INSTRUMENTAÇÃO II Ponte de Wheatstone Ligada a Uma

INSTRUMENTAÇÃO II
Engenharia de Automação, Controlo e Instrumentação
2006/07
Trabalho de Laboratório nº 1
Ponte de Wheatstone Ligada a Uma Termo-Resistência
Realizado por Paulo Alvito
4 de Março de 2004
Revisto em 15 de Setembro de 2005
1. Objectivos
Na industria os condicionadores de sinal, baseados nas pontes de Wheatstone, estão
normalmente localizados nas salas de controlo. Quando se liga uma termo-resistência,
localizada no campo, ao circuito condicionador, a resistência dos fios de ligação poderá
influenciar a precisão da medida. Neste trabalho pretende-se estudar essa influência nas
montagens a dois e três fios.
Pretende-se ainda que os alunos calibrem e estudem um transmissor electrónico de
temperatura.
2. Material
1 × Termo-Resistência PT100
1 × Potenciómetro
1 × Indicador de temperatura
3 × Décadas de Resistências
1 × Tabela de valores Resistência-Temperatura para a PT100
1 × Transmissor de Temperatura
1 × Fonte de Alimentação
3. Procedimento Experimental
1ª Parte – Montagem a Dois Fios
Considere a Figura 1 onde RL1 e RL2 representam as resistências dos fios que ligam o sensor
ao circuito condicionador.
(T1) Desprezando os valores de RL1 e RL2, determine vo = f(Vs, R1, R2, R3, RT).
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(T2) Considerando R1 = R2, confirme que o valor de RT, com a ponte em equilíbrio, poderá ser
dado pelo valor de R3.
(L1) Realize a montagem da Figura 1 com R1 = R2 = 100Ω e Vs = 5V. Assuma que o circuito
condicionador está montado junto à termo-resistência e como tal as resistências RL1 e RL2 são
desprezáveis. Ajuste R3 por forma a que a ponte fique em equílibrio e indique o valor obtido.
(P1) Através da relação existente entre R3 e RT, e utilizando a tabela de temperaturas da
termo-resistência, determine o valor de temperatura ambiente. Compare o valor obtido com o
valor medido pelo indicador de temperatura. Comente.
Fig. 1 – Montagem a dois fios
(L2) Assuma agora que o sensor está montado a uma distância de 50 metros do circuito
condicionador e que os fios de ligação possuem uma resistência de 80Ω/Km. Introduza na
montagem valores de resistência para RL1 e RL2 que traduzam essa situação. Volte a equilibrar
a ponte através do ajuste de R3. Indique o valor obtido.
(P2) Através da relação existente entre R3 e RT, e utilizando a tabela de temperaturas da
termo-resistência, determine o valor de temperatura ambiente. Compare o valor obtido com o
valor medido pelo indicador de temperatura. Justifique a diferença obtida. Qual o erro obtido?
O erro é aceitável?
2ª Parte – Montagem a Três Fios
Considere agora a figura 2.
Fig. 1 – Montagem a três fios
(T3) Determine vo = f(Vs, R1, R2, R3, RT, RL1, RL2).
(T4) Considerando R1 = R2, confirme que o valor de RT, com a ponte em equilíbrio, poderá ser
dado pelo valor de R3.
(L3) Realize a montagem da figura 2 com R1 = R2 = 100Ω e Vs = 5V. Continue a assumir que
o sensor está montado a uma distância de 50 metros do circuito condicionador. Ajuste R3 por
forma a que a ponte fique em equílibrio. Indique o valor obtido.
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(P3) Através da relação existente entre R3 e RT, e utilizando a tabela de temperaturas da
termo-resistência, determine o valor de temperatura ambiente. Compare o valor obtido com o
valor medido pelo indicador de temperatura. Comente os resultados obtidos.
3ª Parte – Calibração de Um Transmissor de Temperatura
O transmissor utilizado neste trabalho trata-se de um transmissor que se destina a ser montado
na cabeça de uma termo-resistência standard de platina (Pt100). Pretende-se calibrar o
transmissor, na sua gama de funcionamento, para uma saída de 4-20 mA. Essa calibração
deverá ser efectuada com auxílio de uma década de resistências, de um multímetro e de uma
tabela de valores padrão para a variação da resistência em função da temperatura para a
termo-resistência Pt-100.
Procedimento de Calibração
Proceda à montagem de acordo com a figura 1. Note que, durante o processo de calibração, a
termo-resistência (RTD) deverá ser substituída pela década de resistências.
Fig. 1 – Calibração de um transmissor de temperatura.
(Nota: O aspecto do transmissor depende do fabricante)
Extraia da tabela de temperaturas da termo-resistência,
corresponde a temperatura de 0ºC.
o valor de resistência a que
Aplique, através da década, o valor de resistência à entrada do transmissor.
Ajuste o parafuso de “zero” do transmissor, por forma a que na sua saída se tenham 4 mA.
Extraia da tabela de temperaturas da termo-resistência,
corresponde a temperatura de 100ºC.
o valor de resistência a que
Aplique, através da década, o valor de resistência à entrada do transmissor.
Ajuste o parafuso de “span” do transmissor, por forma a que na sua saída se tenham 20 mA.
(L4) Faça os procedimentos necessários de modo a obter uma curva de calibração do
transmissor. Represente graficamente i=f(T).
(P4) Comente as caracteristicas estáticas do transmissor.
Ligação do Transmissor à Termo-Resistência
Proceda à ligação da termo-resistência ao transmissor.
(L5) Qual o valor de corrente medido pelo amperímetro na saída do transmissor?
(L6) Qual é o valor de temperatura ambiente marcado pelo indicador?
(L7) De acordo com a calibração que efectuou (i=f(T)), para a temperatura indicada qual
deveria ser o valor de corrente na saída do transmissor?
(P5) Justifique eventuais diferenças de valores.
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I (mA)
i=f(T)
T (ºC)
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