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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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