Capítulo IV Condicionamento de Sinal

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1 UNIVERSIDADE METODISTA DE ANGOLA FACULDADE DE ENGENHARIA CURSO DE ENGENHARIA MECATRÓNICA #4 Instrumentação Capítulo IV Condicionamento de Sinal Professor: João Lourenço Cussondama 1

2 #4 PROFESSOR: PERÍODO: João Lourenço Cussondama Noite Programa 4. Condicionamento de Sinal Geração e Análise de Sinais. Sistemas Analógicos. Princípios. Circuitos Passivos. Circuitos com Pontes: Ponte de Wheatstone; Pontes AC. Filtros. Amplificador Operacional: Revisão de conceitos. Amplificador de Instrumentação. Sistemas Digitais. Princípios. Conversores D/A e A/D. Sistemas de Aquisição de Dados. Luanda/2018 2

3 Bibliografia #4 [1] Principles of Electronic Instrumentation Diefenderfer, Holton Saunders College Publishing 1994 [2] Modern Electronic Instrumentation and Measurement Techniques A.D.Helfrick, W.D.Cooper Prentice Hall International Editions 1990 [3] Process Control Instrumentation Technology C.D.Johnson - Prentice Hall 1997 [4] Handbook of Modern Sensors Physics, Designs and Applications Jacob Fraden American Institute of Physics 1997 [5] PC-Based Instrumentation and Control Mike Tooley [6] Instrumentation Catalogue NationalInstruments

4 Bibliografia Pesquisar por: bweutil google sites 4

5 Sumário #4 5

6 Condicionamento de Sinal A maioria dos sinais analógicos requerem alguma forma de preparação antes de serem digitalizados. O condicionamento de sinal é a manipulação de um sinal de maneira a prepará-lo para o próximo estágio de processamento. Muitas aplicações envolvem medições ambientais ou estruturais, como temperatura e vibração, de sensores. Esses sensores, por sua vez, exigem condicionamento de sinal antes que um dispositivo de aquisição de dados possa medir com eficácia e precisão o sinal. Por exemplo, os sinais de termopar têm níveis de voltagem muito pequenos que devem ser amplificados antes que possam ser digitalizados. Outros sensores, como detectores de temperatura de resistência (RTDs), termistores, e acelerômetros, exigem excitação para operar. Todas essas tecnologias de preparação são formas de condicionamento de sinal. 6

7 Condicionamento de Sinal Fazem alterações necessárias nos sinais analógicos gerados pelos sensores antes que sejam introduzidos no sistema de aquisição de dados. Tipos: Transmissor; Filtro; Amplificador; Linearizador. CV CV CV 7

8 Condicionamento de Sinal Transmissor Rosemount 3051 Coplanar Pressure Transmitter Possui as funções de: Padronizar o sinal, proporcionando uma padronização dos instrumentos e interfaces receptoras; Isolar o sinal do processo do sistema receptor Levar a informação para locais remotos, sem corrupção ou deformações; Padrões: 4 a 20 ma/ eletrônico 3 a 15 psi/ pneumático 8

9 Condicionamento de Sinal Interpolação é um método que permite construir um novo conjunto de dados a partir de um conjunto discreto de dados pontuais conhecidos. Atualmente quem faz tal conversão são os transmissores que pegam o sinal dos sensores e transformam em um sinal cujo o controlador vai poder ler (geralmente 4 a 20mA). A interpolação linear entre dois pontos pode ser deduzida usando-se proporcionalidade: FORMULA: 9

10 Condicionamento de Sinal Exemplo: Qual a saída do Transmissor em PSI quando no Controlador estiver marcando 8mA? Y max x max y ymin x min X = 6 psi 10

11 Condicionamento de Sinal Amplificação O tipo mais comum de condicionamento é a amplificação. Sinais de baixa intensidade devem ser amplificados para aumentar a resolução e reduzir o ruído. Para uma maior precisão, o sinal deve ser amplificado de forma que a máxima tensão do sinal a ser condicionado coincida com a máxima tensão de entrada do conversor A/D. Amplificador de instrumentação 11

12 Amplificação Condicionamento de Sinal Amplificador de Instrumentação para um termopar Termopar Tipos Intervalo de Temperatura ( C) Voltagem de Saída (mv) Tipos Material Positivo Material Negativo E 0 à à 75,12 E Cromo Constantan J -185 à 870-7,52 à 50,05 J Ferro Constantan K -185 à ,51 à 51,05 K Cromo Alumínio T -185 à 400-5,28 à 20,80 T Cobre Constantan 12

13 Condicionamento de Sinal Amplificação Circuito Condicionador Como os sinais gerados são muito pequenos, na ordem dos mv, o que torna difícil sua leitura e, por conseqüência, a análise de características, é necessária a amplificação destes sinais. O circuito condicionador amplifica os sinais de baixa amplitude para possibilitar uma medição precisa. uma das formas para amplificar os sinais dos Transdutores É a utilização de amplificador de instrumentação como o INA129 da Texas Instruments. Tal amplificador pode fornecer ganhos de até vezes aumentando consideravelmente a amplitude do sinal. 13

14 Condicionamento de Sinal Amplificação Circuito condicionador 14

15 Condicionamento de Sinal Filtragem O propósito de um filtro é remover sinais indesejados do sinal que estamos medindo. Um filtro de ruídos é usado nos sinais DC, como temperatura, para atenuar sinais de alta frequência que podem reduzir a precisão da medição. Sinais A/C, como vibração, geralmente requerem um tipo diferente de filtro conhecido como filtro anti-aliasing. O filtro anti-aliasing é um filtro passa-baixo que requer uma taxa de corte muito alta, e geralmente remove completamente todas as frequências do sinal que são maiores que a largura de banda de entrada do equipamento. Se esses sinais não forem removidos, eles irão aparecer erroneamente com os sinais da largura de banda de entrada do equipamento. 15

16 Condicionamento de Sinal Filtro Passa Baixa Filtragem É um circuito que permite a passagem de sinais com frequências abaixo de uma certa frequência (fo), e atenua os sinais com frequências superiores a esta, como mostrado no diagrama abaixo. Filtro Passa Alta É um circuito que permite a passagem de sinais com frequências acima de uma certa frequência (fo), e atenua os sinais com frequências inferiores a esta, como mostrado no diagrama abaixo. Combinando circuitos passa baixa e passa alta é possível implementar filtro passa banda (um passa baixa em série com um passa 16

17 Condicionamento de Sinal Excitação Alguns transdutores requerem uma tensão externa ou sinais de corrente de excitação. Os módulos de condicionamento de sinal para esses transdutores geralmente geram esses sinais. Por exemplo, em medições utilizando-se RTDs, normalmente utiliza-se uma fonte de corrente que converte a variação da resistência em relação a uma tensão mensurável. 17

18 Condicionamento de Sinal Linearização Outra função comum do condicionamento de sinal é a linearização. Muitos transdutores, como os termopares, têm uma resposta nãolinear às mudanças das ocorrências que vão ser medidas. Deve-se conhecer a natureza do sinal, a configuração de medição e os efeitos do ambiente ao redor do sistema. Com base nestas informações, pode-se determinar qual o mais adequado condicionamento de sinal para um determinado sistema de aquisição de dados. 18

19 P&ID -Diagrama de Processo e Instrumento P & IDs mostram processo industrial como equipamento é interconectado por um sistema de canais. Esquemas de P & ID também mostram os instrumentos e as válvulas que monitoram e controlam o fluxo de materiais através das tubulações. Ou tubulação 19

20 P&ID -Diagrama de Processo e Instrumento 20

21 P&ID -Diagrama de Processo e Instrumento 21

22 P&ID -Diagrama de Processo e Instrumento 22

23 P&ID -Diagrama de Processo e Instrumento 23

24 P&ID -Diagrama de Processo e Instrumento 24

25 P&ID -Diagrama de Processo e Instrumento Na Planta Na Sala de Controlo Não Acessível 25

26 P&ID -Diagrama de Processo e Instrumento 26

27 P&ID -Diagrama de Processo e Instrumento 27

28 P&ID -Diagrama de Processo e Instrumento 28

29 P&ID -Diagrama de Processo e Instrumento 29

30 P&ID -Diagrama de Processo e Instrumento 30

31 P&ID - EXEMPLOS Controlador de temperaura Transmissor de temperatuar Água Vapor Válvula de controlo Pneumático Permutador de Calor 31

32 # Capítulo FIM