SISTEMA DE MEDIÇÃO DESCRIÇÃO

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1 SISTEMA DE MEDIÇÃO Um sistema de medição é constituído de múltiplos componentes INSTRUMENTO DE MEDIÇÃO FF TRANS. CSE-1 CSE-2 CSE-n CABOS CSI-1 CSI-n FONTES DE INTERFERÊNCIA Legenda: FF - Fenômeno físico TRANS. - Transdutor/conversor de energia DST - fonte de sinal; CSE - Condicionadores de sinal externo; CABOS - cabos de medições; CS - conversores de sinais; DESCRIÇÃO De um lado está o sistema físico que terá uma ou mais de suas propriedades medidas. Do outro, o instrumento de medição que dará a indicação do valor da propriedade de interesse. Entre os extremos estão: o transdutor que converte qualquer forma de energia em um sinal elétrico. os cabos de ligação que conectam a fonte do sinal e/ou condicionadores ao a outros condicionadores ou ao instrumento. e os condicionadores de sinais que adequam o sinal (filtram, atenuam, etc.) para o medidor. As fontes de interferência, que tem causas internas ou externas ao sistema, causam perturbações indesejáveis.

2 MODELAGEM DE ELEMENTOS DO SISTEMA DE MEDIÇÃO MODELOS DE FONTES DE TENSÃO Fonte aterrada pode ser contínua (DC), alternada (AC), pulsada, etc; tem um de seus terminais galvânicamente ligados à terra. a impedância para a terra é baixa. Fonte isolada pode ser contínua (DC), alternada (AC), pulsada, etc; nenhum de seus terminais é conectado à terra; a impedância para a terra é elevada. Vs - fonte ideal.

3 MODELAGEM DE MEDIDORES H H ZA Z v VS A L L Voltímetro Amperímetro A interferência do medidor no fenômeno a ser medido deve ser minimizada. Por isso, a impedância de entrada: do medidor de tensão deve ser muito elevada. do medidor de corrente deve ser muito baixa. MODELAGEM DE CABOS ZsH entrada saída entrada Zp Zp saída ZsL Modelo ideal Modelo real ZSH e ZSL são as impedâncias série dos cabos e são devidas à resistência e indutância dos condutores; ZP é a impedância em paralelo do cabo e é devido à capacitância e às imperfeições do isolamento do cabo. 6

4 SISTEMA DE MEDIÇÃO Quanto à sua conexão com o referencial de terra, o sistema de medição pode ser: Aterrado ou referido à terra. Diferencial ou não-referenciado. MEDIÇÃO REFERÊNCIADA À TERRA No esquema ao lado a medição é de um canal para o terra.; Neste caso uma entrada do INA é conectada ao terra analógico; O sinal de saída é também referenciado ao terra. INA

5 MEDIÇÃO DIFERENCIAL No esquema ao lado a medição é diferencial, sendo viabilizada com o amplificador de instrumentação (INA); O emprego de multiplexadores, possibilita que apenas um INA seja usado, para aquisição de múltiplos canais; O sinal de saída é referenciado à terra. INA FONTE E MEDIÇÃO PARA TERRA FONTE E MEDIÇÃO PARA TERRA Caso-1 fonte e o sistema de medição são aterrados em pontos diferentes; tensão de modo-comum ( Vg) influi no valor da medição.

6 FONTE E MEDIÇÃO PARA TERRA Caso-2 Ponto de terra único do sistema de medição elimina a influência da tensão de modo comum. FONTE E MEDIÇÃO DIFERENCIAL Fonte de sinal flutuando em medição diferencial; Resistores em paralelo ligados à terra fornecem caminho de retorno para as correntes de polarização dos INA s sinais DC resistor R2 é suficiente; sinais AC devem ser usados resistores R1 e R2 R1=R2=R e 10k < R < 100k

7 FONTES DE ERROS NO SM Devidos à efeitos sistemáticos e aleatórios Efeito de carga A impedância do medidor pode ser causa de erro na medição. Tensão de modo-comum: tensão adicional que se superpõe à que está sendo medida. Aterramento diferentes impedâncias dos cabos e múltiplos pontos de terra; Solução: terra de potência, terra lógico, terra analógico e terra de segurança. Força termo -eletromotriz (conexões entre diferentes materiais efeito Seebeck). Desgaste no instrumento. Outros fatores ambientais (pressão, umidade, etc.) Interferência (eletromagnética) fontes de alta e baixa freqüência que se acoplam ao sinal a ser medido; Tempo de estabilização do instrumento. Etc. EFEITO DE CARGA-Voltímetro A tensão a ser medida tem valor não-perturbado igual a Uf; Porém, o instrumento indica Um. Zin Um = Uf Zin + ZfU E a discrepância devido ao efeito sistemático é dada por: Uf U m Z g ru = = U f Zg + Zin Esse efeito pode ser minimizado pelo aumento da impedância do medidor ou pela diminuição da impedância série da fonte.

8 EFEITO DE CARGA-Amperímetro O efeito de carga devido a amperímetros diminui se a resistência de entrada for baixa. A discrepância devido ao efeito de carga, é de natureza sistemática e, portanto, pode ser corrigida. A correção de efeitos sistemáticos traz como conseqüência um acréscimo na incerteza da medição TENSÃO DE MODO COMUM A fonte externa (V mc ) do diagrama anterior eleva o potencial de ambas entradas do circuito; V mc é denominada de tensão de modo comum; As causas da tensão de modo comum são variadas fonte de tensão secundária entre o ponto de terra e o terminal de baixa fonte principal ; ruído eletromagnético; Termopares, etc. U MC ZU Ponto de terra Vsaída V = U U Ventrada Para ZU 0, o instrumento mede: mc Z U ZU + Z HO

9 ATERRAMENTO-Rede Assimétrica Uma ddp entre os pontos de ligação à terra, devido à diferentes valores das impedâncias dos caminhos, causa um efeito aditivo (ou subtrativo) de tensão Ucm. No diagrama ao lado, o circuito é denominado assimétrico porque as impedâncias dos ramos são diferentes. V m = U tr + U cm LOOPS DE TERRA Ruídos causados por loops de terra Quando o mult ímetro é utilizado para medições de tensão em situações em que o circuito a ser medido tamb ém é referenciado a um terra comum, forma-se umloop de terra (circuito fechado para terra). Qualquer diferença de potencial entre dois pontos de referência para terra (Vterra) possibilita a circulação de corrente através dos cabos de medição. Isto provoca discrepâncias no resultado da medição devido a offsets ou ruído (relacionado com a tensão da rede) que são adicionados à tensão medida. O melhor método de eliminar loops de terra é manter o medidor isolado da terra e não conectar nenhum de seus terminais a terra. Se o instrumento precisa ser referenciado, conecte o mesmo e o restante do circuito em teste a um mesmo ponto de terra. Isto irá reduzir ou eliminar qualquer diferença de tensão entre os dispositivos. Além disso, sendo necessário, conecte ambos a uma mesma tomada.

10 COMPENSAÇÃO DA VMC A caixa de blindagem de guarda é usada para diminuir ou mesmo eliminar o efeito de VMC. Z U HU H A caixa flutua na tensão VMC que não afeta a indicação do instrumento. Problemas LU Ventrada=U L Blindagem de guarda VMC pode ter valores elevados e acarreta risco do operador; Caixa metálica flutuando no potencial VMC causa ruído. UCM Ponto de terra G DUPLA BLINDAGEM Solução é a dupla blindagem; Uma segunda caixa metálica é utilizada; A segunda caixa é efetivamente aterrada. Assim, o potencial na segunda caixa é, efetivamente, igual a zero elimina o problema do risco pessoal; elimina a geração do ruído eletromagnético. ent. V c) Um

11 INTERFERÊNCIA O sistema de medição pode sofrer interferência de fontes externas através de acoplamento capacitivo, condutivo e/ou indutivo 21 EFEITOS DA BLINDAGEM Na figura ao lado o circuito sofre a interferência da rede devido aos múltiplos pontos de aterramento. Na figura abaixo o problema é minimizado pela utilização de um condutor de terra único que é ligado ao gabinete.

12 EFEITOS DA BLINDAGEM Conexão de vários instrumentos com caixa de blindagem. Interferência eletromagnética com ambos gabinetes aterrados gera efeito sistemático. Aterramento do gabinete do medidor. Corrente i1 (interferência da rede) flui por C1 e provoca Vab. EFEITOS DA BLINDAGEM Eliminação do ruído através do aterramento do gabinete da fonte do sinal e cabo coaxial de par condutores trançados.

13 REDUÇÃO DA INTERFERÊNCIA Cabos coaxiais fazem as correntes de ruído fluir pela blindagem; Em altas freqüência é preciso melhorar a blindagem. Se nada for feito, verifica-se um aumento da interferência devido à circulação de corrente pela impedância da blindagem (devido ao campo magnético). Uso de cabo com 2 condutores centrais isolados e transpostos, diminui este efeito; Cabo coaxial de dupla blindagem e com uma terceira de material magnético, reduz a interferência a níveis bastantes baixos; Blindagem da fonte de interferência pode ser utilizada. 25 a) influência das fontes de alta freqüência. b) cabo coaxial com blindagens 26

14 FONTES DE INTERFERÊNCIA Existem várias fontes de interferência em um circuito de medição, dentre estas podem ser mencionadas: Tensão termoelétrica (minimizada com condutores de mesmo material); Fontes de ruído eletromagnético tais como máquinas e transformadores elétricos; Ruído de Jonhson (estabelece o limite inferior para medição de tensão/corrente) de vido ao movimento de cargas nos condutores SINAIS ELÉTRICOS Podem ser: de tensão; de corrente e de freqüência. Caracterização: Análogicos Sinais Digitais Determinísticos Estocásticos Periódico Não Estacionário Estacionários Senoidal c/ harmônicos N/Periódico Ergódico Não Ergódico Quase periódico Transitório

15 ATERRAMENTO-Rede simétrica No diagrama ao lado a rede simétrica contribui para diminuir os erros causados pelo efeito das... desiguais entre os pontos de aterramento; A corrente Id ainda é capaz de causar erro na medição......aterramentos. Num circuito com um único ponto de terra (2 diagrama) esse efeito é eliminado Uf ZsL U m=u+iz d sl