Capítulo 5 - automafull

Sensores
Centro de Formação Profissional
“Orlando Chiarini” - CFP / OC
Pouso Alegre – MG
Inst.: Anderson
Capítulo 5
Sensores Digitais
Capítulo 5
Codificador Incremental de Posição
Capítulo 5
Codificador Incremental de Posição
Capítulo 5
Efeito Doppler
Capítulo 5
Efeito Doppler
Emissor em repouso relativamente ao receptor, a radiação emitida chegaria
a este último com frequência:
Quando o emissor se move relativamente ao receptor com velocidade v’, a
radiação emitida chega ao receptor com frequência:
Onde v’ tem sinal positivo se o emissor se aproxima do receptor ou sinal
negativo no caso contrário
Capítulo 5
Efeito Doppler
Assim, no receptor o desvio em frequência devido ao efeito Doppler é:
Capítulo 5
Efeito Doppler
O sinal + ou – para as velocidades e é sempre dado orientando-se
a trajetória positivamente do observador para a fonte:
Capítulo 5
Efeito Doppler - Exercícios
1) Um automóvel com velocidade constante de 72km/h se aproxima de um
pedestre parado. A frequência do som emitido pela buzina é de 720Hz.
Sabendo que a velocidade do som no ar é de 340m/s, qual a frequência que
o pedestre irá ouvir?
Capítulo 5
Efeito Doppler – Exercícios
2) A figura ao lado representa uma
fonte sonora que desloca pela
trajetória representada pela linha
cheia, com velocidade escalar
constante, emitindo um som de
frequência
constante.
Um
observador localizado no ponto P
escutará o som de forma mais
aguda quando a fonte passar por
qual ponto?
Capítulo 5
Efeito Doppler – Exercícios
3) Um maratonista treina correndo ao longo de uma rodovia. Nesta
rodovia, no mesmo sentido, trafega um carro com velocidade de
20m/s. Ao avistar o maratonista, o motorista buzina para
ncentiválo, com frequência real de 320Hz. Sabendo que a
velocidade do som no ar é de 340m/s e que a frequência da
buzina percebida pelo maratonista foi de 335Hz, determine a
velocidade do maratonista.
Capítulo 5
Efeito Doppler – Exercícios
4) No esquema abaixo, A é uma ambulância que se move a
108km/h e C é um carro que se move opostamente à ambulância
a uma velocidade de 36 km/h. A ambulância, tocando sirene,
emite um som de freqüência 900 Hz. Se a velocidade do som no
ar (supostamente parado) é de 340 m/s, calcule a freqüência
aparente do som ouvido pelo motorista de C:
a) antes do cruzamento de seu carro com a ambulância;
b) depois do cruzamento de seu carro com a ambulância.
Capítulo 5
Velocidade do Som
A partir da Primeira Lei da Termodinâmica, aplicada a um gás
ideal, em um estado de equilíbrio termodinâmico, obtemos para a
velocidade da onda sonora.
Onde:
é a razão entre o calor específico do gás, a pressão
constante, e o seu calor específico, a volume constante (para o ar
= 1,402);
M - massa molecular (para o ar M = 29,0×10−3Kg /mol);
R - constante universal do gases (R = 8,31J /mol K);
T - temperatura absoluta.
Capítulo 5
Com base na equação anterior encontramos que a velocidade do
som no ar, a 0 oC é, aproximadamente, 331,5 m/s.
Vemos então que a velocidade do som depende diretamente da
temperatura e seu valor aproximado pode ser calculado através
de:
v = 331,5 + 0,60.ɸ
Onde ɸ é a temperatura ambiente em oC.
Capítulo 5
Efeito Doppler x Temperatura - Exercícios
8) Calcule a velocidade do som no ar para as temperaturas abaixo:
a) 100 oC;
b) 25 oC;
c) 230 oC.
Capítulo 6
Técnicas de Condicionamento
de Sinal
Capítulo 6
Condicionamento
• Conversão de sinal (ex. impedância/ frequência ou impedância/
tensão);
• Manipulação do sinal (ex. linearização ou compensação de
grandezas de influência);
• Filtragem (ex. eliminação da f.e.m. induzida pelos 50Hz da rede
eléctrica);
• Amplificação.
Capítulo 6
Conversão Impedância/Tensão
Montagem potenciométrica com resistência de polarização fixa.
Capítulo 6
Conversão Impedância/Tensão - Exercício
1) Calcule a tensão de saída Vo do sistema abaixo, considerando
que R1 = 220R, Rs = 13,33R e Vi = 18Vdc.
Capítulo 6
Conversão Impedância/Tensão
Montagem potenciométrica com resistência de polarização sensível
às grandezas de influência.
Capítulo 6
Conversão Impedância/Tensão - Exercício
1) Calcule a tensão de saída Vo do sistema abaixo, considerando
que R1 = 200R, Rs = PT-100 e Vi = 24Vdc para as seguintes
temperaturas:
Capítulo 6
Conversão Impedância/Tensão - Exercício
2) Calcule a tensão de saída Vo do sistema abaixo, considerando
que R1 = 10K, Rs = LDR e Vi = 12Vdc para as seguintes
intensidades luminosas:
Capítulo 6
Capítulo 6
Circuitos em Ponte: Medida de Resistências
1º Caso:
A relação entre a tensão medida e a variação de resistência é não-linear
podendo apenas ser considerada aproximadamente linear para os casos em que a
variação da resistência é baixa em comparação com a sua resistência em repouso.
Mais ainda, apesar de simples, esta montagem não possui a capacidade de
eliminar, da tensão de medida, o efeito das grandezas de influência.
Capítulo 6
Capítulo 6
Circuitos em Ponte: Medida de Resistências
2º Caso:
A relação entre a tensão medida e a variação de resistência continua nãolinear.
Conseguiu um aumento da sensibilidade da montagem para o dobro.
Contudo, com esta topologia não é possível eliminar, da tensão medida, a
influência de grandezas parasitas.
Capítulo 6
Capítulo 6
Circuitos em Ponte: Medida de Resistências
3º Caso:
A sensibilidade e o erro de não-linearidade são aproximadamente idênticos
aos obtidos no primeiro caso. Contudo, com esta topologia é possível
compensar a tensão de medida das flutuações de resistência do sensor
devido a outras grandezas que não aquela que se pretende medir.
Capítulo 6
Circuitos em Ponte: Medida de Resistências
4º Caso:
Esta estratégia de condicionamento não só se duplica a
sensibilidade em relação ao terceiro caso como também se
melhora a linearidade.
Capítulo 6
Circuitos em Ponte: Medida de Resistências
5º Caso:
A única vantagem desta montagem em relação à anterior está no fato
de duplicar a sensibilidade.
Capítulo 6
Conversão Impedância/Frequência
Multivibrador astável com dois transistores:
Capítulo 6
Conv. Impedância/Frequência - Exercício
7) Calcule a frequência de saída Vo do multivibrador astável abaixo,
considerando que C=10uF, C1= 100nF, R1=10K, R2=100K, R=LDR (dados
abaixo) e Vcc=12Vdc para as seguintes intensidades luminosas:
Capítulo 6
Conversão Impedância/Frequência
Multivibrador astável com amplificador operacional:
Capítulo 6
Conversão Impedância/Frequência
8) Calcule a frequência de saída Vo
do multivibrador astável abaixo,
considerando que C=10nF, R= NTC
(gráfico), R1=10K e R2=100K e
Vcc=12Vdc para as seguintes
temperaturas:
Capítulo 6
Conversão Impedância/Frequência
Multivibrador astável com portas lógicas CMOS (inversoras):
Capítulo 6
Conversão Impedância/Frequência
Multivibrador astável com integrado LM/NE555:
Capítulo 6
Pré-Amplificadores
Amplificadores Operacionais:
O amplificador operacional é um amplificador de corrente contínua do
tipo diferencial com elevado ganho possuindo duas entradas, uma
inversora e outra não-inversora. O comportamento deste tipo de
dispositivo é regulado por uma malha de realimentação e possuem,
idealmente, as seguintes características:
· Ganho de tensão em malha aberta infinito.
· Impedância de entrada e largura de banda infinita.
· Impedância de saída nula.
Capítulo 6
Ganho:
É uma característica apresentada por um dispositivo amplificador
ou atenuador, que consiste em modificar a amplitude de um sinal
aplicado à sua entrada.
Capítulo 6
Pré-Amplificadores
Amplificador Inversor:
Capítulo 6
Amplificador Inversor - Exercício
Calcule o sinal se saída e o ganho do amplificador abaixo em escala
linear e dB, sabendo que R1=22, Rf=3,3M e Vi = 100mVac:
Capítulo 6
Pré-Amplificadores
Amplificador Não-Inversor:
Capítulo 6
Amplificador Não Inversor – Exercício
Calcule o sinal se saída e o ganho do amplificador abaixo em escala
linear e dB, sabendo que R1=22, Rf=3,3M e Vi = 100mVac:
Capítulo 6
Pré-Amplificadores
Amplificador Somador:
Capítulo 6
Amplificador Somador – Exercício
Projetar um circuito com A.O. Que produza uma saída igual a:
a) – (4V1 +V2 + 0,1V3), dado Rf = 60K;
b) Escreva uma expressão para a saída e esboce sua forma de onda
quando V1 =2.sent, V2 = +5V e V3 = – 100V;
c) Calcular o valor eficaz total da tensão de saída Vo para o item b.
Capítulo 6
Pré-Amplificadores
Amplificador Diferencial:
Capítulo 6
Amplificador Diferencial – Exercício
Para o circuito a seguir, determinar e expressão de saída Vo:
Capítulo 6
Pré-Amplificadores
Integrador:
Capítulo 6
Pré-Amplificadores
Amplificador Logarítmico:
Capítulo 6
Pré-Amplificadores
Linearização com AMPOPs:
Para esta montagem, a relação entre ambas as grandezas é sempre
linear e independente da taxa de variação da resistência do sensor.
Capítulo 6
Amplificadores de Instrumentação
Capítulo 6