PARA ESTA PROVA, DESRESPEITAR AS SEGUINTES REGRAS VALE 1 PONTO

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1 Instrumentação e Técnicas de Medida EEL710 22/05/2013 1) Quais características devemos observar ao escolher um amplificador de instrumentação para uso em circuitos com ponte de Wheatstone? 2) Descreva formas de minimizar os problemas causados por uma fonte não muito regulada (com flutuação de tensão ao longo do tempo) usada para alimentar a ponte de Wheatstone. 3) Calcule a tensão Eo em função das variações de resistência W. Considere que a equação do multiplicador é 10 (Z1 Z2)=( X1 X2) (Y1 Y2) e B é a parcela da tensão de saída do amplificador de instrumentação que chega a entrada Y1 do multiplicador. Para que serve este circuito? Qual a função do potenciômetro? Sabendo que o erro máximo na saída do multiplicador é de 0,25% quando o seu uso é recomendado? 4) A figura abaixo mostra um sensor resistivo feito com potenciômetro. A resistência Rm que conecta o terminal central do potenciômetro ao terra representa a impedância de entrada do circuito condicionador de sinais. Qual o erro relativo máximo para Vm (resolva teoricamente ou atribua valores e aproxime a resposta calculando 10 pontos da curva de calibração). Qual a função do resistor Rm ligado entre o positivo da fonte e o terminal central do potenciômetro? 5) Monte uma tabela de erros para o circuito medidor de corrente com o AD629. A linha de 60Hz induz um ruído de 1Vpp. O erro de ganho é de 0,05%, e o drift de ganho é de 10ppm/ºC, o erro de não linearidade é de 10ppm, a tensão de offset é de 1mV, o drift de offset é de 20μV/ºC, o CMR para DC é de 77dB e para AC é de , o ruído entre 0,01 e 10Hz é de 15μVpp. Considere os valores para 25ºC e uma variação de temperatura de 60ºC. Qual a melhor resolução para um conversor AD permanecer insensível a todos estes erros?

2 Instrumentação e Técnicas de Medida EEL710 12/06/2013 DISCURSIVA 1) É comum escutar que um capacitor de 100nF em paralelo com a alimentação de circuitos digitais e analógicos minimiza problemas de ruído. Explique se isto é verdade, se vai funcionar sempre ou apenas em condições específicas e se requer cuidados especiais ou não, se pode piorar as coisas... Justifique sua resposta utilizando modelos. 2) Para o esquema ao lado, onde as capacitâncias são parasitas e as fontes Vg 1 e 2 são fontes de ruído, mostre qual a melhor forma de blindagem dos cabos (ligações tracejadas A, B, C ou D). 3) Um acelerômetro piezoelétrico de sensibilidade 1pC/(m/s 2 ) apresenta uma capacitância de 1nF em paralelo com uma resistência muito alta. Para utilizá-lo em medições entre 0,1Hz e 1kHz o mesmo foi conectado ao circuito ao lado (amp. op. ideais). A banda passante se determina com um filtro que não está incluído na figura. Projete o circuito para que a sensibilidade seja ajustável entre 1 e 100mV/(m/s 2 ). 4) Deseja-se utilizar o circuito ao lado como parte de um condicionador de sinais para LVDTs. Mostre como utilizá-lo, interligue-o ao LVDT, complete o circuito com o que for necessário para que a saída seja uma tensão CC proporcional ao movimento do LVDT. Projete o circuito e desenhe as formas de onda nos pontos chaves. Qual a função de C1, R6 e R7?

3 Instrumentação e Técnicas de Medida EEL710 10/07/2013 1) Liste ao menos 1 cuidado especial com cada um dos seguintes itens que compõe um amplificador para fotodiodo (baixa corrente de entrada, elevado ganho): a) amplificador operacional; b) lay out de placa e; c) resistor de realimentação. 2) Para o gráfico de atenuações ao lado (atenuações em db): Obtenha o gabarito de atenuação modificado (passa baixas normalizado) de modo que se possam aplicar as técnicas convencionais de aproximação. Não altere os limites de 400Hz e 900Hz e justifique as alterações efetuadas [Hz] 3) Calcule 1[ o filtro Chebyshev que tem fp = 1256Hz, fs = 3768Hz, Amáx = 0,5 db, e Amín = 20dB. cosh (100,1 A min 1) ]1 2 (10 0,1 A máx 1) n cosh 1 ( ω s ) 4) Sintetize o filtro passa baixas de segunda ordem Sallen Key com a solução de Saraga e valores razoáveis de componentes T (s)= s s Use C3=1, C4= 3Q, R2= 1 3 0, R1= 1 Q 0, m= ganho= 4 3.

4 Instrumentação e Técnicas de Medida EEL710 19/07/2013 1) Determine 7 passos para o projeto de um filtro ativo usando topologia MFB. 2) Alguns multímetros utilizam apenas 2 fios para as medidas de resistência (injetam corrente e medem a tensão sobre a resistência), outros, entretanto, apesar de utilizarem o mesmo princípio de funcionamento apresentam 4 fios para a medida. Quais as vantagens e desvantagens de cada método? Use circuitos para ilustrar. 3) A curva de calibração de um sensor é mostrada ao lado. Escreva uma função de calibração que descreva Vsaída em função de PEntrada. Assegure-se que esta função passa pela origem e determine: a) linearidade; b) histerese; c) sensibilidade; d) offset; e) limiar; f) faixa e faixa dinâmica para a entrada. 4) Projetar o circuito de um amplificador para termopar do tipo K (Chromel-Alumel), cujo coeficiente Seebeck é de 40µV/ºC. Use um AD620 (G=49,4kΩ RG 1 +1), um PT100 0ºC), cujo coeficiente de temperatura é de Ω/Ω/K, e um REF102 (10V para referência). A saída do circuito deve ser ligada a um multímetro na escala de 2V e a temperatura máxima deste termômetro deve ser de 250ºC. Mostre cuidados com cabos e alimentação. 5) Projete o filtro passa baixas, sem ripple na banda de passagem e com Amáx = 0,5dB, Amin=12dB, ωp=1000 rad/s, ωs = 3000 rad/s. Para os filtros: ε= 10 0,1 Amáx 1 Para o Butterworth: n log[(100,1 Amin 1) (10 0,1 Amáx 1) 1 ], 2 logω s Para Chebyshev tipo I: n cosh 1 (10 0,1 Amin 1) (10 0,1 Amáx 1) 1 cosh 1 (ω s ) Para o projeto de um Sallen Key use: m= K=1, R1=R2=1, C4= 2Q ω 0, C3= 1 2 ω 0 Q. V. Saída (mv) Subindo Descendo P. Entrada (kpa)

5 Instrumentação e Técnicas de Medida EEL710 24/07/2013 1) Um sensor de esforços (strain-gauge), com resistência de 24ºC e fator de gauge (FS) de 24ºC, é colado sobre uma barra de aço (figura) que sabidamente sofre uma deformação longitudinal de 0,02% desta dimensão para cada kgf aplicado. Desejamos utilizar este arranjo na construção de um dinamômetro que deve atuar entre 0 e 100 kgf, inserindo o sensor como o quarto resistor de uma ponte de Wheatstone onde os demais elementos possuem todos 120Ω. A ponte será alimentada por uma fonte de 5V regulada. Para os circuitos você dispõe de 1 AD620 (G=49,4kΩ RG 1 +1) 2 OPA27 e 1 REF102 (10V para referência). a) Projete o circuito clássico para que o valor da força, em kgf, possa ser diretamente medido usando um multímetro na escala de 2V. Considere a possibilidade de um descasamento de impedâncias de 1%. b) Avalie (matematicamente) a linearidade da medida feita com o circuito anterior e modifique-o, para que a saída seja linear (não adicione elementos sensores). Quais as desvantagens deste circuito? c) Considerando que o multímetro utilizado é de 3½ dígitos, qual a resolução do equipamento? d) Mostre como compensar este circuito contra variações de temperatura? e) Mostre a tabela de erros considerando que o AD620, para 25ºC, t em Vos =55 V, Ios=0,5nA, Erro de Ganho = 0,15%, Não linearidade de 40ppm, ruído de 0,1 até 10Hz de 280nVpp e 60Hz. Se não compensarmos nenhum destes erros, qual seria a resolução teórica deste circuito? f) Mostre (com modelos e equações) como interligar o sensor em um lugar distante (1 metro) e imerso em campo eletromagnético de 60Hz. g) Supondo que o sinal de interesse está compreendido entre 0 e 5Hz mas que um ruído de 60Hz e seus harmônicos é 2 vezes maior do que o sinal presente na saída do AD620. Projete um filtro para obter uma razão sinal ruído de 100 vezes (só a equação). Para um filtro Butterworth: ε= 10 0,1 Amáx log[ 1, n (100,1 Amin 1) (10 0,1 Amáx 1) 1 ]. 2 log ω s 2) A figura ao lado mostra a estrutura simplificada de um acelerômetro capacitivo, onde o eletrodo central é móvel. Os capacitores diferenciais estão sob a mesma variação, em direções opostas, sendo que C 1 = A e C 2 = A d x. d x Esboce um circuito (diagrama de blocos) de condicionamento de sinais cuja saída seja proporcional a entrada x (indique os ganhos, offset...).