INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE INDUSTRIAL I. Prof. Pierre Vilar Dantas Turma: 0063-A Horário: 6N ENCONTRO DE 16/03/2018

Transcrição

1 INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE INDUSTRIAL I Prof. Pierre Vilar Dantas Turma: 0063-A Horário: 6N ENCONTRO DE 16/03/2018

2 Roteiro Padrão 4-20mA Sistemas de Aquisição de Dados Medidores de Grandezas Elétricas

3 Padrão 4-20mA

4 Sinais de Instrumentação Padrão 4-20mA O princípio do loop de 4 a 20mA consistem em uma única malha com vários resistores. Pela lei das malhas a corrente é a mesma em todos os elementos resistivos e a tensão é distribuída em todos os resistores. Ou seja, o padrão 4 a 20mA tem a vantagem da informação manter-se constante mesmo havendo várias cargas em série. 4

5 Sinais de Instrumentação O que há num loop 4-20mA Sensor e transdutor e transmissor; Fonte de alimentação; Loop (circuito fechado); Sistema de aquisição. 5

6 Vantagens e Desvantagens Vantagens O padrão 4-20mA é um padrão clássico nas indústrias; É fácil identificar quando o transmissor está com defeito; Não é sensível a ruídos elétricos; É muito simples para instalar e configurar. Desvantagens Podem transmitir somente um sinal numa mesma malha; Quando há muitos instrumentos em um processo, o número de malhas é maior também podendo causar problemas de aterramento quando os fios não são propriamente isolados. 6

7 Por que 4-20mA? 1. 30mA passando pelo corpo humano (coração) é suficiente para matar a pessoa (ver norma). 2. Em sua maioria, um semicondutor requer pelo menos 3mA de corrente para operar. 3. O padrão deve ser linear na banda máxima de 3-30mA. Pensouse no padrão 5-25mA e 4-20mA. 4. Como os cálculos com 4-20mA são mais fáceis. Fonte: Why do we use a 4-20 ma signal and not a 0 ma signal in industries: 7

8 Sistemas de Aquisição de Dados

9 Princípios básicos Sistema de aquisição de dados é qualquer arranjo que permita transformar sinais analógicos em digitais para permitir a interpretação e manipulação por sistemas digitais. 9

10 Filtro anti-aliasing Implementado por um circuito integrado dedicado ou por um amplificador operacional ou por um filtro RC. O objetivo desse filtro é eliminar ou reduzir as frequência desnecessárias, reduzindo portanto a largura de banda do circuito, o que ajuda na minimização do ruído. 10

11 Circuito Sample and Hold (SH) Outras denominações: Amostrador com retenção (SH, S&H ou SHA). Segurador. A função é manter ou segurar o valor do sinal até que a próxima amostra seja adquirida. A vantagem de utilização desse dispositivo é o aumento da confiabilidade do processo de conversão. Explicar a condição: 11

12 Amostragem Computadores digitais são incapazes de processar sinais analógicos. Portanto, é necessária uma represertação digital desta informação. O conversor analógico-digital (ADC ou A/D) converte um tensão da entrada (ou corrente) para uma quantidade binária representativa. 12

13 Teorema de Nyquist A razão de amostragem f determinada pelo Teorema de Nyquist precisa ser, no mínimo, duas vezes a frequência máxima do espectro de Fourier do sinal analógico. Para reconstruir o sinal original após a amostragem é necessário passar a forma de onda amostrada por um filtro passa baixa que limita a banda passante. Após a digitalização do sinal pelo conversor ADC, o sinal está apto para ser analisado ou processado pela unidade de processamento de sinais, por exemplo, um computador. 13

14 Quantização Representação aproximada de um valor do sinal por um conjunto finito de valores. 14

15 Medidores de Grandezas Elétricas BALBINOT, A.; BRUSAMARELLO, V. J. Instrumentação e Fundamentos de Medidas Vol. 1, vol. 1. Rio de Janeiro, Brazil: LTC, Cap. 5, pág. 234

16 Introdução Os medidores de tensão, corrente, resistência elétrica são instrumentos que podem ser simples, baratos e apresentar outras funções, medindo também capacitâncias, ganhos de transistores, testes de diodos e temperatura. Esses equipamentos geralmente são denominados multímetros. 16

17 Classes de proteção ABNT NBR 5410:

18 Instrumentos analógicos Os primeiros instrumentos tinham seus princípios de funcionamento baseados em engenhosos efeitos eletromagnéticos com a função de movimentar um ponteiro sobre uma escala graduada e calibrada. O fato de os valores lidos serem mostrados através de ponteiros caracteriza os medidores analógicos. 18

19 Princípios de funcionamento Instrumentos de medidas elétricas analógicos são construídos a partir de um instrumento fundamental, denominado galvanômetro, que é sensível ao fluxo de baixas correntes. A partir desses instrumentos fundamentais são acrescidos componentes, tais como resistores, entre outros, a fim de tomá-lo um medidor de corrente, um medidor de tensão ou um medidor de resistência. Os galvanômetros podem ser construídos de diferentes maneiras, e os mais comuns são os de ferro móvel e os de bobina móvel. 19

20 Algumas ligações 20

21 Instrumentos digitais Os medidores digitais fornecem a leitura em forma de dígitos, em vez de mostrar a grandeza em função da posição de um ponteiro em uma escala. Um voltímetro digital pode ser considerado basicamente um conversor analógico digital conectado a um pequeno circuito de seleção e tratamento além de uma unidade de visualização (display). Uma determinada tensão a ser medida é amostrada durante certo período de tempo e é convertida mediante o conversor A/D em um sinal digital. 21

22 Medidores de tensão Alta impedância de entrada (por que isso é importante e quais as implicações práticas?). 22

23 Medidores de corrente O amperímetro é um instrumento cuja função consiste em medir corrente elétrica. Esse instrumento tem como principal característica uma baixa impedância de entrada. 23

24 Amperímetros do tipo alicate Esse tipo de instrumento caracteriza-se por proporcionar uma medida sem abertura do circuito para inserção do instrumento de medição. 24

25 Exercícios 25