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Aparelhos de Medida e Erros – Ficha de Trabalho

1. APARELHOS DE MEDIDA

O Amperímetro
É um aparelho de medida que mede a intensidade de corrente, em amperes (A).
É, por isso, um aparelho que é ligado em série com os receptores, em virtude de a intensidade de corrente ser constante em cada troço ou ramo de um circuito.
Exemplo da ligação do(s) amperímetro(s) num circuito com três ramos:

Cada troço tem o seu amperímetro pois as correntes são diferentes.

Como é ligado em série, é fabricado de forma a ter uma resistência interna rA pequena (alguns ohm ou décimas de ohm) para não alterar as condições de funcionamento do circuito, isto é, não provocar quedas de tensão consideráveis no circuito e, portanto, consumir pouca energia.

Amperímetros analógicos
(mostrar exemplares de amperímetros analógicos e digitais)

O Voltímetro
É um aparelho que mede a diferença de potencial (tensão eléctrica) entre dois pontos quaisquer de um circuito, em volts (V). Pode-se assim medir com ele a queda de tensão em qualquer receptor, resistência, etc.
Liga-se em paralelo com o receptor ou pontos entre os quais se quer medir a tensão, como se mostra na figura abaixo

Por ser ligado em paralelo, o voltímetro deve ter uma resistência interna (rV) bastante elevada (centenas ou milhares de kiloohm), de forma a desviar pouca corrente do circuito, isto é, consumir pouca energia.

Voltímetros analógicos
(mostrar exemplares de voltímetros analógicos e digitais)

O Ohmímetro

É um aparelho de grande utilidade no laboratório pois permite: medição rápida de resistências desconhecidas, verificação da continuidade de um componente, de um receptor ou de todo o circuito, etc.
(mostrar exemplares de ohmímetros analógicos e digitais)

notas:
– Não deve medir resistências quando estejam a ser alimentadas por qualquer circuito eléctrico (nem sequer convém que estejam montadas num circuito)
– Quando medir alguma resistência com o ohmímetro, deve evitar tocar nela com os dedos, pois isso pode falsear os resultados.

O Multímetro
É um aparelho que permite medir diversas grandezas eléctricas, nomeadamente: intensidades de corrente, tensões eléctricas, resistências eléctricas, capacidades, indutâncias, frequências, etc.
– Pode medir também em corrente contínua e corrente alternada.
– O aparelho dispõe de um quadrante com os diferentes campos de medida e dispõe de vários terminais, os quais serão ligados (dois deles) ao circuito, consoante o campo de medida escolhido.

Por exemplo, este multímetro tem os seguintes campos de medida:
Tensão – 200mV, 2V, 20V, 200V, 1000V (c.c. e c.a.)
Intensidade – 200microA, 2mA, 20mA, 200mA, 2A, 20A (c.c. e c.a.)
Resistência – 200ohm, 2K, 20K, 200K, 2M, 20M

Deve rodar-se o selector para a posição correspondente ao campo de medida que queremos seleccionar e utilizar os terminais adequados.

2. CARACTERÍSTICAS DOS APARELHOS E TÉCNICAS DE MEDIDA

Os aparelhos de medida podem ser analógicos ou digitais. Os analógicos têm geralmente uma agulha ou ponteiro que se desloca numa escala graduada. Os digitais indicam directamente num ecrã o valor medido.

Elementos principais constituintes de um aparelho de medida:
– Escala Graduada – conjunto de marcas, graduadas, onde se desloca o ponteiro. As escalas podem ser lineares, quando as divisões são todas iguais, ou não lineares, quando há troços em que as divisões são diferentes.
exemplo de escala linear graduada de 0 a 6

– Divisão da Escala – é cada uma das partes em que a escala está dividida, pela
numeração. A escala da figura anterior tem 6 divisões: 0 a 1; 1 a 2; 2 a 3; 3 a 4; 4
a 5; e 5 a 6.
– Menor Divisão da Escala – é o valor mais pequeno que se pode medir na
escala. A escala da figura anterior, cada divisão da escala está subdividida em 5
partes que valem 0,2 cada uma; assim, a menor divisão da escala é 0,2.

– Agulha ou ponteiro – é o elemento que se desloca na escala. É movido pelo campo electromagnético criado no aparelho pela corrente eléctrica que o percorre.

– Campo de Medida – é o valor máximo da grandeza que se pode medir com o aparelho. Um aparelho pode ter vários campos de medida. Na figura abaixo representa-se o selector S dos campos de medida de um aparelho que tem 3 campos de medida de intensidade (0,1A; 0,6A; 1A) e 3 campos de medida de tensão (10V; 60V; 120V). Com o selector escolhe-se o campo de medida que nos interessa, para cada caso.

Deve escolher-se sempre o campo de medida imediatamente acima da grandeza a medir, de modo a que o ponteiro fique o mais no fim da escala possível e, assim, o erro seja menor.
Por exemplo, se queremos medir 0,3 A devemos escolher o c.m. de 0,6 A e não o de 1A.
Nos caso em que não saibamos à partida o valor aproximado que vamos medir, seleccionamos primeiro o c.m. maior e depois vamos baixando o c.m. até ficarmos nas condições correctas (campo de medida imediatamente acima da grandeza a medir).

– Factor de Multiplicação ou Multiplicador de Escala – é o valor pelo qual se deve multiplicar o valor lido na escala, para obter o valor correcto da grandeza a medir.

é definido como:
campo de medida
m = ——————————
valor final da escala

o valor da grandeza virá então:
Grandeza = Leitura x m

Exemplo:

leitura = 3,6
c.m. = 60V
logo,
campo de medida 60
m = —————————— = —— = 12
valor final da escala 5

e o valor da tensão medida é:
U(V) = leitura x m = 3,6 x 12 = 43,2V

Em resumo, para fazer uma medição com um aparelho analógico devemos:
. Saber o valor aproximado da grandeza a medir
. Seleccionar o campo de medida que tenha o valor imediatamente a seguir ao valor aproximado anterior.
Quando não temos maneira de saber o valor aproximado da grandeza a medir, escolhemos o c.m. maior e depois vamos baixando, se for possível.
. Escolher a escala a usar. Normalmente escolhe-se uma em que o cálculo do multiplicador seja simples e se possa calcular de cabeça. Por exemplo, se o c.m. é de 6V, devemos escolher a escala com o fim de 60 e não a de 100
. Calcular o valor do m
. Fazer a leitura na escala escolhida
. multiplicar o valor lido pelo multiplicador.
Parede complicado mas com a prática fazemos todas estas operações de forma intuitiva e sem dar sequer por isso.

– Sensibilidade – é a capacidade de distinguir pequenas variações da grandeza medida

3. ERROS

– Erros nas Medidas
– Erro absoluto = valor real ou medido – valor verdadeiro
só podemos saber o valor máximo do erro absoluto
– Erro relativo = erro absoluto / valor verdadeiro
mas como desconhecemos os dois –> valor máximo do erro absoluto / valor real
é este que se usa para indicar a precisão de um aparelho ou a sua classe

– Classe de um aparelho
Dá, em % do desvio máximo, o erro absoluto máximo que se pode ter numa leitura qualquer.
Ex:, a classe 1,5 em 50 divisões diz-nos que, em qualquer leitura, o erro absoluto é:
1,5 x 50
———– = 0,75 de divisão
100
Então concluímos que, quanto menor for o número de divisões lidas, maior é o erro relativo.
Daí o tentarmos usar sempre a escala imediatamente a seguir ao valor a medir, de forma a que o ponteiro se desloque para o fim da escala o mais possível.

. Só devemos usar 3 algarismos significativos pois em electrónica o erro é quase sempre superior a 1%

– Tipos de Erros
– Erros acidentais
devidos ao aparelho ou ao observador – imperfeição da graduação, componentes
do aparelho, temperatura, presença de campos magnéticos – quantificado pela
classe do aparelho.
O mais vulgar, devido ao observador, é o resultante da leitura estimativa das
fracções de divisão
– Erros Sistemáticos
produzem-se sempre da mesma maneira e podem ser devidos ao aparelho, ao
observador ou ao método. Observador – paralaxe; aparelho – má graduação da
escala; método – método indirecto, por ex.

Questões:
1. Indique qual o aparelho adequado para medir Resistências eléctricas
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2. O que entende por Amperímetro?
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3. No circuito seguinte, suponha que pretendia medir a intensidade de corrente que atravessa a resistência R1 e a tensão eléctrica aos terminais da resistência R2.
Desenhe novamente o circuito mas agora já com os aparelhos inseridos de forma a medir aquelas duas grandezas.

4. Se pretendesse medir o valor de R1 será que podia fazê-lo directamente no circuito, sem qualquer precaução? Justifique.
__________ .
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5. O que é um multímetro?
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6. Suponha que iria medir uma tensão eléctrica de uma tomada de sua casa.
O aparelho que possui tem 4 campos de medida: 20V, 200V, 500V e 1000V.
Os fins de escala são de 20, 50, 100.
a) Qual o campo de medida que seleccionava com o selector?
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b) Qual a escala que usaria?
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c) Tendo em atenção as “escolhas” que fez em a) e b), calcule o valor do multiplicador

d) Supondo que a leitura que fez foi de 24, indique/calcule o valor real da tensão medida

7. Para a figura a seguir:
a) Por que foi escolhido o campo de medida de 3 ?
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b) Diga, justificadamente, através de cálculos, qual o valor da corrente.

8. No caso do problema anterior, se a classe do aparelho fosse de 0,5%, qual o valor do erro absoluto máximo que teríamos de usássemos (como usámos) a escala de 3.

9. Quais os tipos de erros de medida que conhece? Dê um exemplo de cada.
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10.

A figura mostra 2 leituras de uma grandeza eléctrica. A única diferença entre uma e outra medida foi a mudança de campo de medida.
Qual a medição que considera mais correcta? Justifique.
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