Instrumentação e Técnicas de Medida EEL710 18/09/2013

Transcrição

1 Instrumentação e Técnicas de Medida EEL710 18/09/2013 Nome: PARA ESTA PROVA, DESRESPEITAR AS SEGUINTES REGRAS VALE 1 PONTO 1) COLOQUE SEU NOME E NUMERE AS FOLHAS DOS CADERNOS DE RESPOSTA 2) RESPONDA AS QUESTÕES EM ORDEM UTILIZANDO ATÉ 2 PÁGINAS POR QUESTÃO (NO MÁXIMO 3) 3) REDESENHE O CIRCUITO E INDIQUE AS CORRENTES E TENSÕES (NOMES E SENTIDOS) 4) ESCREVA AS EQUAÇÕES LITERAIS, E SÓ DEPOIS SUBSTITUA VALORES 5) O EQUACIONAMENTO DO PROBLEMA É MAIS IMPORTANTE QUE A SOLUÇÃO FINAL* 6) USE UM MÁXIMO DE 5 LINHAS PARA CADA QUESTÃO DISCURSIVA + 1 ESQUEMÁTICO 7) JUSTIFIQUE TODAS AS RESPOSTAS 8) FAÇA UMA PROVA ORGANIZADA E CAPRICHADA 1) Alguns condicionadores de sinais para circuitos em ponte de Wheatstone provêm excitação alternada (para a ponte) com onda quadrada para reduzir efeitos de offset. Indique dois tipos de offset que podem ser removidos com esta técnica e um que não pode (se houver). Explique (com desenhos e equações) como este método funciona. 2) Cabos coaxiais podem ser utilizados para evitar a irradiação de campos magnéticos. Isto acontece quando a corrente fluindo pelo cabo (I1) é a mesma que flui pela malha (Is). Com base na figura ao lado determine a frequência a partir da qual esta blindagem se torna eficiente. Considere L MALHA =M, não adicione fontes de ruído, considere que o plano de terra tem resistência nula, mas a malha não. Desenhe o modelo e equacione o problema. 3) O circuito abaixo é utilizado para medir temperatura quando R SEN é um RTD. a) explique como funciona o circuito; b) considerando que os componentes são ideais calcule a linearidade; c) diga quais são os componentes críticos e se o amplificador operacional apresentado, associado aos resistores R1 e R2, poderiam ser substituídos por um amplificador subtrator integrado (caso todos os terminais estivessem disponíveis para se realizar a montagem abaixo), neste caso, explique os benefícios desta troca; d) substitua o bloco Amp pelo seu circuito real; e) calcule os componentes para um PT100 0ºC, e α= Ω/Ω/K) operando na faixa de 0 a 100ºC (use uma escala simples para permitir a leitura da temperatura diretamente com um multímetro).

2 4) O circuito abaixo foi projetado para funcionar como um barômetro na faixa de 28 até 32 polegadas de mercúrio. A saída do barômetro deve ser lida em um voltímetro digital de 4 dígitos. O fabricante do sensor informa que as especificações da tabela são válidas para um circuito formado pelo zener, R5, LT1490 (superior), ponte, R6=0 e R4=R3=. Usando a montagem indicada pelo fabricante ele diz que o sensor é intercambiável. a) explique como o circuito funciona (calculando o circuito); b) determine a equação da tensão de saída em função da entrada de pressão (mostre os valores da tensão de saída para as entradas de 28 e 32 inhg e diga qual a função do LT1490 inferior); c) explique a função de R SET e estime seu valor sabendo que as saídas e entradas do LT1167 estão limitadas a valores entre +Vcc-2V e -Vcc+2V (Vcc são as tensões de alimentação do LT1167); d) explique que tipos de erro são introduzidos por R6, R4 e R3; e) diga quais características do LT1167 podem ficar piores com a ligação da entrada REF (pino 5) em um ponto diferente do terra; f) qual razão para a melhor exatidão ser de 0,2% se a linearidade máxima do sensor ser de 0,1% (use valores para justificar a sua resposta). Características do Lucas Nova Sensor NPC A-3L Características do LT1167 Pressão nominal: 15PSI = 30,5438 polegadas de mercúrio R G = 49,4k Ω G 1

3 Instrumentação e Técnicas de Medida EEL710 30/10/2013 Nome: PARA ESTA PROVA, DESRESPEITAR AS SEGUINTES REGRAS VALE 1 PONTO 1) COLOQUE SEU NOME E NUMERE AS FOLHAS DOS CADERNOS DE RESPOSTA 2) RESPONDA AS QUESTÕES EM ORDEM UTILIZANDO ATÉ 2 PÁGINAS POR QUESTÃO (NO MÁXIMO 3) 3) REDESENHE O CIRCUITO E INDIQUE AS CORRENTES E TENSÕES (NOMES E SENTIDOS) 4) ESCREVA AS EQUAÇÕES LITERAIS, E SÓ DEPOIS SUBSTITUA VALORES 5) O EQUACIONAMENTO DO PROBLEMA É MAIS IMPORTANTE QUE A SOLUÇÃO FINAL* 6) USE UM MÁXIMO DE 5 LINHAS PARA CADA QUESTÃO DISCURSIVA + 1 ESQUEMÁTICO 7) JUSTIFIQUE TODAS AS RESPOSTAS 8) FAÇA UMA PROVA ORGANIZADA E CAPRICHADA 1) O circuito abaixo é usado como um condicionador para sensores piezoelétricos. A) Calcule a função de transferência; B) explique qual a função de Rb (supondo Rp infinito) e da tensão de 1/2Vcc; C) explique se este circuito funciona ou não como um amplificador de carga; D) explique, usando modelos, se o cabo de interligação (do sensor ao circuito) pode ou não afetar o desempenho deste circuito; E) explique se esta configuração não inversora apresenta vantagens ou desvantagens com relação a configuração inversora; F) liste as características importantes para o amplificador operacional (inclua uma breve justificativa com exemplos numéricos). 2) O circuito abaixo deve ser usado com sensores reativos e excitação CA. A) determine uma expressão para a tensão de saída; B) mostre como interligar este circuito a um LVDT (mostre as conexões primário e secundários); C) mostre como interligar a entrada SYNC na fonte Vo para fazer o circuito funcionar (use circuitos, desenhos e cálculos); D) explique se este circuito tem ou não a capacidade de detectar o sentido do deslocamento medido (use gráficos, formas de onda e cálculos); E) explique quais componentes e suas características são críticas para o circuito (justifique com números ou equações); F) explique o que mudaria se o sinal SYNC fosse conectado a fonte de excitação do LVDT.

4 3) Este circuito foi projetado para ser um termômetro. O manual informa que a sensibilidade de saída é de 10mV/ºC e que a exatidão é de 1ºC para a faixa de 0ºC até 650ºC. O manual também informa que o LT1025 deve ficar próximo das conexões do termopar. Sabe-se que a sensibilidade do termopar tipo E (Cromel-Constantan) é de 60,9μV/ºC em 25ºC, e apresenta variação de aproximadamente 75mV para a faixa de -270 a 1000ºC. Explique: A) como funciona o circuito (use gráficos e determine valores importantes); B) quais as funções do LT1025 e do LT1021; C) como devem ser escolhidos os operacionais (use valores para ajudar); D) se o uso de circuito de guarda ajuda a melhorar o desempenho do circuito. E) Determine qual a sensibilidade do termopar em temperaturas próximas de 650ºC;

5 Instrumentação e Técnicas de Medida EEL710 29/11/2013 Nome: PARA ESTA PROVA, DESRESPEITAR AS SEGUINTES REGRAS VALE 1 PONTO 1) COLOQUE SEU NOME E NUMERE AS FOLHAS DOS CADERNOS DE RESPOSTA 2) RESPONDA AS QUESTÕES EM ORDEM UTILIZANDO ATÉ 2 PÁGINAS POR QUESTÃO (NO MÁXIMO 3) 3) REDESENHE O CIRCUITO E INDIQUE AS CORRENTES E TENSÕES (NOMES E SENTIDOS) 4) ESCREVA AS EQUAÇÕES LITERAIS, E SÓ DEPOIS SUBSTITUA VALORES 5) O EQUACIONAMENTO DO PROBLEMA É MAIS IMPORTANTE QUE A SOLUÇÃO FINAL* 6) USE UM MÁXIMO DE 5 LINHAS PARA CADA QUESTÃO DISCURSIVA + 1 ESQUEMÁTICO 7) JUSTIFIQUE TODAS AS RESPOSTAS 8) FAÇA UMA PROVA ORGANIZADA E CAPRICHADA 1) Diga qual a principal característica de cada um dos seguintes filtros: A) Butterworth; B) Bessel; C) Chebyshev; D) Elíptico. 2) Qual a razão para a desnormalização de filtros em função do Amáx (ε)? 3) Um gerador de funções com impedância igual a 600 Ω é usado para testes em um circuito, na faixa de 300 Hz a 3,4 khz. A impedância de entrada do circuito é de 20 kω. Uma interferência indesejada de 60 Hz, vinda do gerador está presente no sinal. Projete um filtro passa altas para atenuar esta interferência em pelo menos 15 vezes. A) Projete o filtro polinomial de menor ordem possível, admitindo uma queda de 0,5 db na banda passante; B) Desenhe os gabaritos do passa altas e do passa baixas normalizado. 4) A figura abaixo mostra o espectro de potência de um sinal de EEG. As frequências importantes estão na faixa de 0 até 40 Hz. O sinal foi amostrado a 260 Hz. A) A escolha da frequência de amostragem foi apropriada? B) Qual a quantidade de bits devemos escolher para fazer a conversão AD de tal forma que tenhamos a máxima resolução possível do sinal sem que o ruído analógico produza um ruído digital maior que ±1LSB Espectro (db) Frequência (Hz)

6 5) Sintetize um filtro passa banda de segunda ordem, Sallen Key, com frequência central de 1000 rad/s e Q=10. O ganho na frequência central deve ser unitário. Para o projeto C 5 =C 2 =1F; R 1 =R 4 =R 3 = 2/ω p ; m=1+[r(m-1)]/[r]=4-2/q; Ganho= Q(2 2-1/Q). Para os filtros: ε= 10 0,1 Amáx 1 Para o Butterworth: n log[(100,1 Amin 1) (10 0,1 Amáx 1) 1 Para Chebyshev tipo I: 2 logω s, n cosh 1 (10 0,1 Amin 1) (10 0,1 Amáx 1) 1 cosh 1 (ω s ) ]

7 Instrumentação e Técnicas de Medida EEL710 13/12/2013 Nome: PARA ESTA PROVA, DESRESPEITAR AS SEGUINTES REGRAS VALE 1 PONTO 1) COLOQUE SEU NOME E NUMERE AS FOLHAS DOS CADERNOS DE RESPOSTA 2) RESPONDA AS QUESTÕES EM ORDEM UTILIZANDO ATÉ 2 PÁGINAS POR QUESTÃO (NO MÁXIMO 3) 3) REDESENHE O CIRCUITO E INDIQUE AS CORRENTES E TENSÕES (NOMES E SENTIDOS) 4) ESCREVA AS EQUAÇÕES LITERAIS, E SÓ DEPOIS SUBSTITUA VALORES 5) O EQUACIONAMENTO DO PROBLEMA É MAIS IMPORTANTE QUE A SOLUÇÃO FINAL* 6) USE UM MÁXIMO DE 5 LINHAS PARA CADA QUESTÃO DISCURSIVA + 1 ESQUEMÁTICO 7) JUSTIFIQUE TODAS AS RESPOSTAS 8) FAÇA UMA PROVA ORGANIZADA E CAPRICHADA 1) Usando as definições de VIM diga: a) o que significa calibração; b) qual a diferença entre precisão e exatidão; c) qual a diferença entre repetibilidade e reprodutibilidade. 2) O circuito abaixo é um amplificador para termopares do tipo K (Chromel-Alumel), cujo coeficiente Seebeck é de 40µV/ºC. O INA128 queimou e deve ser substituído por um AD620 (G=1+ 49,4kΩ/RG). O PT100 tem 0ºC, e coeficiente de temperatura de Ω/Ω/K. O REF102 é uma fonte de 10V para referência. O novo circuito deve funcionar até 250ºC e a saída deve ser exibida em um voltímetro, na escala de 2V. A) como funciona o circuito? B) recalcule os componentes para que o circuito funcione com o AD620. C) qual a função dos capacitores em paralelo com a fonte e onde devem ser colocados quando o circuito for montado? 3) A) Explique como funciona o circuito ao lado e como devemos escolher o resistor R6 para que ele funcione bem. B) Qual a função do capacitor C? C) Substitua o bloco Av pelo seu circuito real. Suponha que R1=R3=R4=R e R2=R±ΔR.

8 4) O circuito abaixo é o modelo de um amplificador de carga. R1, C1 e I D formam o modelo do sensor. Calcule o ruído na saída do amplificador. Considere R1=1000MΩ, R2=1000ΩM, C1=50pF, C2=10pF. As características importantes do operacional são: GB=1MHz, V N =8nV/ Hz e I N =0,6fA/ Hz. Desenhe as curvas de densidade de ruído em função da frequência. Marque os ganhos e as frequências de corte. Monte a tabela com os níveis de ruído (RMS) gerados pelas fontes (indique claramente as faixas de integração). 5) Projete o filtro mais simples que minimize o efeito de uma interferência de 60Hz com tensão eficaz de 1V sobre um sinal cuja banda passante vai de 0 até 10Hz com amplitude é de 0,1V. Admite-se 11% de atenuação máxima do sinal na banda passante. Deseja-se uma relação sinal ruído de 100 vezes. Para filtros Butterworth: Amáx 10 ε=[10 1] 1 2 n log[ (100,1 Amin 1) (10 0,1 Amáx 1) ] 2 logω s S k =e j π 2 ( 2 k+ n 1 n ) Parâmetros para filtros de Butterworth (3dB de ganho na frequência de corte) N w 1 Q 1 w 2 Q 2 w 3 Q 3 w 4 Q 4 2 1, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,50599