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Capítulo 4 - Condicionadores de Sinal

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Academic year: 2021

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FACULDADE DE ENGENHARIA

CURSO DE ENGENHARIA MECATRÓNICA

#4

UNIVERSIDADE METODISTA DE ANGOLA

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PROFESSOR: João Lourenço Cussondama PERÍODO: Noite

#4

Programa

4. Condicionamento de Sinal

Geração e Análise de Sinais. Sistemas Analógicos.

Princípios. Circuitos Passivos. Circuitos com Pontes: Ponte de Wheatstone; Pontes AC. Filtros.

Amplificador Operacional: Revisão de conceitos. Amplificador de Instrumentação. Sistemas Digitais. Princípios. Conversores D/A e A/D. Sistemas de Aquisição de Dados.

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Bibliografia

[1] “Principles of Electronic Instrumentation” – Diefenderfer, Holton – Saunders College Publishing – 1994

[2] “Modern Electronic Instrumentation and Measurement Techniques” – A.D.Helfrick, W.D.Cooper – Prentice Hall International Editions – 1990

[3] “Process Control Instrumentation Technology” – C.D.Johnson - Prentice Hall – 1997 [4] “Handbook of Modern Sensors – Physics, Designs and Applications” – Jacob Fraden – American Institute of Physics – 1997

[5] PC-Based Instrumentation and Control” – Mike Tooley

[6] “Instrumentation Catalogue” – NationalInstruments - 1998

http://www.instrumenti.com.br/index.php/pt/downloads/category/15-manuais

#4

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Bibliografia

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Condicionamento de Sinal

A maioria dos sinais analógicos requerem alguma forma de preparação antes de

serem digitalizados. O condicionamento de sinal é a manipulação de um sinal de

maneira a prepará-lo para o próximo estágio de processamento. Muitas

aplicações envolvem medições ambientais ou estruturais, como temperatura e

vibração, de sensores. Esses sensores, por sua vez, exigem condicionamento de

sinal antes que um dispositivo de aquisição de dados possa medir com eficácia e

precisão o sinal.

Por exemplo, os sinais de termopar têm níveis de voltagem muito pequenos que

devem ser amplificados antes que possam ser digitalizados. Outros sensores,

como detectores de temperatura de resistência (RTDs), termistores, e

acelerômetros, exigem excitação para operar. Todas essas tecnologias de

preparação são formas de condicionamento de sinal.

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Condicionamento de Sinal

Fazem alterações necessárias nos sinais analógicos gerados pelos

sensores antes que sejam introduzidos no sistema de aquisição de dados.

Tipos:

 Transmissor;  Filtro;  Amplificador;  Linearizador. CV CV CV

(8)

Condicionamento de Sinal

• Transmissor

Rosemount™ 3051 Coplanar™ Pressure Transmitter

Possui as funções de:

Padronizar o sinal, proporcionando uma padronização

dos instrumentos e interfaces receptoras;

Isolar o sinal do processo do sistema receptor

Levar a informação para locais remotos, sem

corrupção ou deformações;

Padrões:

4 a 20 mA/ eletrônico

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Condicionamento de Sinal

Interpolação é um método que permite construir um novo conjunto de dados a partir de um conjunto discreto de dados pontuais conhecidos.

Atualmente quem faz tal conversão são os transmissores que pegam o sinal dos

sensores e transformam em um sinal cujo o controlador vai poder ler (geralmente 4 a 20mA).

A interpolação linear entre dois pontos pode ser deduzida usando-se proporcionalidade:

(10)

Condicionamento de Sinal

Exemplo:

Qual a saída do Transmissor em PSI quando no Controlador estiver marcando 8mA?

y

ymin

Y max

x max

x min

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Condicionamento de Sinal

O tipo mais comum de condicionamento é a amplificação. Sinais de baixa

intensidade devem ser amplificados para aumentar a resolução e reduzir o

ruído. Para uma maior precisão, o sinal deve ser amplificado de forma que a

máxima tensão do sinal a ser condicionado coincida com a máxima tensão de

entrada do conversor A/D.

• Amplificação

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Termopar

Tipos Intervalo de Temperatura (°C) Voltagem de Saída (mV) E 0 à 980 0 à 75,12 J -185 à 870 -7,52 à 50,05 K -185 à 1260 -5,51 à 51,05 T -185 à 400 -5,28 à 20,80 Tipos Material Positivo Material Negativo E Cromo Constantan J Ferro Constantan K Cromo Alumínio T Cobre Constantan

Condicionamento de Sinal

Amplificador de Instrumentação para um termopar

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Circuito Condicionador

Como os sinais gerados são muito pequenos, na ordem dos

mV, o que torna difícil sua leitura e, por conseqüência, a análise de

características, é necessária a amplificação destes sinais. O circuito

condicionador amplifica os sinais de baixa amplitude para

possibilitar uma medição precisa.

uma das formas para amplificar os sinais dos Transdutores É a utilização de

amplificador de instrumentação como o INA129 da Texas Instruments.

Tal amplificador pode fornecer ganhos de até 10000 vezes aumentando

consideravelmente a amplitude do sinal.

Condicionamento de Sinal

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Circuito condicionador

Condicionamento de Sinal

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Condicionamento de Sinal

O propósito de um filtro é remover sinais indesejados do sinal que

estamos

medindo. Um filtro de ruídos é usado nos sinais DC, como

temperatura, para atenuar sinais de alta frequência que podem reduzir a

precisão da medição.

Sinais A/C, como vibração, geralmente requerem um tipo diferente de filtro

conhecido como filtro anti-aliasing.

O filtro anti-aliasing é um filtro passa-baixo que requer uma taxa de corte

muito alta, e geralmente remove completamente todas as frequências do sinal

que são maiores que a largura de banda de entrada do equipamento. Se esses

sinais não forem removidos, eles irão aparecer erroneamente com os sinais da

largura de banda de entrada do equipamento.

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Condicionamento de Sinal

• Filtragem

É um circuito que permite a passagem de sinais com frequências abaixo de uma certa frequência (fo), e atenua os sinais com frequências superiores a esta, como mostrado no

diagrama abaixo.

É um circuito que permite a passagem de sinais com frequências acima de uma certa frequência (fo), e atenua os sinais com frequências inferiores a esta, como mostrado no diagrama abaixo.

Filtro Passa Alta

Filtro Passa Baixa

Combinando circuitos passa baixa e passa alta é possível implementar filtro passa banda (um passa baixa em série com um passa

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Condicionamento de Sinal

Alguns transdutores requerem uma tensão externa ou sinais de corrente

de excitação. Os módulos de condicionamento de sinal para esses

transdutores geralmente geram esses sinais. Por exemplo, em medições

utilizando-se RTDs, normalmente utiliza-se uma fonte de corrente que

converte a variação da resistência em relação a uma tensão mensurável.

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Condicionamento de Sinal

Outra função comum do condicionamento de sinal é a linearização.

Muitos transdutores, como os termopares, têm uma resposta

não-linear às mudanças das ocorrências que vão ser medidas.

Deve-se conhecer a natureza do sinal, a configuração de medição e os efeitos

do ambiente ao redor do sistema. Com base nestas informações, pode-se

determinar qual o mais adequado condicionamento de sinal para um

determinado sistema de aquisição de dados.

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P&ID -Diagrama de Processo e Instrumento

P & IDs mostram processo industrial como equipamento é interconectado por um sistema de canais. Esquemas de P & ID também mostram os instrumentos e as válvulas que monitoram e controlam o fluxo de materiais através das tubulações.

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P&ID -Diagrama de Processo e Instrumento

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P&ID - EXEMPLOS

Vapor Controlador de temperaura Transmissor de temperatuar Água Permutador de Calor Válvula de controlo Pneumático

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#

FIM

Referências

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