Instrumentação Electronica

Transcrição

1 Instrumentação Electronica Jorge Guilherme 2008 #1

2 Multimetro analogico Multimetro digital Multimetro de bancada Jorge Guilherme 2008 #2

3 Erro = % da leitura + ultimo digito Ex: 1 digito = 1mV Jorge Guilherme 2008 #3

4 Multimetros analogicos Electrónica de Instrumentação Amperimetro Ohmímetro Voltimetro Jorge Guilherme 2008 #4

5 Multímetros electrónicos Jorge Guilherme 2008 #5

6 Calibre 1 = U = U (maxima tensao que pode ser convertida) max E 1 max Calibre 2 = U Calibre 3 = U ex: U E max = = 3V. U > U max2 Emax max1 2 3 = + +. U > U max 3 Emax max 2 3 A medição de X faz-se por comparação com uma resistência de referência Jorge Guilherme 2008 #6

7 Multímetros electrónicos Electrónica de Instrumentação +Vcc Ib Vbe Q1 Im = Vbe s + m = s + m Vbe s + m Erro s Im Ib Im β para β >> 1 m FSD i = = β ( s + m) Ib Jorge Guilherme 2008 #7

8 Compensação de Vbe +Vcc V 2 = Im( s + m) 1 Ib Q1 s m FSD Q2 4 5 = Vbe V 2 = V 2 = Vbe Im = s + m Im Vcc Voltímetro com FET na entrada +Vcc 4 Zi Zi >> Zi bipolar Zi Ib Q1 Q s Im m FSD 3 6 -Vcc n max 25V n min 100mV Jorge Guilherme 2008 #8

9 Amplificação para sinais fracos < 100mV o +Vcc c ajuste zero c Ib Q1 s Im m FSD Q2 1 2 Voltímetro electrónico e -Vcc a b c 1 s+m d 2 FSD atenuador entrada Jorge Guilherme 2008 #9

10 Conversor tensão corrente Im I Sensor de corrente Im m FSD Im = 3 s m FSD Im = I s Jorge Guilherme 2008 #10

11 Amplificador de instrumentação Vo Vo Vo2 V 2 I 1 = = 1 I Vo1 = + 2I Vo2 = V 2 2I = ( V 2) Vo = Vo2 Vo1 = V 2 22I 22 Av = Jorge Guilherme 2008 #11

12 Amplificador de isolamento V+ V Vcc -Vcc Vo -Aplicações médicas -Medidas em alta tensão -Isolamento 1-6kV Jorge Guilherme 2008 #12

13 Aplicação num monitor de electrocardiograma Medição de temperatura Jorge Guilherme 2008 #13

14 ectificação de meia onda Im m Im = s FSD s ectificação de onda completa m FSD s Jorge Guilherme 2008 #14

15 -Vcc Electrónica de Instrumentação ectificadores de precisão ectificador de meia-onda não inversor Vx 1 2 D Vo < 0 D corte Vo=0 Nas alternâncias negativas: Ampop sem realimentação Vx=0 =-Vcc ampop saturado τ Vcc τ = Sr Para não existir distorção 1 f >> Vcc Sr Sr Slew rate > 0 D conduz Vo=-Vd V 2 = A( Vx) A AVx Vd 1 Vo = A Vd AVo = A Vd AβVo A Vd 2 Vo = Aβ 1+ Aβ Jorge Guilherme 2008 #15 Vo = 1 β = >> 1 Para o ampop não saturar, realimentar também nas alternâncias negativas D1 Vo Vx 3 D2 2 2 > 0 Vo = < 0 Vo = L =

16 ectificador de meia-onda inversor > 0 D1 on, D2 off 2 3 Vo = D2 D1 Vo < 0 D1 off, D2 on Vo = 0 V 2 = Vd > 0 ectificador inversor positivo Trocando a posição dos diodos obtemos um rectificador inversor negativo Vo Vo Jorge Guilherme 2008 #16

17 ectificador de onda completa D1 Vo Vo D2 Vo=-(-) V0 Percurso semelhante nas duas alternâncias esistencias em paralelo V3= D1 Vo Vo D2 > 0 D1 V 2 = Vo = V 2 = on = 0 < 0 D2 Vo = 1 + // 2 2 on = = = = 2 Jorge Guilherme 2008 #17

18 Instrumentação Digital Jorge Guilherme 2008 #18

19 Instrumentação digital LED a P f g b Vd 1.2V Id 20mA +Vcc Anodo comum N e c d a b c d e f g LED +Vcc IC +Vcc LDC Cristal liquido vidro Luz IC cristal espelho activo open colector LED Vg 8V onda quadrada 60Hz Ig 300µA Jorge Guilherme 2008 #19

20 LDC Cristal liquido Jorge Guilherme 2008 #20

21 Flip-Flop D Electrónica de Instrumentação Divisor por 2 Jorge Guilherme 2008 #21

22 Contador Binario 3 estados Jorge Guilherme 2008 #22

23 Contadores digitais Electrónica de Instrumentação Contador por 2 D Q ck t ck Qn Q Contador de década (10) D Q D Q D Q D t Q ck ck Qn ck Qn ck Qn ck Qn Q0 Q1 Q2 pulso fim de contagem Q reset Jorge Guilherme 2008 #23

24 ck contador decada Q3 Q0 conversor BCD Contador genérico 7 segmentos Digito Flip- Flop %10 BCD %10 BCD %10 BCD %10 BCD ck Jorge Guilherme 2008 #24

25 Multiplexagem Electrónica de Instrumentação %10 %10 %10 E1 E2 E3 En %10 ck BUS BCD BUS E1 E2 E3 E4 E1 E2 E3 t Jorge Guilherme 2008 #25

26 Jorge Guilherme 2008 #26

27 Exemplo de um voltimetro digital Jorge Guilherme 2008 #27

28 Exemplo de um voltimetro digital Jorge Guilherme 2008 #28

29 Conversor analógico digital ADC em rampa Vr oscilador em rampa Vo reset Contador Display Osc Vr Vo t1 t2 Vr = k( t1+ t2) Vr k = T T = t1+ t2 Vr = t1 T t1 = T Vr Vx C Vr = 1 C t 0 Vx( x) dx Vr NTck Jorge Guilherme 2008 #29 t1 = t1 = T = Vr N = Vr T Tck NTck N = Vr Fck

30 Conversor D/A Digital Analógico -2 D C B A ( 8D + 4C + 2B A) 16 Vo = + Vo 2 N 2-1 Out ConversãoA/D V V max = N 2 1 Precisão voltímetros digitais Precisão = % leitura + último digito (% rdg +1) Ex: V Vmax V=1.800V (0.5% +1) Erro=0.5% de 1.8V V Jorge Guilherme 2008 #30

31 -Vr Vx Electrónica de Instrumentação Conversor A/D em dupla rampa reset C fim de contagem 1 = Vx( t) dt C Vp = α1 α 2 C = C Vr = C t 0 t1 C Contador N1 Display Jorge Guilherme 2008 #31 V3 Osc Circuito utilizado nos voltímetros digitais N 1Tck = VrNTck t1 = N1Tck N1 Vr t1 = t2 t2 = NTck N = Vr C Vp t1 α1 t2 α2 Conversão só depende da precisão de Vr N1 é o modulo do contador

32 Conversor A/D em dupla rampa Jorge Guilherme 2008 #32

33 ICL 7126 Jorge Guilherme 2008 #33

34 Interface de entrada Electrónica de Instrumentação n 1 2 2V 20V Vr autorange 10M 100pF 3 200V comparador Zi 10M // 100 pf Vb DC AC conversor AD conversor MS MS Jorge Guilherme 2008 #34

35 Frequencimetro Jorge Guilherme 2008 #35

36 Frequencimetro digital Electrónica de Instrumentação n amp schmitt trigger V3 Contador N1 Osc reset Display 1s V3 1s Base de tempo 100ms 10ms Precisão ± LSD ± erro base de tempo 1ms Jorge Guilherme 2008 #36

37 eciprocal counting e Medição de período n amp schmitt trigger V3 Contador N1 Osc reset 1s V3 Display 100us Base de tempo 10us 1us 100ns Precisão superior para frequências baixas. Permite a medição do período directamente Jorge Guilherme 2008 #37

38 Medição de rácio de frequências e tempo entre pulsos n2 amp n1 amp schmitt trigger schmitt trigger V3 Contador N1 reset n2 amp n1 amp schmitt trigger schmitt trigger S V3 Contador N1 Osc reset Display Display ácio de frequências Tempo entre pulsos Jorge Guilherme 2008 #38

39 Jorge Guilherme 2008 #39

40 Jorge Guilherme 2008 #40