Instrumentos eléctricos e de medição - exercícios

Medição de valores de tensões e de resistências

Material

• Multímetro digital
• Cabos tipo banana
• Baterias de 9V (usadas)
• Conjunto de caixas de resistências

Procedimento

1. Ligar dois cabos nos conectores adequados para leitura de tensão ou resistência.
2. Colocar o multímetro no modo de leitura de tensão DC, seleccionando a escala mais elevada.
3. Ligar as outras extremidades dos cabos aos terminais de uma bateria.
4. Ajustar a escala do multímetro até obter um valor.
5. Efectuar outra medida usando uma escala diferente. Comparar os valores medidos e as respectivas incertezas (absolutas e relativas).
6. Desligar os cabos da bateria, mantendo ligados no multímetro.
7. Colocar o multímetro no modo de leitura de resistência, seleccionando a escala mais elevada.
8. Ligar as outras extremidades dos cabos aos terminais de uma caixa de resistência.
9. Ajustar a escala do multímetro até obter um valor.
10. Efectuar outra medida usando uma escala diferente. Comparar os valores medidos e as respectivas incertezas (absolutas e relativas).
11. Comparar os valores obtidos com o valor tabelado da resistência, obtido através de leitura conforme descrito abaixo. Calcular o desvio relativo e absoluto.

Leitura dos valores de resistências

Os códigos de cores das resistências são um método padrão para indicar o valor da resistência eléctrica, a sua tolerância e, em alguns casos, o coeficiente de temperatura. Cada resistência é marcada com faixas coloridas que representam números e multiplicadores. [Tabela com código de cores]

1. Identificar o número de faixas: Normalmente, as resistências têm 4, 5 ou 6 faixas coloridas. O número de faixas determina como interpretar as cores.
2. Ler as faixas da esquerda para a direita: Segure a resistência de forma que o grupo de faixas coloridas mais próximas esteja à esquerda. A última faixa, geralmente um pouco mais afastada, indica a tolerância.
3. Converter as cores em números: Cada cor corresponde a um número de 0 a 9, um multiplicador (potência de 10) ou a tolerância. As primeiras faixas representam os dígitos significativos do valor da resistência.
4. Interpretar as faixas principais:
   • Primeiras faixas: Representam os dígitos do valor da resistência.
   • Faixa do multiplicador: Indica por quanto multiplicar os dígitos significativos para obter o valor da resistência em ohms (Ω).
   • Faixa da tolerância: Mostra a precisão da resistência, indicando o desvio máximo permitido do valor nominal.
5. Valor da resistência: Combine os números das faixas principais e aplique o multiplicador. Por exemplo, se as faixas forem vermelha, violeta e laranja, o valor será 27 (vermelho = 2, violeta = 7) multiplicado por \(10^3\), resultando em 27.000 ohms ou 27 kΩ.
6. Tolerância: A faixa mais afastada indica a tolerância do componente. Por exemplo, uma faixa dourada representa uma tolerância de ±5%, enquanto uma faixa prateada representa ±10%.
7. Para resistências de precisão (5 ou 6 faixas): As primeiras três faixas representam os dígitos significativos, a quarta faixa é o multiplicador, a quinta é a tolerância, e a sexta (se houver) indica o coeficiente de temperatura, usado para aplicações mais específicas.

Medições com a craveira

Material

• Craveira com nónio
• Amostra de rocha
• Balança de precisão

Para se medir o comprimento de um objecto com uma craveira, procede-se da seguinte maneira:

• Determine ou leia a natureza do nónio.
• Coloque o objecto a medir entre as mandíbulas da craveira, comprimindo-as até ficarem bloqueadas pelo objecto.
• Na escala da régua principal, leia o número da divisão que fica situada antes da linha de fé do nónio (valor 0 da escala do nónio).
• Na escala do nónio, identifique qual a divisão que coincide com uma das divisões da escala da régua principal. Se nenhum traço do nónio coincidir exactamente com um da régua, considera-se coincidente o que estiver mais próximo.
• A medida do comprimento do objecto é dada pela combinação das duas leituras, conforme ilustrado pelo exemplo da figura.

Medição usando o nónio.

No caso representado na figura do lado temos: a = 1/10 = 0,1 mm D = 4 mm d = 8 o comprimento do objecto será 4 + 8x0,1 = 4,8 mm

1. Analise a craveira e leia ou determine a natureza do respectivo nónio, bem como a incerteza associada às medições que irá realizar.
2. Usando a craveira, determine as dimensões (largura \(L\), comprimento \(W\), altura \(H\)) de uma amostra de rocha em forma de paralelepípedo.
3. Determine o volume \(V=L\times W\times H\) e a respectiva incerteza
4. Use a balança digital para determinar a massa \(M\) da rocha
5. Determine a densidade \(\rho=M/V\) da rocha e a incerteza associada. A partir do valor obtido, tente determinar de que rocha se trata.

Medições com o osciloscópio

Material

• Osciloscópio digital
• Gerador de funções
• Cabos tipo BNC

Fundamentos do osciloscópio

1. Ligue o gerador de sinais. Seleccione uma função sinusoidal com amplitude 1 V e frequência 600 Hz.
2. Ligue a saída do gerador de funções à entrada CH1 do osciloscópio. Neste, ajuste as escalas verticais, horizontais e o trigger para estabilizar a imagem obtida, dentro dos limites do écran.
3. Experimente alterar os parâmetros das escalas de tempo (horizontal) e tensão (vertical). Observe como é afectada a dimensão do sinal observado (e a consequente incerteza na medição)
4. Experimente alterar os parâmetros do trigger. Observe como é afectada a posição horizontal do sinal observado.
5. Obtenha no écran um ciclo (i.e. um único período) da onda. Seleccione as escalas horizontal e vertical de modo a conseguir observar a maior onda possível, dentro dos limites do écran.
6. Utilize a escala graduada do osciloscópio para medir a amplitude pico-a-pico e o período da onda observada, bem com as suas incertezas. Determine a frequência e compare com o valor do gerador de sinais.
7. Altere a escala horizontal de modo a observar 4 períodos completos. Determine novamente o valor do período e compare a precisão com a da medida anterior.
8. Altere a escala vertical para o valor imediatamente a seguir, diminuindo a amplitude da onda observada. Determine novamente o valor da amplitude pico a pico e compare a precisão com a da medida anterior.
9. Repita os ponto 5 a 8, mas agora utilizando os cursores no ecrã e as ferramentas de medição integradas para realizar as mesmas medições (amplitude, período e frequência). Compare os valores obtidos entre os diversos métodos.

Fundamentos do gerador de funções

1. Ligue o gerador de funções à entrada CH1 do osciloscópio. Seleccione uma onda sinusoidal com frequência de 1 kHz e amplitude de 2 V pico-a-pico. Ajuste o osciloscópio de modo a visualizar um ciclo completo.
2. Explore as diferentes formas de onda (quadrada, triangular, dente de serra) e observe as suas formas no osciloscópio.
3. Ajuste o ciclo de trabalho (duty cycle) de uma onda quadrada e observe como afecta a forma de onda.
4. Assegure-se de que percebe a diferença entre ajustar os parâmetros do sinal (no gerador) e os parâmetros de leitura (no osciloscópio)

Sobreposição e interferência de sinais

1. Para este exercício são necessários dois geradores de funções, pelo que será necessário realizar em conjunto com outro grupo.
2. Ligue um dos geradores de funções à entrada CH1 do osciloscópio. Seleccione uma onda sinusoidal com frequência de 1 kHz e amplitude de 2 V pico-a-pico. Ajuste o osciloscópio de modo a visualizar um ciclo completo, de forma estável.
3. Ligue o outro gerador de funções à entrada CH2. Seleccione uma onda sinusoidal idêntica à anterior. Ajuste o osciloscópio de modo a visualizar os dois canais.
4. Altere a fonte de trigger de CH1 para CH2 e observe o resultado na imagem observada.
5. Utilize a função matemática do osciloscópio para visualizar a soma dos dois sinais. Observe como as variações de fase entre os sinais afectam a forma de onda resultante.
6. Coloque o osciloscópio no modo XY. A forma de activar depende do modelo de equipamento.
7. Obtenha a figura de Lissajous correspondente a dois sinais com frequências (aproximadamente) iguais. Observe como a figura evolui à medida que a diferença de fase entre sinais varia.
8. Experimente obter figuras de Lissajous para diferentes combinações de frequências: 2:1, 3:1, 3:2, etc