UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA- UESB DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS CURSO: ENGENHARIA AMBIENTAL DISCIPLINA: INTRUMENTAÇÃO APLICADA Prof. Dr. Modesto Antonio Chaves EXERCICIOS PARA A SEGUNDA UNIDADE... Em certo sentido é inconcebível que o aluno de engenharia passe ao largo de uma matemática que foi concebida quase cem anos atrás, como também é injustificável a mesma omissão em relação a alguns tópicos da física: assim como a análise funcional, a mecânica quântica deveria ser ensinada aos alunos de graduação, não porque o engenheiro fosse utilizar em sua vida profissional os conceitos da física atômica, por exemplo, mas porque poderíamos então expor os alunos à gênese de um raciocínio que, embora partindo de questões concretas, só no nível abstrato consegue encontrar sua mais completa tradução: ai sim teríamos uma formação conceituai verdadeira, o resto retornando a ser o que sempre foi, um manual de sobrevivência no mercado. É de um reducionismo lamentável, característico de nossos tempos, que em nome de um pretenso "utilitarismo" se subtraia aos alunos a oportunidade de admirarem uma das construções intelectuais mais brilhantes da cultura humana e, admirando aprenderem com ela uma certa estrutura, que esta sim pode se genuinamente útil.... Texto tirado de: "0 Delta de Dirac" Paulo D. Cordaro Alexandre Kawano 1- O que significa termometria? 2- O que significa pirometria? 3- O que significa criometria? 4- Por que a temperatura é uma das variáveis mais importantes indústria? 5-Qual o princípio de funcionamento do termômetro de dilatação de líquido? 6- Qual é a expressão matemática que representa o fenômeno de dilatação de líquido? 7-. Quais são os tipos de construção de termômetros de dilatação de líquidos?
8. Quais são os tipos de líquidos mais utilizados nos termômetros de dilatação de líquidos? 9- Qual o princípio de funcionamento do termômetro de dilatação de gás? 10- Qual a expressão matemática que define a dilatação de gás? 11-. Quais são os tipos de gás de enchimento dos termômetros de dilatação a gás? 12- Qual o princípio de funcionamento do termômetro bimetálico? 13- Qual a expressão matemática que define a dilatação dos metais? 14- Quais são os 2 problemas graves dos termômetros bimetálicos? 15- No que consiste o termômetro bimetálico? 16- Normalmente, qual o material da lâmina bimetálica? 17- Como é a escala do termômetro bimetálico? 18- Qual a precisão do termômetro bimetálico? 19- Que são os termistores e que tipos existem? 20- Que são os RTD e em que se diferenciam dos termistores? 21- O que se entende por efeito Peltier e para que pode ser usado? Antes de responder as próximas questões, leia atentamente o texto a seguir: CONVERSÃO DE TENSÃO PARA TEMPERATURA EM TERMOPARES Como relação a F.E.M. x temperatura de um termopar não é linear, o instrumento indicador deve de algum modo linearizar o sinal gerado pelo sensor. No caso de alguns instrumentos analógicos (como registradores), a escala gráfica do instrumento não é linear acompanhando a curva do termopar; e em instrumentos digitais usa-se ou a tabela de correlação F.E.M. x temperatura, armazenada em memória ou uma equação matemática que descreve a curva do sensor. Esta equação é um polinômio, que a depender da precisão requerida pode alcançar uma ordem de até 9º grau. A equação matemática genérica de um termopar e:
Listamos abaixo os coeficientes de vários tipos de termopar: USO DE TABELAS Existem tabelas, para cada tipo de termopar (veja o fim destes texto) que relacionam a temperatura da junção com a tensão em milivolts gerada pelo termopar. Veja um exemplo, a seguir, pra o termopar tipo J. Figura 1. Tabela de tensões para termopar tipo J.
Na tabela são apresentados na vertical os valores da temperatura em múltiplos de 10 graus. Na horizontal estão os valores deste 0 a 10 graus Celsius, referente aos valores decimais da horizontal. Por exemplo, os valores destacados em vermelho mostram as tensões referentes as temperaturas de junções de 25, 30 e 48 graus Celsius. Veja o exemplo seguinte: USO DA TABELA Temos uma junção a 536 o C, olhando na Tabela para o termopar tipo K observamos que a tensão gerada é de 22,260mV, esta junção termina em um cabeçote cuja temperatura é de 38 o C o que equivale a uma tensão e 1,529 mv (veja tabela no final deste texto) temos, portanto, uma queda de tensão de 22,260 1,529 = 20,731 mv. A partir da junção o sinal é levado ao registrador por cabos de cobre que não geram tensão (mais ainda, supomos que sua resistência é tão pequena que não há queda de tensão). No registrador a temperatura é de 24 o C o que corresponde a uma tensão de 0,960 mv (veja tabela no fim deste texto) portanto, temos uma adição de tensão de 0,960mV levando a um total de 20,731 + 0,960 = 21,691 mv. Portanto, temos um registro de temperatura de 524,5 o C isto porque para 524 o C temos uma tensão de 21,668 mv e para 25 o C 21,710mV. Podemos aproximar o valor para 25 o C, como no desenho, se quisermos. Entretanto, observando que de 24 para 25 o C temos uma variação de tensão de 21,710 21,668 = 0,042 mv, quando variamos de 21,691 21,668 temos 0,023 e temos, portanto, uma variação de 0,023/0,042 que é aproximadamente de 24,5 o C. Portanto, cometemos um erro de 11,5 o C para menos, na leitura, o que deve ser corrigido. Veja-se agora o exemplo seguinte:
O que foi feito foi substitui a os cabos de cobre pelo cabo tipo KX que nada mais é que uma extensão do mesmo termopar (veja tabela no final deste texto) Com isto acrescentamos uma f.e.m. de 0,596 mv, correspondente a (1,529 0,960) de tal forma que anulamos o erro de medida Tome-se agora a seguinte situação: Observe-se que se cometeu o erro de inverter a polaridade do cabo de extensão. Isto levou a um erro de 27 o C
Com base nas informações deste texto: 22-. Determine os valores pedidos dos esquemas abaixo (use as tabelas e os polinômios, neste último caso, uma planilha como o Excel pode ajudar): 23- Cite um tipo, faça um esboço e dê um exemplo de aplicação de: sensor de pressão, um sensor de nível e um de fluxo (explique princípio de funcionamento de cada um). 24- Considere que você tem um sensor de temperatura que tem uma sensibilidade de 1 mv/ C. Considere também que você precisa fazer um termômetro para a disciplina de instrumentação com uma faixa de entrada de - 20 a 100 C. Calcule a resolução (livre de ruído externo e considerando as condições ideais) se o sensor for ligado diretamente a uma placa AD de 12 bits com uma faixa de entrada de: a) -5 V a + 5 V: b) Considere agora que seja utilizado um amplificador ideal com ganho 20 (multiplica a sensibilidade do sensor por 20). Recalcule a resolução da medida:
25 - Defina histerese e zona morta. 26 - Um resistor tem resistência (medida) R=100Q. É aplicado neste resistor uma tensão de (medida) 10V. Sabendo que o instrumento utilizado (nas medidas da resistência e tensão) é um multimet.ro Tektronix TEKDMM 155 (3 DÍGITOS), cujas especificações estão na tabela abaixo. Calcule o valor da potência e sua incerteza, utilizando a seguinte relação: R Escala de resistência - 200Ω Escala de tensão DC 20V ±1.2% da leitura + 2 dígitos ±0.7% da leitura + 2 dígitos 27- Para efetuar o cálculo da incerteza relativa ao instrumento e a sua escala proceda calculando o erro quadrático dos parâmetros fornecidos: Onde: n dígitos significam a variação de n unidades no dígito menos significativo (mais a direita). Exemplo: escala de 200Ω com o ohmímetro medindo100, o visor do instrumento mostra 100,0Ω (pois este é um instrumento 3 e 1/2dígitos). Neste caso: 28- Você tem um equipamento que tem uma saída de -200 a 200 mv que indica força de -500 a 500 Kgf (compressão e tração). Calcule a resolução desta medida (em Kgf) se a mesma for ligada a uma placa AD de 10 bits com uma escala de: a) -5 0 0 mv a + 500 mv: b) -2 a 2 V: 29- O tempo de conversão de um conversor AD é um importante parâmetro na sua escolha. Explique um problema que pode ocorrer com a escolha de um AD com tempo de conversão inadequado. 30-0 que são sensores ativos e passivos? Cite 1 exemplo de cada.
31- Utilizando a tabela de dados fornecida e conhecendo a tabela do termopar utilizado (abaixo), determine os valores em TEMPERATURA dos pontos dados, sabendo que a medida foi feita com um termopar a temperatura ambiente de 10 C: 32- Considere que você tenha um recipiente com sensores de temperatura misturados: NTCs, PTCs, PT100 e termopares. Utilizando uma fonte de calor, um termômetro e um multímetro explique como identificar esses sensores. 33-0 que é um LDR? Cite uma aplicação. 34- Como o efeito capacitivo é utilizado para medir pressão? 35- Como o efeito capacitivo é utilizado para medir nível? 36- Como o efeito indutivo é utilizado para medir deslocamento? 37- Qual a principal função de um filtro em instrumentação? 38- Qual a principal função dos amplificadores? 39 - Qual o instrumento mais simples para medir pressão? 40- Defina o tubo de Bourdon. 41- Cite três tipos de Boudon 42- Como é constituído o medidor de pressão por diafragma? 43- Como é constituído o medidor de pressão por fole? 44- Como funciona o medidor de pressão por fole? 45- Cite 3 tipos de medidores de pressão por coluna líquida.
46- Para a coluna a seguir determine: a) P1 = 500 mmhg P2 =? kgf/cm2 dr = 1,0 h = 20 cm. 47- Para a coluna a seguir determine: b) P1 =? Psi P2 = 15 H20 dr = 13,6 (Hg) h = 150mm(Hg) 48- Como é a resposta do sensor tipo piezoelétrico. 49- Defina o sensor tipo capacitivo. 50 Em que consiste o tubo de Venturi? 51 Em que consiste o tubo de Pitot 52
53 para o diagrama abaixo determinar 54- O que é um Rotâmetro? 55- Um conversor D/A de cinco bits tem saída em corrente. Para uma entrada digital (10100)2, uma corrente de 10 [ma] é produzida. Qual será a corrente produzida para uma entrada digital de (11101)2? Qual a resolução (K) deste conversor?
56- Qual a maior saída de tensão de um conversor D/A de oito bits que produz 1,0 [V] para uma entrada digital de 001100102? 57- Um conversor D/A de cinco bits produz Vout = 0,2 [V] para uma entrada digital de 000012. Determine o valor de Vout para uma entrada de 111112. 58- Um conversor D/A de 10 bits tem um tamanho de degrau de 10 [mv], Determine sua tensão de saída de fundo de escala (tensão máxima de saída) e a resolução percentual. 59 - A figura abaixo mostra um computador controlando a velocidade de um motor. A corrente analógica de 0 a 2 [ma] do conversor D/A é amplificada para produzir velocidades no motor de 0 a 1000 [RPM]. Quantos bits deveriam ser usados, no mínimo, se o computador tivesse que ser capaz de produzir uma velocidade no motor com variações máximas de 2 [RPM] por incremento de bit? 60 - Para o circuito abaixo, calcular os valores de saída para os seguintes valores de entradas digitais:
61- (Desafio) Elabore um conversor D/A, utilizando AOP, com as seguintes características: Nível '1' = +5 [V], Nível '0' = 0 [V], Alimentação de ± 20 [V] e Ro = 2 [kω]. A saída deverá ser lida na faixa de 0 até 20 [V], para entradas digitais de 0 até 11112. 62 - Por que a saída de um conversor D/A não é considerada uma quantidade analógica e sim pseudo-analógica? 63 - Qual é a resolução em volts de um conversor D/A de 10 bits cuja saída de F.S. é 5V? 64 - Quantos bits são necessários para um conversor D/A ter uma saída de F.S. de 10 ma com resolução menor do que 40 µa? 65 - Um conversor D/A de oito bits tem um erro de fundo de escala de 0,2 % F.S. Se o conversor D/A tem uma saída de fundo de escala de 10 ma, qual é o máximo que ele pode apresentar de erro para qualquer entrada digital? Se a saída do D/A indica 50 µa para uma entrada digital de 00000001, isto está dentro da faixa de precisão especificada? (Admita que não existe erro de offset). &&&&&&&&&&
Tabela de código de cores, faixa de utilização e tolerância para os fios e cabos de extensão e compensação.
Tabela Termopar K (Celsius x mv)
Tabela Termopar K (Celsius x mv (Continuação )
Tabela Termopar K (Celsius x mv (Continuação )
Tabela Termopar K (Celsius x mv (Continuação )
Tabela Termopar J (Celsius x mv
Tabela Termopar J (Celsius x mv (Continuação )
Tabela Termopar J (Celsius x mv (Continuação )
Tabela Termopar T (Celsius x mv )
Tabela Termopar T (Celsius x mv ) (Continuação )
Tabela Termopar S (Celsius x mv)
Tabela Termopar S (Celsius x mv) (Continuação )
Tabela Termopar S (Celsius x mv) (Continuação )
Tabela Termopar S (Celsius x mv) (Continuação ) &&&&&&&&&&&&&