UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIAUESB
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.
USO DA TABELA
Veja o exemplo seguinte:
Temos uma junção a 536oC, 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 oC 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 24oC 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 524,5oC isto porque para 524oC temos uma tensão de 21,668 mV e
para 25oC 21,710mV. Podemos aproximar o valor para 25oC, como no desenho, se
quisermos. Entretanto, observando que de 24 para 25oC 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 24,5oC.
Portanto, cometemos um erro de 11,5oC 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 27oC
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 - 200ΩEscala 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 …)
&&&&&&&&&&&&&