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Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial

Calibração Direta de Voltímetro Digital





Apresentação


Três elementos estão disponíveis no ambiente virtual:

• Voltímetro digital a ser calibrado

• Fonte de tensão padrão

• Calculadora estatística.

1 Voltímetro digital


É um voltímetro digital que mede e indica continuamente o valor da tensão elétricaaplicada sobre seus terminais. Está configurado para indicar tensões entre -20 V e +20 V. Apresenta erros sistemáticos e aleatórios. A indicação digital não repete em função da presença de erros aleatórios. A Figura 1 mostra seu aspecto.



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Figura 1 –Voltímetro digital.


2 Fonte de tensão padrão


A fonte de tensão padrão é mostrada na Figura 2. Contém um teclado que permiteaplicar qualquer valor de tensão entre -20,000 V e +20,000 V. Valores que excedem a estes limites são automaticamente truncados. A incerteza expandida da fonte de tensão padrão é da ordem de ±0,001 V.

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Figura 2 – Fonte de tensão padrão.


Além das teclas numéricas (0 a 9) e do separador decimal, que permitem introduzir o valor de tensão desejada, o teclado contém ainda:

(a) Tecla“+/-”

Quando pressionada inverte o sinal da tensão aplicada, alternando entre valores de tensão positivos e negativos.

(b) Tecla “C”

Limpa o valor da tensão gerada permitindo que novos valores sejam digitados.



3 Calculadora estatística


A Figura 3 mostra os principais elementos da calculadora estatística.



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Figura 3 - Elementos da calculadora estatística.




(a)Botão “Mede”

Uma nova medição é realizada cada vez que o botão “Mede” é clicado com o mouse ou o “Enter” é pressionado quando o foco está sobre o botão “Mede”. O correspondente valor da indicação ocupa a primeira linha da área de dados, deslocando uma linha para baixo os demais dados anteriormente adquiridos.

A contagem do número de medições efetuadas é atualizada, bem como são calculadasestimativas para a média e desvio padrão com base nos dados adquiridos.

(b) Botão “Zera”

O botão “Zera” apaga todos os dados existentes e deixa a calculadora pronta para iniciar nova série de medições.

(c) Área de Dados

Os dados da área de dados podem ser selecionados e copiados através de + “C” e transportados para outro programa através do “clipboard”.

(d) Posicionamento daCalculadora

A calculadora pode ser arrastada para qualquer lugar na tela para evitar oclusão de área de interesse.

Operação do Ambiente Virtual


O ambiente virtual é mostrado na Figura 4. A fonte de tensão padrão está conectada ao voltímetro digital. A tensão gerada pela fonte é instantânea e repetidamente medida e indicada pelo voltímetro digital. Os valores indicados pelo voltímetro digitalsão adquiridos para a calculadora estatística cada vez que o botão “Mede” é clicado.



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Figura 4 - Programa em operação.




Atividades


1 Erro aleatório


Ajuste a fonte de tensão padrão para gerar 10,000 V. Meça repetidamente a tensão com o voltímetro digital pelo menos 100 vezes. Verifique que há variações nas indicações obtidas em função do erro aleatório. Com base nodesvio padrão das indicações obtidas e no respectivo coeficiente “t” de Student calcule a repetitividade para 95% de nível de confiança.

2 Tendência e correção


(a) Utilize o mesmo conjunto de pelo menos 100 indicações resultantes da medição repetida da tensão de 10,000 V realizada na questão 3.1. Utilize o valor médio e calcule a tendência do voltímetro digital para a tensão de 10,000 V.Calcule também a correção.

(b) Zere a calculadora e faça pelo menos 100 medições repetidas da tensão de -10,000 V. Calcule a tendência e a correção. Compare com os valores obtidos para a tensão de +10.000 V. Por que são diferentes?

(c) Neste item considere despresível a incerteza da fonte de tensão. Para a tensão de 10,000 V determine a tendência do voltímetro digital e sua incerteza...
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