Ficha03_Transdutores

UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR
Departamento de Engenharia Electromecânica
INSTRUMENTAÇÃO E AQUISIÇÃO DE DADOS
2274 – Eng. Engenharia Electrotécnica
(4º Ano/1º Semestre)
Ficha 3
Transdutores e Condicionamento de Sinal
1.
Considere a ponte de Wheatstone da figura, com os valores R1 = 100 Ω, R2 = 40 Ω e
R3 = 500 Ω.
a) Determinar o valor de RX que equilibra a ponte. Calcule a tensão em circuito
aberto nos terminais do detector, para desvios em RX, em relação ao equilíbrio
de 1% e 10%, considerando E = 10 V e E = 5 V.
b) Para E = 10 V, analise a sensibilidade da ponte às variações de cada uma das
resistências variáveis. Para tal, calcule o efeito, na tensão de saída, da variação
de +1Ω em cada uma das resistências
c) Repita a alínea a) trocando entre si a posição das resistências R2 e R3.
2.
Na ponte de Wheatstone da figura, R1 = 100 Ω, R2 = 40 Ω, R3 = 500 Ω e a resistência
do detector é de Rd = 600 Ω.
a) Com a ponte em equilíbrio, determine o valor de RX.
b) Se o valor de RX variar relativamente ao equilíbrio de ± 1% e ± 10%,
determine a corrente que circula do detector. Analise os resultados.
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3.
Para medir a deformação de uma barra encastrada numa parede utilizam-se quatro
extensómetros, dois deles colocados na superfície superior e outros dois na superfície inferior
da barra. Os extensómetros têm uma resistência de 1000 Ω a 20 ºC e um factor de sensor
Sg = 2,00. A alimentação é de 4,5 V contínuos.
a) Indicar como deve ser efectuada a ligação destes extensómetros a uma ponte
de Wheatstone, de modo a obter o máximo de sensibilidade.
b) Determine a sensibilidade do circuito.
4.
A figura esboça um circuito de controlo de temperatura, na gama de 60 ºC a 80 ºC.
Para medir a temperatura utiliza-se um RTD de platina, que apresenta uma resistência de
100 Ω a 0 ºC. O coeficiente térmico-resistivo é α = 0,004 Ω/ΩºC. O factor de autoaquecimento da platina é Fa = 0,5 ºC/mW. O erro de medição devido ao auto-aquecimento
não deve ser superior a 4 ºC. Dimensione o circuito de forma a garantir as condições
definidas.
5.
Pretende-se medir a temperatura na gama de 0 ºC a 500 ºC, recorrendo a um termopar
do tipo J (Ferro- Constantan), com um coeficiente de seebeck k = 58,2 μV/ºC. O termopar
está inserido num circuito de compensação automática da junção fria (ver figura abaixo), de
forma a garantir que o resultado da medição apenas dependa de vj. Para a gama de
temperatura especificada, a saída do circuito varia entre 0 V e 10 V. A temperatura do bloco
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isotérmico é medida por uma fonte controlada por temperatura, vT. vT varia linearmente com a
temperatura, com um coeficiente térmico kv = -2 mV/ºC. À temperatura T = 25 ºC é vT = 0,7
V. A tensão do díodo Zener é VZ = -1,2 V. Admita que a tensão vj varia linearmente com a
temperatura, isto é, vj = k(Tj - Tref).
a) Determinar o valor de R1 por forma. a que uma variação de temperatura de
500 ºC resulte numa variação de tensão vo de 10 V.
b) Dimensione R2 e R3, por forma a garantir a compensação da temperatura Tref,
na gama de medição pretendida.
6.
O circuito da figura representa uma cadeia de medição baseada num termopar K. A
gama de medição da cadeia é de 0 ºC a 400 ºC. A cadeia dispõe de um circuito de
compensação de junção fria, formado por um sensor de temperatura AD590. É um gerador de
corrente iA, de valor proporcional à temperatura, através da relação iA= ST. S é a sensibilidade
do sensor (S = 1 μA/K) e T é a temperatura em Kelvin. A condição de compensação da junção
fria consiste em tornar a tensão diferencial V2 - V1. À entrada do amplificador de
instrumentação, aproximadamente proporcional à tensão da junção de medição Tref. O
amplificador de instrumentação tem ganho A dependente da resistência RG, pela expressão
A = (1+100x103/RG). Dimensione a resistência R1, de forma a compensar a temperatura da
junção fria a 25ºC.
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