente pela bobina haverá uma interação entre o campo magnetico da bobina movel e o campo do imã fixo fazendo aparecer forças que provocarão um deslocamento da bobina móvel, deslocando junto um ponteiro o qual dará uma indicação. O ângulo deslocado será proporcional à intensidade da corrente através da bobina. Se calibrarmos a escala poderemos efetuar uma medida de corrente. A figura 1 mostra dois desenhos de um galvanometro de bobina movel.

( a ) ( b ) ( c )

Figura 1 - Galvanômetros de bobina móvel ( a ) Aspectos construtivos ( c ) Foto de um Galvanometro real ( c ) Símbolo do galvanometro

Os principais elementos construtivos de um galvanômetro de bobina móvel são:
a) O mostrador (escala) e o ponteiro;
b) O imã permanente;
c) A bobina móvel;
d) Sistema de suspensão.

Os principais elementos de um galvanometro são:Resistência interna (RiG) e corrente de fundo de escala (IGM)

Ao invés de especificar o fundo de escala, pode-se especificar a sensibilidade (S) definida como sendo S = 1/ IGM sendo especificada em kOhm/V.

Assim é que um instrumento que tem fim de escala de 50 mA, terá uma sensibilidade de 1 /50 mA = 20kOhm/V. Quanto maior a sensibilidade maior a qualidade do instrumento.

2. Amperímetro

Um amperímetro é um galvanômetro com a escala ampliada. Por exemplo, se dispomos de um galvanômetro com 100 mA (0,1mA) de fim de escala e desejamos construir um outro instrumento que meça até 1 mA, deveremos colocar em paralelo com o galvanômetro uma resistência chamada de shunt (Rs) que desvie o excesso (no caso 0,9 mA). O circuito está mostrado na Figura 2a. A Figura 2b mostra o circuito equivalente e a resistencia interna do amperimetro.

( a ) ( b )

Figura 2 - ( a ) Ampliando a escala do galvanômetro construindo um amperimetro ( b ) circuito equivalente

Calculo do resistor shunt Rs)

Dados: IGM=100μA=0,1mA RiG=200Ω IT=1mA Rs=? Como é um circuito paralelo a tensão na bobina, VRiG, é a mesma no resistor shunte (Rs), isto é:

VRiG=200Ω.0,1mA=20mV=VRS logo:

A resistencia interna do amperimetro, RiA, vale:

RiA=RiG//Rs=(22,22.200)/(22,22+200)= 20 Ohms

Êrro de medida

Vamos usar esse amperimetro para medir a corrente em um circuito

Erro de medida - Caso 1

A resistencia de 1k é ligada a uma fonte de 1V, resultando uma corrente teórica de 1 mA. O amperimetro contruido (1 mA de fundo de escala e 20 Ohms de resistencia interna) é inserido.

( a ) ( b )

Figura 3 - medindo a corrente com o instrumento construido ( a ) Circuito sem o instrumento ( b ) Circuito com o amperimetro

Valor teórico: 1 mA Valor efetivamente medido: I= 1 V/(20+1000)=0,98 mA Erro de medida: = ( (1-0,98)/1)x100=1,96%

Erro de medida - Caso 2

O circuito agora tem uma resistencia de 500 Ohms e a bateria é de 0,5 V, resultando no mesmo valor teórico para a corrente, 1 mA.

( a ) ( b )

Figura 4 - medindo a corrente com o instrumento construido ( a ) Circuito sem o instrumento ( b ) Circuito com o amperimetro

Valor teórico: 1 mA Valor efetivamente medido: I= 0,5 V/(20+500)=0,96 mA Erro de medida: ) (1-0,96)/1)x100=4 %

Erro de medida - Caso 3

O circuito agora tem uma resistencia de 200 Ohms e a bateria é de 0,2 V, resultando no mesmo valor teórico para a corrente, 1 mA

( a ) ( b )

Figura 5 - medindo a corrente com o instrumento construido ( a ) Circuito sem o instrumento ( b ) Circuito com o amperimetro

Valor teórico: 1 mA Valor efetivamente medido: I= 0,2 V/(20+200)=0,909 mA Erro de medida: ) (1-0,909)/1)x100=10 % NÃO ACEITAVEL

Conclusão: Para não alterar a medida, em qualquer caso, o amperímetro deve ter resistencia interna nula (RiA=0). Claro essa é uma condição IDEAL.

Na prática RiA deve ser muito menor do que a resistência do circuito, o que normalmente é observado para bons instrumentos.

3 Experiência 19 - Amperimetro - Influencia da resistência interna na medida

3.1 Para cada circuito da Figura 6 calcule a corrente. Anote na tabela 1 e 2 como valor calculado (Icalc).

( a ) ( b ) ( c )

( d ) ( e) ( f )

Figura 6 - Influencia da resistencia interna do amperimetro na medida ( a ) ( b ) e ( c ) carga de 100 Ohms ( d) ( e ) e ( f) carga de 1000 Ohms

Tabela 1- Influencia da resistencia interna - Valores calculados - carga de 100 ohms

I(calc.) RL=100 Ohm
RiA=0 Ohm	RiA=1 Ohm	RiA= 10 Ohm

Tabela 2 - Influencia da resistencia interna - Valores calculados - carga de 1000 ohms

I(calc.) RL=100 Ohm
RiA=0 Ohm	RiA=1 Ohm	RiA= 10 Ohm

3.2 Abra o arquivo ExpCC21_Amperimetro_Influencia_da_resistencia_interna. Inicie a simulação, anotando na tabela 3 o valor medido (Imed) por cada amperímetro em cada caso de resistencia interna e carga. Quando o erro é maior? O valor da resistencia do circuito influencia na medida?

Tabela 3- Amperimetro - ifluencia da resistencia interna - Valores calculados - carga de 100 ohms

I(med.) RL=100 Ohm
RiA=0 Ohm	RiA=1 Ohm	RiA= 10 Ohm

Tabela 4- Influencia da resistencia interna - Valores calculados - carga de 1000 ohms

I(med.) RL=1000 Ohm
RiA=0 Ohm	RiA=1 Ohm	RiA= 10 Ohm

3.3 Qual a conclusão ? Em que caso o instrumento causa o menor erro (diferença percentual entre o valor ideal e real) ?

Qualquer dúvida consulte os capítulos 5.1 e 5.2 do livro Analise de Circuitos em Corrente Continua - Rômulo O. Albuquerque - Editora Érica

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