PROJETO INTEGRADO - Voltímetro Amperimetro versao 2.2

8/13/2019 PROJETO INTEGRADO - Voltmetro Amperimetro versao 2.2

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UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO

DIRETORIA DE CINCIAS EXATASENGENHARIA CIVIL, ENGENHARIA ELTRICA,

ENGENHARIA MECNICA EENGENHARIA DE PRODUO MECNICA

PROJETO INTEGRADOR DE ENGENHARIA

CAMPUS MEMORIAL

TURMA: 4A1

MARCO ANTONIO DE C. SOUZARODRIGO PEDROSA GONALVES

RODRIGO ROCHA CORREIA

RUDY RODRIGUES DE SOUZAWERNER ROTH SANTOS

GALVANMETRO DIDTICO, VOLTMETRO E AMPERMETRO

So Paulo2012


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UNIVERSIDADE NOVE DE JULHO

DIRETORIA DE CINCIAS EXATASENGENHARIA CIVIL, ENGENHARIA ELTRICA,ENGENHARIA MECNICA E

ENGENHARIA DE PRODUO MECNICA

PROJETO INTEGRADOR DE ENGENHARIACAMPUS MEMORIAL

TURMA: 4A1

MARCO ANTONIO DE C. SOUZARODRIGO PEDROSA GONALVES

RODRIGO ROCHA CORREIARUDY RODRIGUES DE SOUZA

WERNER ROTH SANTOS

GALVANMETRO DIDTICO, VOLTMETRO E AMPERMETRO

Projeto apresentado Universidade Nove deJulho como requisito parcial para a avaliao do

Projeto Integrador do 4 semestre do curso

Engenharia Eltrica.

Orientadora:Professora Anglica

So Paulo

2012


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"Os problemas significativos com os quais nos

deparamos no podem ser resolvidos no

mesmo nvel de pensamento em que estvamos

quando eles foram criados"

Albert Einstein


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RESUMO

Esse projeto tem como objetivo demonstrar a cooperao desenvolvendo a

capacidade de trabalhar em equipe, constituindo um grande aprendizado para o

aluno, pois este relatrio ser instrumento para demonstrar o desenvolvimento do

projeto e a realizao de pesquisas correclacionadas ao escopo do projeto

integrador.

O escopo do projeto a concepo de um equipamento, analgico, capaz de

efetuar dois tipos de medidas eltricas: corrente e tenso, ou seja, um voltmetro

ampermetro.Sob orientao da professora Anglica, o projeto ser desenvolvido

e construdo seguindo as caractersticas determinadas no escopo.

O voltmetro ampermetro utilizar apenas circuitos analgicos e ter como

principal caractersticas o uso de um galvanmetro que ser responsvel pela

apresentao tanto das medidas de tenso quanto de corrente, em momentos

distintos.


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SUMRIO

1 INTRODUO ........................................................................................................1

2 TEORIA.......................................................................................... ........................22.1 Instrumentos bsicos de medio de propriedades bsicas da eletricidade...2

2.2 Galvanmetro ou Mecanismo de DArsonval ............................................. .....2

2.3 Voltmetro ..........................................................................................................5.

2.3.1 Efeito de carga do voltmetro .....................................................................6

2.4 Mtodo de comparao de correntes..............................................................7

2.5 Ampermetro srie.............................................................................................7

3 MODELOS ELTRICOS.........................................................................................8

3.1 Descrio de funcionamento............................................................................ .9.

3.1.1 Calculando o resistor shunt para o voltimetro............................................9

3.1.1 Calculando o resistor shunt para o voltimetro............................................9

3.1.1 Calculando o resistor de derivao para o amperimetro.........................11

4 PROJETO PRELIMINAR MONTADO...................................................................12

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ..............................................................................13


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1 INTRODUO

Apresentaremos a proposta de um equipamento capaz de efetuar dois tipos

de medidas eltricas: corrente e tenso, procurando a aplicao prtica de alguns

conceitos verificados em sala de aula de forma simples, prtica, intuitiva e interativa.

Neste projeto sero adotadas escalas que atendam as variaes de tais

grandezas.

Escalas:

Tenso: 0 ~ 5 (VDC)

Corrente: 0 ~ 100 mA

O processo de medio ocorrer utilizando-se apenas de circuitos analgicos,.

A utilizao de recursos no dispostos no escopo do projeto integrador ser levado

em considerao.

O equipamento dispor de duas pontas de prova com garras do tipo jacar,

nas quais podero ser acopladas as resistncias ou as fontes tenses a serem

medidas.


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2 TEORIA

2.1 INSTRUMENTOS BSICOS DE MEDIO DE PROPRIEDADES

BSICAS DA ELETRICIDADEO galvanmetro foi criado pelo fsico e qumico ingls Michael Faraday, que

em sua poca foi um dos primeiros cientistas a estudar a relao entre magnetismo e

a eletricidade.

O galvanmetro um instrumento que pode medir correntes eltricas de baixa

intensidade, ou a diferena de potencial eltrico entre dois pontos.

O multmetro, o principal instrumento de teste e reparo de circuitos eletrnicos,

consiste basicamente de um galvanmetro, ligado a uma chave seletora, uma bateriae vrios resistores internos, para optarmos pelo seu funcionamento como

ampermetro, ohmmetro ou voltmetro. Os multmetros com galvanmetro so

chamados de multmetros analgicos, em oposio aos multmetros digitais, que

possuem um mostrador de cristal lquido.

Voltmetros e ampermetros so instrumentos usados para medio de tenso

e corrente eletrica respectivamente.

O mecanismo sensor mais utilizado em voltmetros c.c. e ampermetros um dispositivo sensor de corrente ou galvanmetro, chamado mecanismo medidor

de DArsonval.

2.2 GALVANMETRO OU MECANISMO DE DARSONVAL

A corrente, ao circular por um condutor, produz dois efeitos principais: calor e

magnetismo. A intensidade desses efeitos depende da intensidade da corrente.

Estes efeitos podem ser utilizados em instrumentos de medio.

Um galvanmetro um dispositivo eletromecnico no qual se produz um

torque como resultado da interao entre uma corrente eltrica, que passa pela

bobina do instrumento e o campo magntico existente no entorno da bobina

Em 1881, DArsonval patenteou um mecanismo que utiliza o efeito

eletromagntico da corrente, Por essa razo, a maioria dos mecanismos compostos

por bobina mvel e m permanente recebe o nome de instrumento de DArsonval.

O mecanismo DArsonval constitudo de uma basicamente de uma bobina

de fio muito fino, imersa em um campo magntico uniforme de um im permanente e

montada em um sistema de suspenso que a permite girar em torno de um eixo que


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passa atravs de seu dimetro, quando percorrida por corrente eltrica. Duas molas-

cabelo enroladas em sentidos opostos se opem ao movimento da armadura

(contratorque); so amagnticas. As molas espirais faro com que o ponteiro do

medidor retorne a zero, quando no houver fluxo de corrente pela bobina mvel.Quando a corrente a ser media percorre a bobina ela produz um campo

magntico que interage com o campo magntico gerado pelo im permanente,

provocando uma deflexo angular proporcional a intensidade da corrente. Esta ao

limitada pela ao restauradora das molas espirais. Este limite ocorre quando o

torque provocado pela fora de interao magntica se iguala ao torque restaurador

da mola. O valor deste deslocamento indicado em uma escala graduada atravs

de um ponteiro fixo bobina mvel, indicando, deste modo, a intensidade dacorrente. Atravs de circuitos apropriados, o galvanmetro (fig. 2.1) pode ler outras

grandezas eltricas como tenso contnua e resistncia entre outras.

Figura 2.1 Jacques-Arsne d'Arsonval (La Porcherie, 8 dejunho de 1851 - 13 de dezembro de 1940) foi um mdico, fsico einventor francs.Foi o inventor do galvanmetro, da bobinamvel e do ampermetro termopar. Junto com Nikola Tesla,d'Arsonval foi um colaborador importante no campo daeletrofisiologia, o estudo dos efeitos da eletricidade nosorganismos biolgicos, no sculo XIX.


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Figura 2.2Galvanmetro DArsonval

Figura 2.3Desenho esquemtico do Galvanmetro DArsonval


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2.3 VOLTMETRO

Voltmetros so instrumentos construdos com a finalidade de medir tenses

eltricas.O mecanismo de DArsonval poder ser usado para medir tenses, se a

resistncia interna do mesmo for reconhecida. Como j se sabe h uma queda de

tenso quando uma corrente flui atravs de uma resistncia.

O voltmetro consiste em um galvanmetro associado em srie a um resistor,

o qual permite medidas de diferena de potencial maiores que a diferena de

potencial mxima (Rg x Ig), que normalmente o galvanmetro pode indicar. Esta

resistncia recebe o nome de resistncia multiplicadora (Rm).

Na figura 2.2 temos a representao simplificada de um voltmetro.

G

Figura 2.4Circuito simplificado o Voltimetro

A resistncia multiplicadora dever se calculada para a tenso mxima que se

deseja medir, baseando-se na lei de Ohm e no fato da tenso medida ser aplicada a

associao em srie resistor-galvanmetro, o que provoca uma queda de potencial,

parte no resistor e parte no galvanmetro.

Supondo que a corrente mxima e a resistncia interna do galvanmetrosejam Ig e Rg, respectivamente. Para que o voltmetro mea uma tenso Vmx no

fim da escala utilizamos a lei de ohm para calcular a resistncia Rm:

Vmx

RmI

gR

gI

g

Rm Vm x

Ig

Rg


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Para conhecer a sensibilidade, S, do voltmetro devemos relacionar a

resistncia total do instrumento e o valor do fundo de escala. S essencialmente o

inverso da corrente de deflexo a plena escala do instrumento bsico. Sendo assim

temos:

S R

T

Vfe S

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I fun

2.3.1 Efeito de carga do voltmetro

Quando um voltmetro conectado a um circuito ele absorve uma corrente.

Esta corrente produz uma queda de tenso na resistncia de sua bobina que

subtrada da tenso que est sendo medida. Esta reduo na tenso medida

chamada de efeito de carga.

A exatido de um voltmetro, Kv, definida como sendo a razo entre a

tenso, quando o voltmetro est conectado ao circuito (tenso medida), Vw, e a

tenso sem o voltmetro (tenso verdadeira) Vo. Para determinar o valor de Kv

utilizaremos a lei de ohm.

I Vo

Ro Rin

Onde Vo o valor verdadeiro de tenso a ser medida, Ro a resistncia do

circuito e Rin a resistncia total interna do voltmetro. A tenso indicada pelo

medidor

Vw I Rin , logo

Vw Rin

Vo eRo Rin

Kv Vw

Vo

Rin

Ro Rin


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2.4 MTODO DE COMPARAO DE CORRENTES

O valor de uma dada resistncia poder ser encontrado pela comparao

entre o valor da corrente que esta solicita a uma fonte e o valor da corrente que uma

dada resistncia, de preciso, de valor conhecido, solicita mesma fonte.

2.5 AMPERMETRO SRIE

Aparelho utilizado para medir a intensidade de corrente eltrica que passa por

um fio. Pode medir tanto corrente contnua como corrente alternada. A unidade

utilizada o ampre.

O ampermetro deve ser ligado sempre em srie, para aferir a corrente que

passa por determinada regio do circuito. Para isso o ampermetro deve ter suaresistncia interna muito pequena, a menor possvel.

Se sua resistncia interna for muito pequena, comparada s resistncias do

circuito, consideramos o ampermetro como sendo ideal.

Ampermetro Ideal Resistncia interna nula

Figura 2.5Circuito do Ampermetro Ideal


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3 MODELOS ELTRICOS E FUNCIONAMENTO

Obtivemos um galvanmetro com escala de 0,5 mA e uma resistncia DC da

bobina de 635 . Para o medidor de tenso, devemos colocar o galvanmetro emsrie com uma resistncia de derivao, fazendo um divisor de tenso e para o

medidor de corrente, colocar o galvanmetro em paralelo com o resistor Shunt.

Para alternar entre os instrumentos, ser necessrio instalar um par

acionadores de chaveamento.

Abaixo, o modelo eltrico adotado neste projeto

Figura 2.6Croqui do diagrama eltrico


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3.1 DESCRIO DO FUNCIONAMENTO

O diagrama proposto anteriormente demonstra que precisvamos de um

instrumento com uma baixa resistncia interna para conseguirmos medir a corrente.

A nica coisa que encontramos facilmente em em sucatas de peas eletrnicas era

um indicador de graves um antigo receptor FM. Uma experimentao rpida, foi nos

demonstrado que a resistncia da bobina era de 635 ohms e que o mesmo

precisava exatamente de 0,5 mA para desviar a agulha ao extremo da escala. E

tinha uma escala 0,1,2,3,4,5 agradvel impressa em sua face. Perfeito!

Figura 3.1Indicador de graves retirado de um antigo receptor de FM

3.1.1 CALCULANDO O RESISTOR SHUNT PARA O VOLTIMETRO

Para cada intervalo de medio desejada, um valor diferente do R a

resistncia shunt deve ser usado. Para calcular o valor de R, parte-se que se sabe

sobre o circuito: uma vez que este um circuito em srie, a corrente I atravs do

galvanmetro o mesmo que aquele atravs do shunt R. Alm disso, por ser um

divisor de tenso, a tenso nos terminais de entrada igual soma da queda de

tenso no galvanmetro e no shunt R.

Uma vez que se sabe que o galvanmetro tem uma resistncia de 635 ohm, e

a corrente para desviar a sua agulha da extremidade da escala 0,5 mA, a partir de

que se calcula que a queda de tenso ao longo do galvanmetro no final da escala

Vg = IgX Rg, ou 0.3175v. Com isso, podemos derivar uma expresso para o valor da

resistncia R shunt para diferentes gamas de tenso de entrada de V. Isto mostrado no diagrama abaixo:
http://www.heckler.com.br/blog/wp-content/uploads/2011/07/20110702_2011_1703-crop.jpg


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Figura 3.2Diagrama do Voltimetro
http://www.heckler.com.br/blog/wp-content/uploads/2011/07/20110702_2010_1701-edited.jpg


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3.1.2 CALCULANDO O RESISTOR DE DERIVAO PARA OAMPERIMETRO

Para o medidor de corrente, o clculo semelhante, mas desta vez temos um

divisor de corrente, e ns estamos tentando medir a corrente de entrada I. Como o

galvanmetro e a resistncia shunt esto em paralelo, a queda de tenso a mesma

em cada um deles , e j se sabe que no final da escala, a queda de tenso atravs

do galvanmetro 0.3175v. Por ser um divisor de corrente, a soma da corrente

atravs do galvanmetro e a corrente atravs da resistncia de derivao igual

corrente de entrada I. Tendo estabelecido os valores, podemos isolar a resistncia R

shunt em termos do efeito de escala corrente de entrada I, como descrito abaixo:

Figura 3.3Diagrama do Amperimetro
http://www.heckler.com.br/blog/wp-content/uploads/2011/07/20110702_2010_1702-edited.jpg


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4- PROTTIPO PRELIMINAR MONTADO

Ns calculamos trs faixas diferentes para cada modo (tenso e corrente),

Cada modo convenientemente na forma de 5 10 ^ n, porque nosso medidor jpossui uma escala de 0-5 impressa em sua face. Para alternar entre o modo de

tenso e corrente, usamos dois interruptores simples (ver primeiro diagrama). Para

selecionar o intervalo em cada modo, podemos conectar as resistncias shunt a um

interruptor. E, a fim de permitir a calibrao (mais ou menos) preciso, cada resistor

ter um shunt ter um trimpot (resistor ajustvel) em srie com zero ou mais

resistncias, de modo a atingir o valor correto calculado.

O primeiro Frankenstein - construdo rapidamente no final de semana, com

uma oferta limitada de peas para escolher - acabou-se parecido com isto:

4.1 Prottipo1
http://www.heckler.com.br/blog/wp-content/uploads/2011/07/20110702_2011_1703-crop-2.jpg


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5 - MONTAGEM DO 2 PROTTIPO

Esse primeiro prottipo apontou falhas consecutivas na leitura de algumas

medidas como testes de prova. Foi diagnosticado que o galvanmetro estava

apresentando erro em algumas medies.

Por se tratar de ser o primeiro prottipo, tivemos uma deciso conjunta em

recomear do zero este projeto. No mais perderemos tempo para tentar corrigir

esse erro, pois inevitvel a substituio de alguns componentes que foram

utilizados neste prottipo. Como foi utilizado componentes provenientes de sucata,

bem provvel, que algum desses componentes ou a soma da utilizao de vrios

componentes com pequenos defeitos, ocasionou na flutuao das medidas.

J foi adquirido dois galvanmetros, um novo e outro j utilizado, e tambm j

foi adquirido novos resistores de valores variados, para que possamos realizar testes

para que possamos obter resultados com maior ndice de acurcia.

Um novo diagrama eltrico foi feito e disponibilizamos em anexo, no final do

relatrio. Utilizamos o software Proteus para auxiliar neste novo desenho


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6 - CONCLUSO

A utilizao de componentes provenientes de sucata eletrnica, no foi uma

boa idia. Inicialmente o primeiro prottipo demonstrou bons resultados, porm com

o decorrer dos testes, foi demonstrado flutuao nos valores de medio.

Como consequncia, j est em andamento o projeto do segundo prottipo.

Infelizmente no conseguimos iniciar a montagem em tempo hbil para demonstrar

os resultados neste primeiro relatrio.


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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

GUSSOW, Milton. Eletricidade Bsica. 2.ed. So Paulo: Makron Books, 1997

SADIKU, MATHEW N. O. ; ALEXANDER, CHARLES K. ,. Fundamentos De CircuitosEltricos. 3.ed. So Paulo: Mc Graw Hill 2008

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