22/08/16. Introdução. Unidades de Medida. Unidades Fundamentais do SI. Método Científico AULA 4 AUTOMAÇÃO DA PRODUÇÃO (CONCEITOS DE INSTRUMENTAÇÃO)

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1 AULA 4 AUTOMAÇÃO DA PRODUÇÃO (CONCEITOS DE INSTRUMENTAÇÃO) Prof. Fabricia Introdução A história da instrumentação está ligada com a necessidade do homem de realizar medidas; } Essa necessidade levou o homem a criar métodos de medição; } Um dos exemplos é verificação das propriedades climáticas. Por exemplo: quando vai chover. } Surgiram padrões de medidas para facilitar o comércio de produtos. Unidades de Medida } As unidades de medida são portanto, grandezas específicas, definidas e adotadas por convenção, com as quais outras grandezas de mesma natureza são comparadas para expressar suas magnitudes em relação aquela grandeza. Medição consiste em um conjunto de operações que têm por objetivo determinar um valor de uma grandeza, e a metrologia é a ciência da medição. } A metrologia abrange todos os aspectos teóricos e práticos relativos às medições, qualquer que seja a incerteza, em qualquer campo. Unidades Fundamentais do SI NOME GRANDEZA SIMBOLO Metro Comprimento m Segundo Tempo s Quilograma Massa kg Ampère Corrente elétrica A Kelvin Temperatura termodinâmica K Mol Quantidade de matéria mol Candela Intensidade da luz cd Conceitos de Instrumentação Introdução A importância da instrumentação pode resumida em a medição é a base do processo experimental Antes de iniciar um procedimento o indivíduo precisa conhecer o processo e estimar as incertezas de medidas. Método Científico É importante ressaltar que a necessidade de um método é importante não só para a confiabilidade da medida, mas também para que ela possa ser repetida por qualquer pessoa. Determinar o Método Observar e coletar dados MEDIR Elaborar Hipótese Testar hipótese: Desenvolver experimento Fim S Elaborar Conclusões N 1

2 Grandezas Físicas } Idealmente, busca-se o valor verdadeiro (de uma grandeza), ou o valor compatível com a definição de uma grandeza específica. Esse valor é obtido com uma medição perfeita; Mensurando Mensurando: é o objeto da medição. É a grandeza específica submetida à medição. } O valor convencional consiste no valor atribuído a uma grandeza por acordo para uma dada finalidade. Instrumento de Medição Indicação da Medida A operação de medição é realizada por um dispositivo denominado instrumento de medição Indicação é o valor de uma grandeza fornecido por um sistema de medição Mecanismos de ação dos sistemas de controle Erros nas Medidas MEDIR má definição do mensurando imperfeições do sistema de medição PROCESSO COMPARAR AGIR mensurando condições ambientais Sistema de medição procedimento de medição indicação ± ERROS influência do operador 2

3 Tipos de Erros Tipos de Erros Erro Sistemático: é a parcela previsível do erro. Corresponde ao erro médio; Ea Es Ea Es Erro Aleatório: é a parcela imprevisível do erro. É o agente que faz com que repetições levem a resultados diferentes. Ea A D B C Ea Es Es Componentes do Erro de Medição Faixa de Indicação 1020 (1000,00 ± 0,01) ± 0,01) ± 0,01) g g g g 1014 g 1015 g 1017 g 1012 g 1015 g 1018 g 1014 g 1015 g 1016 g 1013 g 1016 g 1015 g dispersão 1010 erro médio faixa de indicação 4 dígitos 1000 Características Ligadas à Indicação Características Ligadas à Indicação Valor de uma divisão (de escala) VD: nos instrumentos com mostradores analógicos, correspondente à diferença entre os valores da escala entre duas marcas sucessivas; Incremento Digital (ID): corresponde à menor variação da indicação direta possível de ser apresentada por um dispositivo mostrador digital. 4,0 indicação (g) 3, g 2,0 1,0 0,0 0,0 1,0 incremento digital quantidade de açúcar (g) 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 3

4 Características Ligadas aos Erros de Medição Precisão: termo associado à pouca dispersão, ou seja, erros aleatórios; Exatidão: está associado ao grau de concordância entre o resultado de uma medição e o valor verdadeiro do mensurando. Não Preciso e exato Preciso e não exato Consiste em um dispositivo utilizado para realizar as medições individualmente ou em conjunto; } Um instrumento de medida pode ser um sistema mecânico, eletromecânico ou eletrônico que integra sensores ou transdutores; } Exemplo: amperímetro Preciso e exato Não Preciso Não exato e A indicação de medida pode ser analógica ou digital; } Mostrador: parte do instrumento que apresenta a indicação de medição; Um mostrador analógico fornece uma indicação analógica. Exemplo: multímetro analógico } Um mostrador digital fornece uma indicação digital. Exemplo: multímetro digital; } Medida materializada: valor apresentado no mostrador do instrumento. } Escala: consiste em um conjunto ordenado de marcas, associado a qualquer numeração. Faixa de Indicação: limite máximo e mínimo apresentados no instrumento de medição; } Divisão de Escala: espaço entre duas marcas de medição. Condicionador de Sinais: converte a saída do sensor ou transdutor em um sinal elétrico apropriado para o dispositivo de controle Saída Analógica ou Digital Transdutor Condicionador de Sinais Outras Funções Visualizador 4

5 RANGE e SPAN RANGE ou Faixa Nominal: Conjunto de valores do mensurando que pode ser fornecido pelo instrumento, considerando toda a sua faixa nominal de escala. É normalmente especificado por seus limites inferior e superior, como por exemplo 10V a 40 V. } SPAN ou Amplitude da Faixa Nominal: Módulo da diferença entre os dois limites de uma faixa nominal do instrumento. Exemplo: faixa nominal: 10 V a 40 V amplitude da faixa nominal: 30 V Identificação e simbologia As normas de instrumentação definem os símbolos gráficos e estabelecem as codificações para se obter uma maneira uniforme de identificação alfanumérica de instrumentos ou de funções programadas, que deverão ser utilizadas nos diagramas e malhas de controle de projetos de instrumentação com o objetivo de fornecer informações suficientes facilitar o entendimento de documentos e, assim, viabilizar a comunicação entre projetistas e usuários, inclusive fornecedores. Tag name (nome de identificação) Tag name (nome de identificação) Compõe-se de um prefixo inicial de letras, que classifica funcionalmente o instrumento, seguido de um conjunto de algarismos, que indica a malha ou função programada à qual ele pertence; A primeira letra do nome indica a variável medida/controlada e as letras subsequentes indicam a função que o instrumento desempenha na malha de controle. Tag name (nome de identificação) A primeira letra da primeira coluna identifica a variável medida. As letras subsequentes indicam a função do instrumento na malha de controle, podendo apresentar função ativa, que intervém no processo como um controlador, ou função passiva como indicação, sinalização etc. Por exemplo, se um instrumento é identificado com TE, significa que ele é um elemento primário de temperatura: primeira letra = T (variável medida, que não prevê letra modificadora) e segunda letra = E (função, elemento primário), não importando o princípio de medição. 5

6 Exemplos de identificação Outros exemplos de formação da identificação funcional PI = Indicador de pressão: P é a variável medida (Pressão), e I é a função de informação ou passiva. Neste caso pode-se ter vários tipos de instrumentos. TI = Indicador de temperatura. LI = Indicador de nível (level). SI = Indicador de velocidade (speed). RI = Indicador de radioatividade. MI = Indicador de umidade (moistness). AI = Indicador de condutividade ou ph. VI = Indicador de viscosidade. PIC = Indicador controlador de pressão: neste caso a função final é o controle de uma malha, letra C da coluna função final, e a letra I é somente uma função passiva mencionando que o instrumento também está indicando de alguma forma a variável P, pressão. Outros exemplos de formação da identificação funcional TIC = Indicador controlador de temperatura. Símbolos e regras para os diagramas P&ID LIC = Indicador controlador de nível. FIC = Indicador controlador de vazão (flow). JIC = Indicador controlador de potência. SIC = Indicador controlador de velocidade. BIC = Indicador controlador de queima ou combustão (burner). LAH = Alarme de nível alto. TAH = Alarme de temperatura alta. SAL = Alarme de velocidade baixa. WAL = Alarme de peso (weight) baixo. HV = Válvula de controle manual. LCV = Válvula de controle de nível auto-operada. LV = Válvula de nível (geralmente, válvula de controle proporcional). Simbologia geral em instrumentação. Exemplo 6

7 Sensores Naturais Sensores Sensores Naturais São os sensores encontrados em organismos vivos e que geralmente respondem na forma de biosinais. } Sensores Industriais } No corpo humano são encontrados os sensores para os nossos sentidos de visão, audição, tato, olfato e paladar. Sensores Industriais A informação é transmitida e processada na forma elétrica; } Qualquer sensor é um conversor de energia. Não importa o que tentamos medir, sempre haverá transferência de energia entre o objeto medido e o sensor. Medidor= Sensor + Transdutor Sensor: Qualquer sensor é um conversor de energia; detecta uma variável física de interesse, por exemplo: pressão, temperatura, força; } Transdutor: transforma essa variável em outra fácil de ser medida. Sensores Consumo de Energia O sensor passivo não necessita de energia adicional para funcionar. A potencia de saída é gerada de acordo com a de entrada. Exemplo: termopares (sensores de temperatura) Sensores Analógicos Pode assumir qualquer valor no seu sinal ao longo do tempo, desde que esse valor esteja dentro da sua faixa de operação. } Forma de variação de uma grandeza analógica: temperatura } O sensor ativo requer fonte de energia externa para funcionar. A maior parte da potência de saída vem da fonte auxiliar. Exemplo: sensor de temperatura digital. } Sensores com saída analógica ela é continua no tempo. Exemplo: potenciômetro 7

8 Sensores Digitais Sensores digitais assumem valores discretos (0, 1 por exemplo) } Forma de variação de uma grandeza digital } Encoder: um exemplo de sensor digital. (utilizado para determinar distâncias ou velocidades) Principais características dos sensores: Sensibilidade: Alteração na saída por unidade de variação da entrada. } Erro: Diferença entre a quantidade medida e o valor real/ verdadeiro. } Precisão: Termo qualitativo utilizado para relacionar a saída do instrumento com o valor real medido. } Resolução: Menor incremento da variável física que pode ser detectado pelo sensor. Principais características dos sensores: Zona Morta (Dead Zone): A mais larga variação da variável a ser lida, à qual o sensor não responde. } Tempo de Resposta: Rapidez com que a saída responde a uma variação do sinal da entrada. } Coeficiente de Temperatura: Alteração na resposta do sensor, por unidade de temperatura. Esta característica aplicase a todos os sensores. Classificação dos Sensores: Mecânicos (velocímetro) Elétricos (potenciômetro) Magnéticos (bússola) Ópticos (a laser) Acústicos (microfones) Químicos (eletrodo de vidro para medição de ph) Biológicos (nível de atividade metabólica) 8