EXERCICIOS PARA A SEGUNDA UNIDADE

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA- UESB DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS CURSO: ENGENHARIA AMBIENTAL DISCIPLINA: INTRUMENTAÇÃO APLICADA Prof. Dr. Modesto Antonio Chaves EXERCICIOS PARA A SEGUNDA UNIDADE... Em certo sentido é inconcebível que o aluno de engenharia passe ao largo de uma matemática que foi concebida quase cem anos atrás, como também é injustificável a mesma omissão em relação a alguns tópicos da física: assim como a análise funcional, a mecânica quântica deveria ser ensinada aos alunos de graduação, não porque o engenheiro fosse utilizar em sua vida profissional os conceitos da física atômica, por exemplo, mas porque poderíamos então expor os alunos à gênese de um raciocínio que, embora partindo de questões concretas, só no nível abstrato consegue encontrar sua mais completa tradução: ai sim teríamos uma formação conceituai verdadeira, o resto retornando a ser o que sempre foi, um manual de sobrevivência no mercado. É de um reducionismo lamentável, característico de nossos tempos, que em nome de um pretenso "utilitarismo" se subtraia aos alunos a oportunidade de admirarem uma das construções intelectuais mais brilhantes da cultura humana e, admirando aprenderem com ela uma certa estrutura, que esta sim pode se genuinamente útil.... Texto tirado de: "0 Delta de Dirac" Paulo D. Cordaro Alexandre Kawano 1- O que significa termometria? 2- O que significa pirometria? 3- O que significa criometria? 4- Por que a temperatura é uma das variáveis mais importantes indústria? 5-Qual o princípio de funcionamento do termômetro de dilatação de líquido? 6- Qual é a expressão matemática que representa o fenômeno de dilatação de líquido? 7-. Quais são os tipos de construção de termômetros de dilatação de líquidos?

2 8. Quais são os tipos de líquidos mais utilizados nos termômetros de dilatação de líquidos? 9- Qual o princípio de funcionamento do termômetro de dilatação de gás? 10- Qual a expressão matemática que define a dilatação de gás? 11-. Quais são os tipos de gás de enchimento dos termômetros de dilatação a gás? 12- Qual o princípio de funcionamento do termômetro bimetálico? 13- Qual a expressão matemática que define a dilatação dos metais? 14- Quais são os 2 problemas graves dos termômetros bimetálicos? 15- No que consiste o termômetro bimetálico? 16- Normalmente, qual o material da lâmina bimetálica? 17- Como é a escala do termômetro bimetálico? 18- Qual a precisão do termômetro bimetálico? 19- Que são os termistores e que tipos existem? 20- Que são os RTD e em que se diferenciam dos termistores? 21- O que se entende por efeito Peltier e para que pode ser usado? Antes de responder as próximas questões, leia atentamente o texto a seguir: CONVERSÃO DE TENSÃO PARA TEMPERATURA EM TERMOPARES Como relação a F.E.M. x temperatura de um termopar não é linear, o instrumento indicador deve de algum modo linearizar o sinal gerado pelo sensor. No caso de alguns instrumentos analógicos (como registradores), a escala gráfica do instrumento não é linear acompanhando a curva do termopar; e em instrumentos digitais usa-se ou a tabela de correlação F.E.M. x temperatura, armazenada em memória ou uma equação matemática que descreve a curva do sensor. Esta equação é um polinômio, que a depender da precisão requerida pode alcançar uma ordem de até 9º grau. A equação matemática genérica de um termopar e:

3 Listamos abaixo os coeficientes de vários tipos de termopar: USO DE TABELAS Existem tabelas, para cada tipo de termopar (veja o fim destes texto) que relacionam a temperatura da junção com a tensão em milivolts gerada pelo termopar. Veja um exemplo, a seguir, pra o termopar tipo J. Figura 1. Tabela de tensões para termopar tipo J.

4 Na tabela são apresentados na vertical os valores da temperatura em múltiplos de 10 graus. Na horizontal estão os valores deste 0 a 10 graus Celsius, referente aos valores decimais da horizontal. Por exemplo, os valores destacados em vermelho mostram as tensões referentes as temperaturas de junções de 25, 30 e 48 graus Celsius. Veja o exemplo seguinte: USO DA TABELA Temos uma junção a 536 o C, olhando na Tabela para o termopar tipo K observamos que a tensão gerada é de 22,260mV, esta junção termina em um cabeçote cuja temperatura é de 38 o C o que equivale a uma tensão e 1,529 mv (veja tabela no final deste texto) temos, portanto, uma queda de tensão de 22,260 1,529 = 20,731 mv. A partir da junção o sinal é levado ao registrador por cabos de cobre que não geram tensão (mais ainda, supomos que sua resistência é tão pequena que não há queda de tensão). No registrador a temperatura é de 24 o C o que corresponde a uma tensão de 0,960 mv (veja tabela no fim deste texto) portanto, temos uma adição de tensão de 0,960mV levando a um total de 20, ,960 = 21,691 mv. Portanto, temos um registro de temperatura de 524,5 o C isto porque para 524 o C temos uma tensão de 21,668 mv e para 25 o C 21,710mV. Podemos aproximar o valor para 25 o C, como no desenho, se quisermos. Entretanto, observando que de 24 para 25 o C temos uma variação de tensão de 21,710 21,668 = 0,042 mv, quando variamos de 21,691 21,668 temos 0,023 e temos, portanto, uma variação de 0,023/0,042 que é aproximadamente de 24,5 o C. Portanto, cometemos um erro de 11,5 o C para menos, na leitura, o que deve ser corrigido. Veja-se agora o exemplo seguinte:

5 O que foi feito foi substitui a os cabos de cobre pelo cabo tipo KX que nada mais é que uma extensão do mesmo termopar (veja tabela no final deste texto) Com isto acrescentamos uma f.e.m. de 0,596 mv, correspondente a (1,529 0,960) de tal forma que anulamos o erro de medida Tome-se agora a seguinte situação: Observe-se que se cometeu o erro de inverter a polaridade do cabo de extensão. Isto levou a um erro de 27 o C

6 Com base nas informações deste texto: 22-. Determine os valores pedidos dos esquemas abaixo (use as tabelas e os polinômios, neste último caso, uma planilha como o Excel pode ajudar): 23- Cite um tipo, faça um esboço e dê um exemplo de aplicação de: sensor de pressão, um sensor de nível e um de fluxo (explique princípio de funcionamento de cada um). 24- Considere que você tem um sensor de temperatura que tem uma sensibilidade de 1 mv/ C. Considere também que você precisa fazer um termômetro para a disciplina de instrumentação com uma faixa de entrada de - 20 a 100 C. Calcule a resolução (livre de ruído externo e considerando as condições ideais) se o sensor for ligado diretamente a uma placa AD de 12 bits com uma faixa de entrada de: a) -5 V a + 5 V: b) Considere agora que seja utilizado um amplificador ideal com ganho 20 (multiplica a sensibilidade do sensor por 20). Recalcule a resolução da medida:

7 25 - Defina histerese e zona morta Um resistor tem resistência (medida) R=100Q. É aplicado neste resistor uma tensão de (medida) 10V. Sabendo que o instrumento utilizado (nas medidas da resistência e tensão) é um multimet.ro Tektronix TEKDMM 155 (3 DÍGITOS), cujas especificações estão na tabela abaixo. Calcule o valor da potência e sua incerteza, utilizando a seguinte relação: R Escala de resistência - 200Ω Escala de tensão DC 20V ±1.2% da leitura + 2 dígitos ±0.7% da leitura + 2 dígitos 27- Para efetuar o cálculo da incerteza relativa ao instrumento e a sua escala proceda calculando o erro quadrático dos parâmetros fornecidos: Onde: n dígitos significam a variação de n unidades no dígito menos significativo (mais a direita). Exemplo: escala de 200Ω com o ohmímetro medindo100, o visor do instrumento mostra 100,0Ω (pois este é um instrumento 3 e 1/2dígitos). Neste caso: 28- Você tem um equipamento que tem uma saída de -200 a 200 mv que indica força de -500 a 500 Kgf (compressão e tração). Calcule a resolução desta medida (em Kgf) se a mesma for ligada a uma placa AD de 10 bits com uma escala de: a) mv a mv: b) -2 a 2 V: 29- O tempo de conversão de um conversor AD é um importante parâmetro na sua escolha. Explique um problema que pode ocorrer com a escolha de um AD com tempo de conversão inadequado que são sensores ativos e passivos? Cite 1 exemplo de cada.

8 31- Utilizando a tabela de dados fornecida e conhecendo a tabela do termopar utilizado (abaixo), determine os valores em TEMPERATURA dos pontos dados, sabendo que a medida foi feita com um termopar a temperatura ambiente de 10 C: 32- Considere que você tenha um recipiente com sensores de temperatura misturados: NTCs, PTCs, PT100 e termopares. Utilizando uma fonte de calor, um termômetro e um multímetro explique como identificar esses sensores que é um LDR? Cite uma aplicação. 34- Como o efeito capacitivo é utilizado para medir pressão? 35- Como o efeito capacitivo é utilizado para medir nível? 36- Como o efeito indutivo é utilizado para medir deslocamento? 37- Qual a principal função de um filtro em instrumentação? 38- Qual a principal função dos amplificadores? 39 - Qual o instrumento mais simples para medir pressão? 40- Defina o tubo de Bourdon. 41- Cite três tipos de Boudon 42- Como é constituído o medidor de pressão por diafragma? 43- Como é constituído o medidor de pressão por fole? 44- Como funciona o medidor de pressão por fole? 45- Cite 3 tipos de medidores de pressão por coluna líquida.

9 46- Para a coluna a seguir determine: a) P1 = 500 mmhg P2 =? kgf/cm2 dr = 1,0 h = 20 cm. 47- Para a coluna a seguir determine: b) P1 =? Psi P2 = 15 H20 dr = 13,6 (Hg) h = 150mm(Hg) 48- Como é a resposta do sensor tipo piezoelétrico. 49- Defina o sensor tipo capacitivo. 50 Em que consiste o tubo de Venturi? 51 Em que consiste o tubo de Pitot 52

10 53 para o diagrama abaixo determinar 54- O que é um Rotâmetro? 55- Um conversor D/A de cinco bits tem saída em corrente. Para uma entrada digital (10100)2, uma corrente de 10 [ma] é produzida. Qual será a corrente produzida para uma entrada digital de (11101)2? Qual a resolução (K) deste conversor?

11 56- Qual a maior saída de tensão de um conversor D/A de oito bits que produz 1,0 [V] para uma entrada digital de ? 57- Um conversor D/A de cinco bits produz Vout = 0,2 [V] para uma entrada digital de Determine o valor de Vout para uma entrada de Um conversor D/A de 10 bits tem um tamanho de degrau de 10 [mv], Determine sua tensão de saída de fundo de escala (tensão máxima de saída) e a resolução percentual A figura abaixo mostra um computador controlando a velocidade de um motor. A corrente analógica de 0 a 2 [ma] do conversor D/A é amplificada para produzir velocidades no motor de 0 a 1000 [RPM]. Quantos bits deveriam ser usados, no mínimo, se o computador tivesse que ser capaz de produzir uma velocidade no motor com variações máximas de 2 [RPM] por incremento de bit? 60 - Para o circuito abaixo, calcular os valores de saída para os seguintes valores de entradas digitais:

12 61- (Desafio) Elabore um conversor D/A, utilizando AOP, com as seguintes características: Nível '1' = +5 [V], Nível '0' = 0 [V], Alimentação de ± 20 [V] e Ro = 2 [kω]. A saída deverá ser lida na faixa de 0 até 20 [V], para entradas digitais de 0 até Por que a saída de um conversor D/A não é considerada uma quantidade analógica e sim pseudo-analógica? 63 - Qual é a resolução em volts de um conversor D/A de 10 bits cuja saída de F.S. é 5V? 64 - Quantos bits são necessários para um conversor D/A ter uma saída de F.S. de 10 ma com resolução menor do que 40 µa? 65 - Um conversor D/A de oito bits tem um erro de fundo de escala de 0,2 % F.S. Se o conversor D/A tem uma saída de fundo de escala de 10 ma, qual é o máximo que ele pode apresentar de erro para qualquer entrada digital? Se a saída do D/A indica 50 µa para uma entrada digital de , isto está dentro da faixa de precisão especificada? (Admita que não existe erro de offset). &&&&&&&&&&