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Teoria dos erros- Eletrônica

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Teoria dos erros de medição, porcentagem aceita e tudo mais, completo

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Teoria dos erros- Eletrônica

  1. 1. Eletrônica Eletrônica básica - Teoria Erros de Medição
  2. 2. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET Erros de medição © SENAI-SP, 2003 Trabalho editorado pela Gerência de Educação da Diretoria Técnica do SENAI-SP, a partir dos conteúdos extraídos da apostila homônima Erros de medição - Teoria. SENAI-DN, RJ, 1985. Capa Gilvan Lima da Silva Digitalização UNICOM - Terceirização de Serviços Ltda SENAI Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional de São Paulo - SP Av. Paulista, 1313 – Cerqueira Cesar São Paulo – SP CEP 01311-923 Telefone Telefax SENAI on-line (0XX11) 3146-7000 (0XX11) 3146-7230 0800-55-1000 E-mail Home page Senai@sp.senai.br http://www.sp.senai.br
  3. 3. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET Sumário Introdução 5 Erros de medição 7 Erros devidos ao posicionamento 11 Efeito de carga 15 Erros nas medições simultâneas de corrente e tensão 21 Referências bibliográficas 25
  4. 4. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET
  5. 5. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET 5 Introdução A utilização de instrumentos de medida é uma constante na vida diária das pessoas que trabalham com eletricidade e eletrônica. Os instrumentos usados são os mais diversos e cabe às pessoas não apenas saber utilizá-los corretamente, mas também ter ciência dos erros e tolerâncias existentes em uma medida. Esta unidade tratará dos erros de medição, tanto no que diz respeito aos proporcionados pelo próprio instrumento como aos devidos ao operador, visando capacitá-lo a utilizar conscientemente os instrumentos de medida. Pré-requisitos Para ter sucesso no desenvolvimento dos conteúdos e atividades desta unidade você já deverá ter conhecimentos relativos a: • Medidas de tensão; • Medidas de corrente.
  6. 6. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET6
  7. 7. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET 7 Erros de medição O Erro é uma diferença entre o valor real da grandeza medida e o valor indicado pelo instrumento. Existem instrumentos de diversas qualidades sendo que quanto menor o erro introduzido em uma medida, melhor o instrumento. A qualidade de um instrumento é definida através de um parâmetro denominado de Classe do instrumento. As classes dos instrumentos são dadas em percentuais tais como: classe 1,5; classe 1; classe 0,5; classe 0,1.
  8. 8. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET8 Alguns instrumentos trazem a classe impressa na escala em lugar visível ao usuário. É o caso dos instrumentos de painel. Conhecendo-se a classe de um instrumento pode-se determinar o valor máximo do desvio provocado pelo instrumento, através de equação: 100 cl.x x =∆ Onde: ∆ x = desvio x = o valor de fundo de escala do instrumento cl = classe Por exemplo, um voltímetro com escala de 250V e classe 1 introduz um desvio máximo na indicação de: ∆ x = 100 cl.x ∆ x = 100 1.250 ∆ x = 2,5V Como este desvio pode ocorrer tanto mais como para menos do valor real diz-se que ∆ x = ± 2,5V. O desvio calculado através desta equação (∆x) é denominado de desvio ou erro absoluto porque o seu valor depende apenas de fatores inerentes ao instrumento (classe e valor de fundo de escala) sendo independente do valor que o instrumento está medindo.
  9. 9. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET 9 Isto pode ser esclarecido através de um exemplo. Um multímetro com fundo de escala 250V e classe 1 tem um erro absoluto de ± 2,5V (calculado anteriormente). • Se este voltímetro está indicando 100V o valor real da tensão pode estar entre 97,5 e 102,5V (100V ± 2,5V). • Se este voltímetro está indicando 20V o valor real da tensão pode estar entre 17,5V e 22,5V (20V ± 2,5V). Obviamente um erro de ± 2,5V em medidas como 100V, 120V ou mais não chega a ser importante. Entretanto, ± 2,5V são significativos em medidas como 20V, 30V e assim por diante. Para saber o quanto um erro é significativo em relação a uma medida calcula-se o erro relativo: ∆ p = M x . 100 Onde: ∆ p = erro relativo (percentual) ∆ x = erro absoluto M = valor medido com o instrumento Tomando novamente um voltímetro de 250V classe 1 como exemplo têm-se: erro absoluto ∆ x = ± 2,5 Na medida de 100V → ∆ p = 100 2,5 . 100 = 2,5 Erro relativo 2,5% Na medida de 20V → ∆ p = 20 5,2 . 100 = 12,5 Erro relativo 12,5% Verifica-se que um voltímetro de 250V classe 1 não é apropriado para medir tensões da ordem de 20V porque o erro percentual na medida é muito grande.
  10. 10. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET10 Daí, pode se concluir que: • A indicação será mais precisa quanto mais próximo ao fundo da escala for o valor medido. Esta conclusão é válida para instrumentos de escala linear. Em instrumentos de escala não linear, tais como ohmímetros e voltímetros de CA, a indicação mais precisa ocorre no centro da escala.
  11. 11. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET 11 Erros devidos ao posicionamento Além do erro provocado pelo instrumento existe outros fatores que interferem na confiabilidade de uma medida: • O posicionamento do instrumento; • O posicionamento do observador para a leitura. Posicionamento do instrumento Os instrumentos de medida com indicação através de ponteiro tem posição de trabalho definida. Existem instrumentos cuja posição correta de trabalho é vertical outros horizontal e ainda alguns que são construídos para trabalhar em posição inclinada. Alguns instrumentos trazem um símbolo no painel que indica a posição adequada de funcionamento. Os símbolos empregados são: • Vertical • Horizontal • Inclinada
  12. 12. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET12 No caso de multímetros a posição de trabalho correta é horizontal. Instrumentos como osciloscópio que não tem peças móveis podem operar em qualquer posição sem prejuízo para a indicação. Contudo, o operador deve procurar posicionar este tipo de instrumentos de forma a ter visibilidade perfeita para a leitura. Posicionamento do observador Outro fator de grande importância para a maior exatidão de uma medida é o posicionamento do observador para realizar a leitura. Um único instrumento pode dar origem a três leituras diferentes se três observadores estiverem em posições diferentes.
  13. 13. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET 13 Dos três observadores, apenas o de letra “B” está em posição correta para a leitura, formando um ângulo de 90º em relação ao painel do instrumento (Figura abaixo). É, portanto, o único que pode realizar uma leitura correta. Este tipo de erro, provocado pelo posicionamento do observador é denominado de erro de paralaxe. Observação Erro de paralaxe é o erro provocado por um mau posicionamento do observador para a leitura. Alguns instrumentos dispõem de um espelho na escala que serve para orientação do observador ao se posicionar. A posição correta para a leitura é aquela em que o reflexo do ponteiro no espelho está escondido atrás do próprio ponteiro (o reflexo não é visível ao observador).
  14. 14. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET14
  15. 15. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET 15 Efeito de carga Todo o instrumento de medição absorve uma determinada corrente do circuito onde está ligado. Esta corrente é necessária para o seu funcionamento. Im = corrente necessária para o funcionamento do instrumento. Na maioria dos instrumentos esta corrente é pequena com valores típicos da ordem de microampéres. Denomina-se de “sensibilidade” de um instrumento à intensidade de corrente necessária para provocar a deflexão total do ponteiro de um instrumento. Observação Sensibilidade de um instrumento: valor de corrente provoca a deflexão total do seu ponteiro.
  16. 16. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET16 Impedância de entrada de um instrumento Se um instrumento de medida absorve uma certa corrente do circuito pode-se dizer que este instrumento apresenta uma “resistência interna” entre os seus bornes. Esta “resistência” que o instrumento apresenta entre os seus bornes é denominada de Impedância de entrada do instrumento (RENT). A impedância é muito importante principalmente para os voltímetros. A impedância de entrada de um voltímetro normalmente não é fornecida diretamente, mas pode ser denominada se a sensibilidade é conhecida. Primeiro determina-se a característica 0hms por Volt (Ω/v) do voltímetro. Ω/v = Im 1 Onde: Im = sensibilidade do instrumento Através da característica Ω/V pode se determinar a impedância de entrada do voltímetro. RENT = Ω/v . x Onde: RENT = impedância de entrada X = valor de fundo de escala do instrumento Ω/v = relação ohms por volt do instrumento
  17. 17. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET 17 Um exemplo ilustra a aplicação das equações. Um voltímetro para 25V deflexiona totalmente o ponteiro com uma corrente de 300µA. Qual a característica Ω/v do instrumento e sua impedância de entrada? Ω/v = Im 1 Ω Ω/v = A30 1 µ Ω/V = 33 KΩ/v RENT = Ω/v . x RENT = 33KΩ/v . 25V = 825 KΩ RENT = 820KΩ Isto significa que um voltímetro de 25V com sensibilidade de 30µA se comporta como um resistor de 820KΩ. Supondo-se que o voltímetro de 25V citado seja utilizado para medir a tensão de saída de um divisor de tensão. Ao conectar o voltímetro ao circuito a sua “resistência interna” 825KΩ fica em paralelo com a saída do divisor, atuando como se fosse uma carga. Este paralelismo entre o voltímetro e a saída provoca uma redução na tensão fornecida pelo divisor, alterando o seu comportamento.
  18. 18. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET18 Esta alteração não deveria acontecer, visto que um instrumento deve possibilitar a medida sem alterar o comportamento do circuito. Quando ocorrem alterações no comportamento de um circuito devido a uma medida com um instrumento diz-se que o circuito foi “carregado” pelo instrumento. O “efeito de carga” provocado por um instrumento pode prejudicar completamente a precisão de uma medida. Para ilustrar o efeito de carga pode-se determinar a alteração que o instrumento provoca em uma medida. Tomando-se o divisor de tensão da figura abaixo e o voltímetro de 25V com Im = 30µA (RENT = 825KΩ já calculada). Enquanto o voltímetro não é conectado a tensão de saída é de 15V porque os resistores R1 e R2 são iguais.
  19. 19. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET 19 Ao ligar o voltímetro associam-se em paralelo o resistor R2 e a impedância de entrada do voltímetro. Recalculando-se o divisor verifica-se que ao conectar o voltímetro a tensão de saída cai de 15V para 11,7V devido ao efeito de carga. Quem estiver lendo o voltímetro concluirá que há um problema pois a tensão de saída é de11,7V quando deveria ser 15V. Na verdade, o divisor está correto. A partir do que foi exposto pode-se tirar duas conclusões importantes: • Quanto maior for a impedância de entrada de um voltímetro menor será o efeito de carga provocado no circuito. • Quanto maiores forem os valores de resistência de um circuito maior será a influência provocada pelo voltímetro. Como os valores de resistência de um circuito dificilmente podem ser alterados, cabe ao técnico utilizar voltímetros com a maior impedância de entrada possível, minimizando-se o efeito de carga. Impedância de entrada do multímetro Os multímetros sempre trazem a característica Ω/v gravada no seu painel. Em geral são dois valores: um para AC e outro para DC. Por exemplo, pode-se encontrar no painel de um multímetro a seguinte inscrição: • DC 50KΩ/v; • AC 10KΩ/v.
  20. 20. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET20 Para saber qual a impedância de entrada em cada escala usa-se o valor Ω/v correspondente (em DC ou AC) multiplicado pela escala em questão: Suponha-se um multímetro com as seguintes características: Escalas DCV 600; 250; 60; 25 DC – 50KΩ/v ACV 1000; 600; 100; 60 AC – 10KΩ/v A impedância de entrada na escala DCV 600Z Ω=Ω= k000.30V600.V/50RENT Ω= M30RENT (escala DCV 600) A impedância de entrada na escala DCV 25 Ω=Ω= 1250V25.v/50RENT Ω= M25,1RENT (escala DCV 25) A impedância de entrada na escala ACV 100 Ω=Ω= k1000v100.v/k10RENT Ω= M1RENT (escala ACV 100)
  21. 21. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET 21 Erros nas medições simultâneas de corrente e tensão Os medidores de corrente são muito empregados em eletrônica, principalmente para o levantamento das características de componentes em laboratórios. Dependendo da forma como estes instrumentos são conectados ao circuito podem ocorrer erros de medição. Supondo, por exemplo, que se necessite medir a tensão e a corrente em um componente. Existem duas formas de realizar estas medidas, que são mostradas nas figuras abaixo.
  22. 22. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET22 No circuito da figura A o voltímetro indica a tensão no componente, mas o amperímetro indica a corrente do componente mais a corrente do voltímetro (fig. abaixo). Ic → corrente no componente Iv → corrente no voltímetro No circuito da figura B o amperímetro indica a corrente no componente, mas o voltímetro indica a tensão no componente mais a queda da tensão no amperímetro (fig. abaixo). VA = queda de tensão no amperímetro Vc = queda de tensão no componente Conclui-se que nenhum dos dois circuitos fornece, ao mesmo tempo, indicações corretas de corrente e tensão apenas no componente. Isto significa que é necessário determinar qual a configuração mais adequada para cada situação.
  23. 23. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET 23 Aplicações das configurações de medida As medidas de tensão realizadas em eletrônica são obtidas com multímetro. Em geral os multímetros tem uma característica Ω/v em DC superior a 20KΩ/v, absorvendo correntes da ordem de 50µA ou menos. Por esta razão, o circuito utilizado para medição é, na maioria das vezes, o mostrado na figura abaixo. Este circuito não é utilizado apenas quando a corrente a ser medida implicar no uso de um microamperímetro. Nas ocasiões em que for necessário empregar um microamperímetro deve-se utilizar a outra configuração de medida (fig. abaixo). Existe ainda uma ressalva com relação a este tipo de medição.
  24. 24. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET24 Os microamperímetros geralmente provocam uma queda de tensão da ordem de 0,15V. Por esta razão esta configuração deve ser utilizada apenas paratensões de entrada superiores a 1,5V.
  25. 25. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET 25 Referências bibliográficas SENAI/DN. Reparador de circuitos eletrônicos – eletrônica industrial. Rio de Janeiro. (Coleção Básica SENAI. Módulo 9). Z BAR, Paul B. Instrumentos e medidas em eletrônica; práticas de laboratório. Trad. Aracy Mendes da Costa. São Paulo, McGraw Hill, 1978. 229p. SENAI/DN. Erros de medição, teoria. Rio de Janeiro, Divisão de Ensino e Treinamento, 1985. (Série Eletrônica Básica).
  26. 26. Erros de medição SENAI-SP - INTRANET26
  27. 27. Eletrônica básica Teoria: 46.15.11.752-8 Prática:46.15.11.736-4 Teoria 46.15.12.760-4 Prática: 46.15.12.744-1 1. Tensão elétrica 41. Diodo semi condutor 2. Corrente e resistência elétrica 42. Retificação de meia onda 3. Circuitos elétricos 43. Retificação de onda completa 4. Resistores 44. Filtros em fontes de alimentação 5. Associação de resistores 45. Comparação entre circuitos retificadores 6. Fonte de CC 46. Diodo emissor de luz 7. Lei de Ohm 47. Circuito impresso - Processo manual 8. Potência elétrica em CC 48. Instrução para montagem da fonte de CC 9. Lei de Kirchhoff 49. Multímetro digital 10. Transferência de potência 50. Diodo zener 11. Divisor de tensão 51. O diodo zener como regulador de tensão 12. Resistores ajustáveis e potenciômetros 52. Transistor bipolar - Estrutura básica e testes 13. Circuitos ponte balanceada 53. Transistor bipolar - Princípio de funcionamento 14. Análise de defeitos em malhas resistivas 54. Relação entre os parâmetros IB, IC e VCE 15. Tensão elétrica alternada 55. Dissipação de potência e correntes de fuga no transistor 16. Medida de corrente em CA 56. Transistor bipolar - Ponto de operação 17. Introdução ao osciloscópio 57. Polarização de base por corrente constante 18. Medida de tensão CC com osciloscópio 58. Polarização de base por divisor de tensão 19. Medida de tensão CA com osciloscópio 59. Regulador de tensão a transistor 20. Erros de medição 60. O transistor como comparador 21. Gerador de funções 61. Fonte regulada com comparador 22. Medida de freqüência com osciloscópio 62. Montagem da fonte de CC 23. Capacitores 63. Amplificador em emissor comum 24. Representação vetorial de parâmetros elétricos CA 64. Amplificador em base comum 25. Capacitores em CA 65. Amplificador em coletor comum 26. Medida de ângulo de fase com osciloscópio 66. Amplificadores em cascata 27. Circuito RC série em CA 67. Transistor de efeito de campo 28. Circuito RC paralelo em CA 68. Amplificação com FET 29. Introdução ao magnetismo e eletromagnetismo 69. Amplificador operacional 30. Indutores 70. Circuito lineares com amplificador operacional 31. Circuito RL série em CA 71. Constante de tempo RC 32. Circuito RL paralelo em CA 72. Circuito integrador e diferenciador 33. Ponte balanceada em CA 73. Multivibrador biestável 34. Circuito RLC série em CA 74. Multivibrador monoestável 35. Circuito RLC paralelo em CA 75. Multivibrador astável 36. Comparação entre circuitos RLC série e paralelo em CA 76. Disparador Schmitt 37. Malhas RLC como seletoras de freqüências 77. Sensores 38. Soldagem e dessoldagem de dispositivos elétricos 39. Montagem de filtro para caixa de som 40. Transformadores Todos os títulos são encontrados nas duas formas: Teoria e Prática

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