FACULDADE DE ENGENHARIA
CURSO DE ENGENHARIA MECATRÓNICA
#4
UNIVERSIDADE METODISTA DE ANGOLA
PROFESSOR: João Lourenço Cussondama PERÍODO: Noite
#4
Programa
4. Condicionamento de SinalGeração 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.
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
Bibliografia
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.
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 CVCondicionamento 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
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:
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
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
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 ConstantanCondicionamento de Sinal
•
Amplificador de Instrumentação para um termopar
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
Circuito condicionador
Condicionamento de Sinal
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.
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
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.
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.
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.