MANUAL DE INSTRUÇÕES

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1 UFRGS - UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA DELET DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA MANUAL DE INSTRUÇÕES CONDICIONADOR DC PARA EXTENSOMETRIA MODELO FT CC NI 1094

2 ÍNDICE Capitulo 1 Visão geral do instrumento 3 Capitulo 2 Características do instrumento 4 Capitulo 3 Funcionamento do instrumento 7 Capitulo 4 Circuito 10 Capitulo 5 Calibração 22 2

3 1 Visão geral do instrumento O condicionador de sinais para extensometria FT CC NI 1094 foi desenvolvido pelo IEE Instrumentação Eletro-eletrônica e INMETAL Laboratório de Instrumentação Metalúrgica, para uso como instrumento de medição de deformação mecânica baseado em Strain Gauges. O instrumento é composto por um circuito condicionador (formado por um amplificador de instrumentação e um amplificador somador, que formam o condicionador de sinais propriamente dito) com controles externos de balanceamento e escala, um circuito com display LCD para visualização da medição, um circuito retentor de pico e uma fonte de alimentação acondicionados em caixa metálica, como mostrado na figura 1 abaixo. Figura 1: condicionador de sinais para extensometria As características e a descrição do instrumento são abordadas no capitulo 2 deste manual e o seu funcionamento é visto no capitulo 3. Os circuitos mencionados acima são mostrados em detalhes no capitulo 4. O capitulo 5 aborda a calibração do instrumento. 3

4 2 Características do instrumento Há dois modelos de condicionadores: um com um painel de conexões (instrumentos A e B) para uso com pontes de strain gauges e outro com conector DIN (instrumentos C e D) para uso com células de carga. A identificação de cada instrumento está disposta na parte superior do mesmo. As demais características do condicionador são comuns aos dois modelos, como descrito abaixo: O instrumento conta com circuito de retenção de pico que proporciona o registro de picos de leitura (tanto positivos quanto negativos) em testes dinâmicos. O display LCD permite a visualização das leituras obtidas pelo condicionador com uma resolução de até +/-2000 unidades. O instrumento conta com duas escalas para leitura: X1 e X10, o que permite mensurar deformações/cargas maiores que o limite de resolução do display LCD. A deformação/carga máxima mensurável pelo instrumento é mostrada na tabela 1, abaixo: Escala X unidades Escala X unidades Tabela 1: deformação/carga suportada O valor de tensão na saída analógica para deformação máxima é de 2V. Valores acima deste não serão visualizados no display. A correção de desbalanço das pontes de strain gauges (ou células de carga), por meio dos ajustes fino, médio e grosso, permite uma medição com grande exatidão. A alimentação do instrumento pode ser da rede elétrica de 110/220V ou de uma bateria de 12V externa. O instrumento pode ser conectado em strain gauges de 120 Ω ou 350Ω em configurações de ¼ de ponte, ½ ponte, ponte completa ou à células de carga com sensibilidade de 2mV/V. A alimentação para a ponte externa de strain gauges ou célula de carga, pode ser selecionada em +/-2,5V (padrão) ou em +/-5V, por meio do jumper interno JP1 (aberto=+/-2,5v) mostrado nas figuras 9 e 16 deste manual. A saída analógica de 0 à +/-2V permite a conexão do sistema de medição com um conversor A/D e conseqüente sistema digital tal como um computador para a aquisição de dados de leitura. Todos os circuitos do instrumento são acondicionados em uma caixa metálica, como já mencionado anteriormente, a qual possui dois painéis (dianteiro e traseiro) com display para visualização, controles para ajustes externos e conexões de alimentação, saída analógica e conexão com os sensores de medição (strain gauges/células de carga). Nos itens A e B da próxima página, há uma descrição mais detalhada de cada painel e seus respectivos elementos. 4

5 A Painel dianteiro: Figura 2: painel dianteiro Display LCD: permite a visualização da medição. Chave de controle de escala (X1 e X10) CH3: permite o ajuste do ganho do amplificador interno do condicionador, modificando assim a escala de leitura do instrumento. Chave liga/desliga do retentor de pico CH4: chave de duas posições que aciona o retentor de pico do instrumento. Chave pos/neg CH5: chave seletora da polaridade do sinal (positiva ou negativa) que será registrado pelo circuito do retentor de pico. Chave reset CH6: botão de reset do retentor de pico. Quando pressionada para cima limpa o registro positivo do retentor de pico e quando pressionada para baixo, limpa o registro negativo. Controle de ajuste grosso do balanceamento CHS1: realiza o ajuste grosso do balanceamento por meio de um botão giratório que comanda uma chave seletora interna. Corrige desbalanços na ordem de milhares de unidades. Controle de ajuste médio do balanceamento CHS2: realiza o ajuste médio do balanceamento por meio de um botão giratório que comanda uma chave seletora interna. Corrige desbalanços na ordem de centenas de unidades. Controle de ajuste fino do balanceamento CHS3: realiza o ajuste fino do balanceamento por meio de um botão giratório que comanda um resistor multivoltas interno. Corrige desbalanços na ordem de dezenas de unidades. B - Painel traseiro: Figura 3: painel traseiro 5

6 Chave liga/desliga/bateria CH1: chave de duas posições que liga a alimentação pela rede ou seleciona a alimentação por bateria de 12V externa (desligado). Chave 110/220 CH2: chave seletora da tensão de alimentação externa 110 ou 220V. Cabo de força: conexão para a rede elétrica. Porta fusível: fusível de 100mA Bornes +/- saída analógica: saída analógica em tensão (+5V/-5V) do circuito do condicionador de sinais, para conexão à outros instrumentos. Bornes +/- bateria: conexão para alimentação externa com bateria (12V). Painel de conexões A à K: painel com parafusos para conexões aos sensores (strain gauges), possibilitando a conexão em configurações (ilustradas no próprio painel) de ¼ de ponte, ½ ponte ou ponte completa. Obs.: O painel mostrado no item B, acima, refere-se aos instrumentos A e B. Os instrumentos C e D possuem um conector DIN para conexão com células de carga e seus painéis de conexões A à K, estão cobertos. 6

7 3 Funcionamento do instrumento Para utilizar o instrumento deve-se conectá-lo à rede elétrica ou a uma bateria de 12V. Antes de conectar o instrumento à rede elétrica, deve-se observar se foi selecionada a tensão de alimentação correta na chave 110/220V, localizada no painel traseiro do instrumento. Conforme foi mencionado no capitulo anterior, o instrumento pode ser conectado em configurações de ¼ de ponte, ½ ponte ou ponte completa (essa configuração é usada também, para conexão de células de carga aos instrumentos A e B) no caso de conexão a strain gauges. Para tanto, devem ser seguidos os diagramas ilustrados no painel traseiro do instrumento. Os instrumentos C e D devem ser conectados somente à células de carga. As diversas possibilidades de conexão são detalhadas nos itens A, B, C e D abaixo: A Conexão em ¼ de ponte: A conexão do strain gauge é feita por meio de três fios conectados aos parafusos A,C,H ou I (conforme o tipo de strain gauge) e com um fio conectado entre os parafusos D e E, como indicado na figura 4 abaixo: B Conexão em ½ ponte: Figura 4: ligação em ¼ de ponte A conexão dos strain gauges é feita por meio de três fios conectados aos parafusos A,B e C e com um fio conectado entre os parafusos D e E, como indicado na figura 5 abaixo: Figura 5: ligação em ½ ponte 7

8 Obs.: os tipos de ligações acima devem ser balanceadas por meio de ponte interna. Somente execute esses tipos de ligações no instrumento que possui a ponte interna (instrumentos A e B). C Conexão em ponte completa: A conexão dos strain gauges é feita por meio de quatro fios conectados aos parafusos A, B, C e D, como indicado na figura 6 abaixo: Figura 6: ligação em ponte completa D Conexão em células de carga (ponte completa): A conexão com a célula de carga é a mesma utilizada para ponte completa do item C, acima. Essa conexão é utilizada nos instrumentos A e B. Nos instrumentos C e D, é utilizado o conector DIN presente no painel traseiro desses instrumentos. Se houver necessidade de se conectar o instrumento a um sistema de aquisição de dados externo, deve-se conectar os terminais de saída analógica do instrumento aos terminais de entrada de sinal do sistema de aquisição de dados. Após realizada a conexão dos strain gauges (e da saída analógica, se for o caso) ou célula de carga, o instrumento pode ser colocado em operação. Para tanto, a chave CH1 deve ser posta na posição liga (se a alimentação for oriunda da rede elétrica) ou na posição desliga/bateria (se a alimentação for oriunda de bateria) e a chave de escala, CH3 do instrumento deve ser ajustada na posição X1. Para que o instrumento possa realizar medições precisas, a ponte de strain gauges (ou célula de carga) conectada a ele, deve estar balanceada (sem força aplicada, o display deve marcar zero de leitura). Se a ponte não estiver balanceada, o display apresentará uma leitura diferente de zero e assim a medição apresentará um erro de leitura quando houver aplicação de força. Para corrigir isso, deve-se proceder ao balanceamento manual da ponte. Para realizar o balanceamento manual, a escala do instrumento deve permanecer na posição X1. Observa-se então, o valor apresentado no display 8

9 e por meio dos três controles de balanceamento manual (CHS1, CHS2 e CHS3) obtém-se uma leitura igual à zero no mesmo. Quando isso ocorrer a ponte está balanceada e o instrumento está pronto para realizar as medições. Se as medições realizadas com o instrumento forem dinâmicas e desejar-se medir os valores máximos de pico (tanto para valores positivos quanto para negativos), pode-se fazer uso do sistema de retenção de pico do instrumento. Para tanto, a chave CH4 do retentor de pico deve ser colocada na posição L. A chave CH5 deve ser colocada na posição pos para reter valores de leitura positivos e na posição neg para reter valores negativos. Antes de iniciar as medições, o retentor de pico deve ser resetado por meio da chave CH6. Para resetar valores positivos armazenados no retentor, deve-se pressionar a chave reset para cima e para resetar valores negativos, deve-se pressionar a chave para baixo (mesmo sentido da chave CH5 do retentor). Ao realizarem-se medições e o valor apresentado no display ultrapassar o valor de 2000 unidades, pode-se mudar a escala do instrumento para a posição X10, o que permitirá medições de até unidades (o display mostrará o valor dividido por dez). 9

10 4 Circuito O circuito completo do instrumento pode ser subdividido em seis circuitos: circuito da fonte de alimentação, circuito da fonte de alimentação para ponte de strain gauges, circuito do amplificador, circuito do balanceamento, circuito do retentor de pico e circuito do DPM. A seguir estão descritos detalhadamente cada um desses circuitos: A - Circuito da fonte de alimentação: A fonte é composta por um transformador simétrico 110V/12V 500mA, uma ponte retificadora de onda completa formada pelos diodos de sinal D1, D2, D3 e D4 e dois filtros compostos pelos capacitores C1 e C2. No primário do transformador há um fusível de 100mA para proteção do circuito. A chave CH1, dois pólos x duas posições, liga e desliga o equipamento e seleciona o tipo de alimentação desejada: rede ou bateria. A chave CH2 (chave H-H) seleciona o nível de tensão da rede: 110Vou 220V. O inversor é constituído pelos transistores T1 e T2, pelos resistores R1, R2, R3 e R4, pelos capacitores eletrolíticos C3, C4 e C5 e, finalmente, pelos diodos de sinal D5, D6, D7, D8, D9, D10 e D11. Os jumpers JP1 e JP2, quando abertos, desconectam o circuito inversor do restante do circuito. Há, ainda, um fusível de 2A para proteção do circuito. Esse circuito é mostrado na figura 7, abaixo. Figura 7: circuito da fonte de alimentação A tensão simétrica +/-V, proveniente dos filtros, deve ser regulada. Para isso existem os seguintes integrados: LM7808 (CI1) regulador de +8V, LM7805 (CI2) regulador de +5V, LM7908 (CI4) regulador de -8V e o LM7905 (CI3) regulador de -5V. Há ainda a possibilidade de colocar um transistor (BC135) 10

11 como driver de corrente para displays de sete segmentos. Isso é mostrado na figura 8, abaixo. Figura 8: circuito da fonte de alimentação reguladores de tensão B Circuito da fonte de tensão para a ponte de strain gauges: A partir da tensão de +5V do regulador LM7805 deve-se obter a tensão simétrica de alimentação da ponte de strain gauges (+/-2,5V). A tensão de +2,5V é obtida através de um divisor resistivo, formado pelos resistores de precisão (1%) R2 e R3. Esse circuito é isolado do restante através de um buffer (ganho G=1), formado pelo amplificador operacional CI5 (LM741) e o resistor R4. Na saída desse integrado, há o transistor de potência BD677 (T2), que aumenta a capacidade de corrente da fonte, sem sobrecarregar o amplificador operacional. Desta forma, temos uma fonte de tensão com características próximas as da fonte ideal: tensão constante com a carga (regulação zero). Também compõem a fonte, os capacitores eletrolíticos C5 e C6 e o resistor de potência R1. A tensão de -2,5V é obtida a partir da tensão de +2,5V, através de um amplificador inversor de ganho unitário. Este é formado pelo amplificador operacional CI6 (LM741) e pelos resistores R6, R7 e R8. Os resistores R7 e R8 definem o ganho do inversor, dado por: R8 G = R7 O resistor R6 minimiza o erro de tensão na saída do inversor devido à existência de uma corrente de polarização na sua entrada que não é desprezível, principalmente em se tratando de um LM741. Na saída do amplificador operacional há um transistor de potência BD678 (T3) de função análoga ao BD677 na fonte positiva. Também fazem parte da fonte negativa os capacitores eletrolíticos C7 e C8 e o resistor de potência R5. Em paralelo com o resistor R2 do divisor resistivo da fonte positiva, há um jumper (JP1). Quando utilizado, esse jumper possibilita a alimentação da ponte de strain gauges com 10V (+/-5V), pois ele liga diretamente a tensão de +5V à entrada do buffer. O circuito é mostrado na figura 9, da página seguinte. 11

12 Figura 9: circuito da fonte de alimentação para os strain gauges C Circuito amplificador condicionador DC: O circuito do amplificador pode ser dividido em dois módulos: o amplificador de instrumentação e o amplificador somador. O amplificador de instrumentação é formado pelos amplificadores operacionais CI7 (LM308), CI8 (LM308) e CI9 (LM725) e os resistores R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18, R19, R20 e R21 (todos de 1%), como mostrado na figura 10, abaixo. Figura 10: circuito do amplificador de instrumentação 12

13 Analisando mais cuidadosamente o circuito vê-se que o CI9 e os resistores R18, R19, R20 e R21 formam um amplificador diferencial de ganho dado por: R21 G = R19 Desde que R18 R21 = R19 R20. No caso: G = 6 Já o CI7 e o CI8, juntamente com os resistores R10, R11, R12, R13, R14 e R25 formam um estágio de entrada (com elevada impedância de entrada) com ganho dado por: R13 G = + 1 R15 Já que R13 = R12 e R15 = R14. No caso: G = 20 Assim a tensão no ponto P5, V 5, na saída do amplificador de instrumentação, é: R21 R13 V5 = VO + 1 R19 R15 Onde Vo é a tensão diferencial de saída da ponte de strain gauges, e V O = ( I n+ I n ). No caso: V5 = 120 VO Os capacitores C11 e C12 são para compensação de freqüência do CI7. Os capacitores C14 e C15 têm função análoga em relação ao CI8. No CI9 a compensação em freqüência é feita pelo resistor R23 e o capacitor C18 e pelo resistor R22 e o capacitor C19. Os capacitores C9, C10, C13, C16, C17, C20 servem como filtros e estão ligados cada qual a um pino de alimentação de um amplificador operacional. Note-se que todos os operacionais estão alimentados com tensões reguladas de +/-8V. Entre os pinos 1 e 8 do CI9 está ligado o trimpot R24 responsável pelo ajuste da tensão de off-set deste módulo. Idealmente esta tensão deveria ser zero, senão pelo fato de que a tensão de off-set fosse nula, pelo menos por se tratar de um amplificador diferencial (CMRR infinito). Na prática, nada disto se confirma. O segundo módulo do amplificador é o amplificador somador, constituído pelo amplificador operacional LM308 (CI10), pelos resistores R25, R26, R28, R31 e R32 (todos de 1%), pelos trimpots R27 e R29 e pelos capacitores C21 e C22. O circuito é mostrado na figura 11, da página seguinte. O amplificador somador é na verdade um amplificador inversor cujo ganho é escolhido através da chave CH3, a chave da escala x1/x10, e é dado pela fórmula: Rf G = Ri No caso Ri é o resistor R25 e Rf o conjunto R26 + R27, para a escala x1, ou o conjunto R28 + R29, na escala x10. A presença dos trimpots R27 e R29 se justifica pelo fato de que o ganho do módulo deve ser ajustado para que o ganho total do amplificador seja 1000, ou seja, cerca de 8,33 na escala x1 e 0,833 na escala x10 (o ganho do primeiro módulo é 120). 13

14 Em paralelo a R26 e R27 está localizado o capacitor C21 formando um filtro passa-baixa em conjunto com R25 e CI10. Analogamente há um capacitor, C22, em paralelo com R28 e R29. Figura 11: circuito do amplificador somador A chave CH3 é de dois pólos x duas posições, pois ao mesmo tempo em que seleciona o ganho, também seleciona o resistor de polarização adequado, R31 ou R32, conforme a escala, que minimizam o erro de tensão na saída, causado pela existência de uma corrente de polarização diferente de zero. Os capacitores C23 e C25 servem como filtros e estão ligados cada qual a um pino de alimentação do amplificador operacional LM308 (CI10). O capacitor C24 é para compensação de freqüência do integrado LM308. O resistor R30 limita a corrente em caso de curto-circuito da saída analógica, servindo de proteção ao CI10. Os diodos zener D1 e D2 limitam a tensão da saída analógica em aproximadamente +/-5V. Evita-se, assim, que eventuais sobretensões na saída analógica venham a danificar algum outro equipamento ligado à saída do condicionador ou o próprio DPM que está ligado à saída analógica através do trimpot R33. Esse trimpot deve ser ajustado para que a tensão máxima entregue ao DPM seja 2V (-2V) correspondente a uma saída analógica de 5V (-5V) ou a uma deformação de 2000 unidades (-2000 unidades). Na entrada inversora (-) do amplificador operacional CI10, está ligado o circuito de balanceamento. 14

15 D Circuito de balanceamento: O balanceamento manual é, na verdade, formado por dois divisores resistivos e um helipot. Isso é mostrado na figura 12, abaixo. Figura 12: circuito de balanceamento Os dois divisores resistivos formam os ajustes grosso e médio. O ajuste grosso é um conjunto de 10 resistores iguais em série ( R1-R10 ), ligado às tensões de alimentação ( +/-2,5V ) e cada resistor ligado à chave seletora CHS1, conforme figura 2.1. Desta forma, a tensão na saída do seletor varia desde -2,5V até +2,5V (sentido de giro: horário), em intervalos de 0,5V de acordo com a posição da chave seletora. Na saída da chave CHS1 está localizado o resistor R21, que pode ser encarado como um conversor tensãocorrente, uma vez que a saída do circuito de balanceamento deve ser em corrente (lembre-se que o balanceamento manual está ligado diretamente à entrada inversora do amplificador somador - figura 10). Este resistor é que determina a quantidade de corrente que uma determinada posição do seletor fornecerá (ou retirará) ao amplificador somador. Em última análise, é este resistor que determina a influência do balanceamento grosso sobre o condicionador (para uma posição específica da chave). O ajuste médio também é constituído por um conjunto de 10 resistores iguais em série ( R11-R20 ), ligado à alimentação (+/-2,5V) e cada resistor à chave seletora CHS2. A diferença está no resistor R22, ligado à saída da chave CHS2, que neste caso é cerca de 10 vezes maior. O ajuste fino é feito através de um helipot multivoltas (CHS3) de fio (R24), ligado também à alimentação e ao resistor R23. A tensão de alimentação do circuito de balanceamento, +/-2,5V, é a mesma que é utilizada para alimentar a ponte de strain gauges ou célula de carga. Desse modo, qualquer variação eventual na mesma far-se-á sentir tanto na ponte quanto no balanceamento. 15

16 E Circuito do retentor de pico: O circuito elétrico do retentor de pico é tão simples quanto seu funcionamento. Esse circuito é dividido em duas partes: uma positiva, que armazena o valor de pico positivo da saída analógica do condicionador de sinal; e outra negativa, que armazena o valor de pico negativo da mesma. Isso pode ser visto nas figuras 13 e 14, abaixo. Figura 13: funcionamento do retentor de pico Figura 14: circuito do retentor de pico A parte negativa tem na entrada um buffer, que é constituído pelo amplificador operacional CA3130 (CI12), pelo transistor T5 e pelos resistores R35 e R37. Esse buffer isola o condicionador de sinal do restante do circuito do 16

17 retentor. Ligado entre a saída do buffer e o terra, está o conjunto formado pelo resistor R39 e o capacitor C29, que é o responsável por armazenar a tensão de pico. Segue-se um buffer de saída que isola o retentor de pico do circuito ao qual é ligado, o DPM. Este buffer é formado pelo amplificador operacional CA3130 (CI14), pelos resistores R43, R45 e R47 e pelo capacitor C31. O funcionamento é o seguinte: o capacitor C29 carrega-se, através do resistor R39 (Tc=0,594 ms) até atingir a tensão da entrada do retentor de pico, já que CI14 forma um buffer. Enquanto a saída analógica do condicionador aumentar de valor, o capacitor C29, continuará a se carregar. No momento em que a saída analógica começar a diminuir de valor, o capacitor C29 que deveria se descarregar não terá por onde fazê-io. Isso porque está ligado à entrada inversora do buffer de entrada e a entrada não-inversora do buffer de saída, onde não circulam corrente. O único caminho para a corrente de descarga seria a saída do buffer de entrada, isso se ali não estivesse o transistor T5, cuja junção base-coletor é um diodo. O capacitor C29 só se descarrega (através dos resistores R39 e R41) quando a chave de reset CH6 (dois pólos x uma posição - normalmente aberta) é acionada. Os capacitores C27 e C33 são para compensaçâo de freqüência dos amplificadores operacionais CI12 e CI14. O trimpot R49 é para compensação da tensão de off-set do circuito. O resistor R47 é para proteção contra um eventual curto-circuito na saída. A parte positiva tem os mesmos componentes que a negativa, cada qual com a mesma função. Na saída há duas chaves: a chave pos/neg (CH5) e a chave lig/des (CH4). Através da chave CH5 se escolhe qual dos dois valores de pico armazenados será mostrado pelo DPM: o positivo ou o negativo. Através da chave CH4 pode-se escolher o que será mostrado pelo DPM: se a saída do retentor de pico (a positiva ou a negativa conforme a chave CH5) ou a saída analógica do condicionador de sinal. Note que, a chave CH4 na verdade não desliga o retentor de pico, apenas inibe sua visualização. F - DPM: O DPM é basicamente constituído por um circuito integrado, o ICL7106 (CI1). Esse integrado contém um conversor analógico-digital dupla rampa associado a um decodificador para um display LCD de 3 ½ dígitos. Outras características são o circuito de auto-zero e fundo de escala em 200mV ou 2,0V. Tudo isso ligando ao integrado uma pequena quantidade de componentes passivos. O circuito é mostrado na figura 15, na próxima pagina. Para que se tenha uma sensibilidade de 2,0V, a constante de tempo do integrador e a referência devem ser modificadas. Por isso foram escolhidos os valores para R3 e C3 conforme figura 15. Para o fundo de escala de 2,0V a tensão de referência, tensão entre os pinos REF HI e REF LO, deve ser de 1,0V Isso é conseguido ajustando-se o trimpot R9. O capacitor de integração C5 deve possuir baixas perdas dielétricas. Características como estabilidade ao longo do tempo e baixo coeficiente de temperatura não são necessárias, uma vez que o conversor AD dupla-rampa é imune a essas variações. Desse modo um capacitor de polipropileno atende bem às exigências. O capacitor de auto-zero C3 pode ser de mylar. 17

18 Figura 15: circuito do DPM Como clock para o integrado é usado um simples oscilador RC, constituído por R1 e C2. Esse oscilador tem freqüência de 48 KHz que é dividida por quatro antes de ser usada como clock para o sistema. O período de clock interno é então 83,3µs. Como cada conversão precisa de cerca de 4000 pulsos de clock, tem-se uma freqüência de aproximadamente 3 leituras por segundo (o que pode ser considerado bom, caso se leve em conta que a freqüência máxima de leituras que o olho humano consegue distinguir é estimada em 5 leituras por segundo). A escolha de 48kHz também está ligada ao fato desta freqüência ser um número inteiro de vezes a freqüência da rede (60Hz), garantindo ótima rejeição a ruídos provenientes da rede. Modificações realizadas no circuito: Para melhor adequação do instrumento ao uso no LMEAE, foi necessário realizar algumas modificações no circuito original: os resistores R26 (200kΩ) e R28 (20kΩ) foram substituídos por resistores de 100kΩ e 10kΩ, respectivamente. O trimpot R33 foi retirado do circuito e a saída ao DPM foi ligada diretamente à saída SA. O ganho do circuito amplificador foi ajustado através de R27 e R29 para um valor menor (aproximadamente G=600 na escala X1 e G=60 na escala X10). Além disso, foi colocado um conector DIN nos instrumentos C e D. Relação de Componentes: Fonte de alimentação: Transistores T1/T2 Capacitores C1/C2/C3 C4/C5 BC uF 10uF 18

19 Resistores R1/R4 150R 10% R2/R3 680R 10% Diodos D1/D2/D3/D4/D5/D6/D11 1N4001 D7/D8/D9/D10 1N914 (4148) Diversos 2 Jumpers 1 Transformador 15+15V / 500mA 1 Chave 2 pólos x 2 posições 1 Chave H-H Cabo de alimetação 1 Borne preto 1 Borne vermelho 1 Porta fusível para painel Condicionador (placa principal): Circuitos Integrados CI CI CI5/CI6 741 CI CI CI7/CI8/CI10 LM308 CI9 LM725 Cl11/CI12/CI13/CI14 CA3130 Transistores T1 (não utilizado) T2 T3 T4/T5 Capacitores C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8 C9/C10/C13/C16/C17/C20/C23/C24/C25/C30/C31 C21 C22 C11/C15/C26/C27/C32/C33 C12/C14 C18 C19 C28/C29 Resistores R1/R5 BD135 BD263 (BD677) BD262 (B0678) BC548 22uF/25V 100nF 560pF 5,6pF 100pF 68pF 1,5nF 47nF 2,2uF 250V MAC 56R 10% 5W 19

20 R2/R3/R4/R7/R8/R16/R17/R34/R35/R42/R43 10K R6 4,7K R10/R11 100K R12/R13/R32 14K R18/R19 1,4K R14/R25 2,8K R20/R21/R25 28K R30 220R 10% R26 200K (100K) R28 20K (10K) R31 24,9K R23 270R 10% R22 27R 10% R36/R37/R44/R45 2,2K R38/R39 270R R40/R41 100R R46/R47 220R Trimpots R24/R27/R48/R49 R9/R29/R33 100K 10K Diodos D3 Germânio D1/D2 Zener 5,1V Diversos 10 Soquetes de 8 pinos 2 Jumpers 1 Barramento de conectores aparafusados de 11 segmentos 2 Chaves 2 pólos x 2 posições 1 Chave H-H 2 Chaves 1 pólo x 2 posições 1 Borne preto 1 Borne vermelho Obs: Todos os resistores, salvo indicação em contrário, têm tolerância de 1%. Balanceamento Manual: Resistores R1- R20 1K R21 23,7 K R22 221K R23 2M 10% R24 (Helipot Multivoltas) 20K 5% Obs: Todos os resistores, salvo indicação em contrário, têm tolerância de 1%. 20

21 DPM: Circuitos Integrados CI1 Capacitores C1 C2 C3 C4 C5 ICL pF 100nF 47nF 10nF 220nF Resistores R1 100K R2 1M 10% R3 47K 10% Diversos 1 Display LCD 3 ½ dígitos Disposição dos circuitos no instrumento: A localização de cada circuito apresentado, acima, na caixa de acondicionamento do instrumento é mostrada na figura 16 abaixo: Circ. do DPM Circ. de balan. Circ. do retentor de pico Circ. do Ampli. Fonte de aliment. Reg. da fonte de aliment. Fonte p/ Strain Gauges Jumper JP1. Figura 16: disposição dos circuitos 21

22 5 Calibração Para efetuar medições corretas é necessária a calibração do instrumento, pelo menos anualmente. Para tanto, é necessário o ajuste de offset e ganho do circuito amplificador, off-set do circuito retentor de pico e ajuste das tensões de referência para o circuito DPM. Para efetuar esses ajustes (com exceção do item D, que necessita do balanceamento para o ajuste do ganho), o circuito de balanceamento deve ser desligado do instrumento através de seu conector (conector tipo sindal). Após a realização dos ajustes o circuito de balanceamento deve ser re-conectado. A seguir são descritos detalhadamente os procedimentos de como efetuar esses ajustes e a seqüência dos mesmos. A Off-set do amplificador: Para efetuar esse ajuste é necessário conectar as entradas A e D (-IN e +IN) à entrada G (terra) do painel traseiro do instrumento com um fio condutor, colocar a chave CH3 na escala X1 e medir a tensão (com um voltímetro, na escala de milivolts) na saída analógica SA (conector F do painel traseiro) do instrumento. Nessa configuração a tensão na saída deve ser zero, caso contrário, o off-set deve ser ajustado através do trimpot R24 até que a tensão seja zero (o valor da tensão deve ser o mais próximo possível de zero, com no máximo +/-1mV de tolerância). B Ajuste da tensão de referência do DPM: Para ajustar a tensão de referência do DPM, deve ser medida a tensão no ponto Ref (terminal de contatos da placa) e ajustado o trimpot R9. A tensão em Ref deve ser igual à 1V. C Ajuste de off-set do retentor de pico: Esse ajuste é semelhante ao apresentado no item A. Para realizá-lo deve-se realizar o mesmo procedimento mostrado no item A (entradas A, D, G conectadas e chave CH3 na posição X1), com a diferença, que agora deve-se monitorar o valor mostrado no display do instrumento, ao invés da tensão em SA. A chave CH4 deve ser colocada na posição L (ligado) e a chave CH6 (reset) deve ser acionada tanto para o lado positivo quanto para o negativo. Caso o valor apresentado pelo display seja diferente de zero é necessário ajustar os off-sets do retentor de pico através dos trimpots R48 e R49. Para ajustar-se o off-set do retentor de pico positivo coloca-se a chave CH5 na posição positivo e ajusta-se o trimpot R48 até que o valor mostrado pelo display seja zero. Analogamente, fazê-se o mesmo em relação ao off-set do retentor de pico negativo, através do ajuste do trimpot R49 (chave CH5 na posição negativo). 22

23 D Ganho do amplificador: Esse é o ajuste mais difícil a ser realizado, pois deve ser conectada uma célula de carga ao instrumento e aplicada uma força na mesma (utilizam-se pesos padrão para aplicação da força), para que surja uma tensão nos terminais de entrada do instrumento, proporcional à força aplicada. A sensibilidade da célula de carga deve ser de 2mV/V. A ligação da célula deve ser realizada conforme o capitulo 3, item C e D deste manual conexão em ponte completa no caso de utilizarem-se os instrumentos A e B, e através do conector DIN no caso dos instrumentos C e D. Ao conectar a célula de carga, o balanceamento deve ser ajustado de forma que, quando nenhuma força for aplicada à célula de carga, a saída do instrumento apresente zero volts. A chave CH3 deve ser colocada inicialmente na posição X1 e a chave CH4 deve ser colocada na posição D. O ganho é ajustado para que com um peso, com massa igual à 1000g, aplicado à célula de carga, o instrumento forneça 1V na escala X1 e 0,1V na escala X10. A tensão de saída deve ser medida em SA, e caso seja diferente de 1V na escala X1, o ganho deve ser ajustado (através do trimpot R27). Analogamente, para ajustar o ganho com a escala em X10 (chave CH3 em X10), é ajustado o trimpot R29. Para essa escala, a tensão em SA, deve ser de 0,1V, como já mencionado. Obs.: todas às tensões são medidas em relação ao terra (entrada G do painel de conexões traseiro). Localização dos trimpots: A figura 17 abaixo, mostra a localização dos trimpots de ajuste, na placa de circuito. R9 e R49 R24, R27 e R29 R48 Figura 17: localização dos trimpots 23

24 Resultados obtidos após a calibração: As tabelas e gráficos abaixo (e das próximas páginas) representam os valores de tensão (medidos na saída analógica) e os valores lidos no display (DPM) dos instrumentos, após a calibração dos mesmos. Os resultados foram obtidos em três leituras (duas de subida e 1 de descida) em cada escala, com incrementos de 200g: Instrumento A escala X1: Leitura 1: Leitura 2: Leitura 3: Média: Peso: SA (V): DPM: SA (V): DPM: SA (V): DPM: SA (V): DPM: 0g 0, , , ,000 0,7 200g 0, , , , ,0 400g 0, , , , ,7 600g 0, , , , ,0 800g 0, , , , ,3 1000g 1, , , , ,0 1200g 1, , , , ,0 1400g 1, , , , ,7 1600g 1, , , , ,0 1800g 1, , , , ,3 2000g 1, , , , ,7 Tabela 2: valores obtidos instrumento A, escala X1 2,500 2,000 Saída Analógica (volts) 1,500 1,000 0,500 0,000 0g 200g 400g 600g 800g 1000g 1200g 1400g 1600g 1800g 2000g Peso Figura 18: gráfico dos valores médios instrumento A, escala X1 24

25 Instrumento A escala X10: Leitura 1: Leitura 2: Leitura 3: Média: Peso: SA (V): DPM: SA (V): DPM: SA (V): DPM: SA (V): DPM: 0g 0, , , ,0000 0,0 200g 0, , , , ,0 400g 0, , , , ,0 600g 0, , , , ,0 800g 0, , , , ,0 1000g 0, , , , ,0 1200g 0, , , , ,7 1400g 0, , , , ,0 1600g 0, , , , ,0 1800g 0, , , , ,0 2000g 0, , , , ,0 Tabela 3: valores obtidos instrumento A, escala X10 0,2500 0,2000 Saída Analógica (volts) 0,1500 0,1000 0,0500 0,0000 0g 200g 400g 600g 800g 1000g 1200g 1400g 1600g 1800g 2000g Peso Figura 19: gráfico dos valores médios instrumento A, escala X10 25

26 Instrumento B escala X1: Leitura 1: Leitura 2: Leitura 3: Média: Peso: SA (V): DPM: SA (V): DPM: SA (V): DPM: SA (V): DPM: 0g 0, , , ,000 0,3 200g 0, , , , ,0 400g 0, , , , ,7 600g 0, , , , ,0 800g 0, , , , ,0 1000g 1, , , , ,0 1200g 1, , , , ,0 1400g 1, , , , ,3 1600g 1, , , , ,0 1800g 1, , , , ,0 2000g 2,004-2,003-2,005-2,004 - Tabela 4: valores obtidos instrumento B, escala X1 2,500 2,000 Saída Analógica (volts) 1,500 1,000 0,500 0,000 0g 200g 400g 600g 800g 1000g 1200g 1400g 1600g 1800g 2000g Peso Figura 20: gráfico dos valores médios instrumento B, escala X1 26

27 Instrumento B escala X10: Leitura 1: Leitura 2: Leitura 3: Média: Peso: SA (V): DPM: SA (V): DPM: SA (V): DPM: SA (V): DPM: 0g 0, , , ,0000 0,0 200g 0, , , , ,0 400g 0, , , , ,0 600g 0, , , , ,0 800g 0, , , , ,0 1000g 0, , , , ,0 1200g 0, , , , ,0 1400g 0, , , , ,0 1600g 0, , , , ,0 1800g 0, , , , ,0 2000g 0, , , , ,5 Tabela 5: valores obtidos instrumento B, escala X10 0,2500 0,2000 Saída Analógica (volts) 0,1500 0,1000 0,0500 0,0000 0g 200g 400g 600g 800g 1000g 1200g 1400g 1600g 1800g 2000g Peso Figura 21: gráfico dos valores médios instrumento B, escala X10 27

28 Instrumento C escala X1: Leitura 1: Leitura 2: Leitura 3: Média: Peso: SA (V): DPM: SA (V): DPM: SA (V): DPM: SA (V): DPM: 0g 0, , , ,000 1,0 200g 0, , , , ,0 400g 0, , , , ,0 600g 0, , , , ,7 800g 0, , , , ,0 1000g 1, , , , ,7 1200g 1, , , , ,3 1400g 1, , , , ,0 1600g 1, , , , ,7 1800g 1, , , , ,7 2000g 2, , , , ,7 Tabela 6: valores obtidos instrumento C, escala X1 2,500 2,000 Saída Analógica (volts) 1,500 1,000 0,500 0,000 0g 200g 400g 600g 800g 1000g 1200g 1400g 1600g 1800g 2000g Peso Figura 22: gráfico dos valores médios instrumento C, escala X1 28

29 Instrumento C escala X10: Leitura 1: Leitura 2: Leitura 3: Média: Peso: SA (V): DPM: SA (V): DPM: SA (V): DPM: SA (V): DPM: 0g 0, , , ,0000 0,7 200g 0, , , , ,3 400g 0, , , , ,0 600g 0, , , , ,0 800g 0, , , , ,0 1000g 0, , , , ,0 1200g 0, , , , ,0 1400g 0, , , , ,0 1600g 0, , , , ,0 1800g 0, , , , ,0 2000g 0, , , , ,0 Tabela 7: valores obtidos instrumento C, escala X10 0,2500 0,2000 Saída Analógica (volts) 0,1500 0,1000 0,0500 0,0000 0g 200g 400g 600g 800g 1000g 1200g 1400g 1600g 1800g 2000g Peso Figura 23: gráfico dos valores médios instrumento C, escala X10 29

30 Instrumento D escala X1: Leitura 1: Leitura 2: Leitura 3: Média: Peso: SA (V): DPM: SA (V): DPM: SA (V): DPM: SA (V): DPM: 0g 0, , , ,000 0,7 200g 0, , , , ,0 400g 0, , , , ,7 600g 0, , , , ,0 800g 0, , , , ,7 1000g 0, , , , ,7 1200g 1, , , , ,7 1400g 1, , , , ,0 1600g 1, , , , ,3 1800g 1, , , , ,0 2000g 1, , , , ,7 Tabela 8: valores obtidos instrumento D, escala X1 2,500 2,000 Saída Analógica (volts) 1,500 1,000 0,500 0,000 0g 200g 400g 600g 800g 1000g 1200g 1400g 1600g 1800g 2000g Peso Figura 24: gráfico dos valores médios instrumento D, escala X1 30

31 Instrumento D escala X10: Leitura 1: Leitura 2: Leitura 3: Média: Peso: SA (V): DPM: SA (V): DPM: SA (V): DPM: SA (V): DPM: 0g 0, , , ,0000 0,7 200g 0, , , , ,0 400g 0, , , , ,0 600g 0, , , , ,0 800g 0, , , , ,0 1000g 0, , , , ,0 1200g 0, , , , ,0 1400g 0, , , , ,0 1600g 0, , , , ,0 1800g 0, , , , ,0 2000g 0, , , , ,0 Tabela 9: valores obtidos instrumento D, escala X10 0,2500 0,2000 Saída Analógica (volts) 0,1500 0,1000 0,0500 0,0000 0g 200g 400g 600g 800g 1000g 1200g 1400g 1600g 1800g 2000g Peso Figura 25: gráfico dos valores médios instrumento D, escala X10 31