Cap02_Metodos

Universidade da Beira Interior
Instrumentação e Medida
Métodos de Medição e Instrumentação
CAPÍTULO 2
MÉTODOS DE MEDIÇÃO E INSTRUMENTAÇÃO
2.1. Métodos de Medição
Definição: Um método de medição é uma sequência lógica de operações, descritas
genericamente, utilizadas na execução de medições [VIM 2.4].
2.1.1. MÉTODOS ANALÓGICOS
Grandezas intervenientes na medição são de natureza analógica, desde a entrada até à saída do
instrumento ou cadeia de medição;
Grandeza monitorizada continuamente no tempo;
Exemplos:
–
A medição directa de uma tensão contínua com um voltímetro de indicação
analógica é um método analógico de medição.
– Os registadores galvanométricos (por exemplo, um sismógrafo ou um
electrocardiógrafo) e os osciloscópios.
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2.1.2. MÉTODOS DIGITAIS
O resultado da medição é representado num visor numérico;
O processamento é realizado na forma digital, embora em muitos casos a interligação com o
exterior é feita de uma forma analógica;
Instrumentação com enorme capacidade de memorização e processamento.
Exemplos:
–
Multímetro digital, contador digital, osciloscópio digital.
–
Sistemas de instrumentação, instrumentação inteligente.
2.1.3. MÉTODOS POR COMPARAÇÃO
Resultados com boa qualidade metrológica;
Grandeza a medir é comparada directamente com uma grandeza da mesma natureza e com valor
conhecido.
Tipos:
-
Método de Substituição;
-
Método de zero;
-
Método Diferencial.
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2.1.3.1. Método de substituição
A grandeza a medir é substituída por uma grandeza da mesma natureza, de valor conhecido,
escolhida de maneira a que os efeitos no dispositivo indicador produzam o mesmo efeito.
Exemplo: Método de substituição para medição da resistência RX. Neste caso, a resistência RS é
variada até que o amperímetro indique um valor de intensidade de corrente igual ao obtido
quando o comutador está ligado à resistência a medir, RX.
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2.1.3.2. Método de zero
A medição é registada quando se verifica uma condição nula num instrumento.
Método de zero – Método potenciométrico
Exemplo – Medição de uma tensão: Método de zero pelo método potenciométrico para medir a
fonte de tensão desconhecida, Vx. O procedimento consiste na ligação da fonte Vx através de um
amperímetro aos terminais A e B do fio potenciométrico. A posição do potenciómetro é ajustada
até se verificar a condição de corrente nula no amperímetro:
RAB – Resistência do fio entre os terminais A e B
R – Resistência total do fio
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Método de zero – Ponte de Medição (Ponte de Wheatstone)
Instrumento de medição tradicionalmente usado na medição de resistências ou impedâncias.
Elemento essencial no condicionamento de sinal (cadeias de medição com transdutores
resistivos).
Conforme a alimentação as pontes designam-se por:
-
pontes de corrente contínua;
-
pontes de corrente alternada.
Exemplo – Método de medição de resistência: Método de zero pelo método de Ponte de
Medição para medição da resistência desconhecida, Rx. Na condição de corrente nula no detector
(a condição de equilíbrio da ponte), a tensão aplicada aos terminais do detector é nula, pelo que
surge a relação:
A condição de equilíbrio é expressa pela igualdade:
R1Rx = R2R3,
R1, R2, R3 – resistências padrão
RX – resistência a medir
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Erros de medição:
–
A tolerância de cada uma das resistências conhecidas, R1, R2 e R3;
Se o erro de cada uma delas for εR1, εR2 e εR3, o erro total é εRX = εR1+ εR2+εR3;
–
Variações nas resistências devido ao auto-aquecimento;
–
Tensões por efeito termoeléctrico nos contactos entre materiais diferentes;
–
Erro na determinação do ponto de equilíbrio por falta de sensibilidade e resolução
do detector;
–
Resistência dos fios de ligação e dos contactos.
2.1.3.3. Método Diferencial
Usado para a medição de desequilíbrios resistivos (ponte de Wheatstone).
Exemplo – Método de medição de resistência: é medida a diferença entre duas grandezas, por
exemplo, a diferença de potencial.
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Neste circuito, a diferença de potencial, vA - vB produz à saída do amplificador diferencial, de
B
ganho A, a tensão de saída, v0:
O circuito pode ser usado para medição de desequilíbrios resistivos, ΔR. Fazendo:
R1 = R2 = R3= R
Rx = R + ΔR
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2.1.4. MÉTODOS DE MEDIÇÃO DE RESISTÊNCIAS
MÉTODO DE SUBSTITUIÇÃO;
(Analisado anteriormente – ponto 2.1.3.1)
MÉTODO DE ZERO:
-
Ponte de Medição (Ponte de Wheatstone); (Analisado anteriormente – ponto
2.1.3.2)
MÉTODO DIFERENCIAL; (Analisado anteriormente – ponto 2.1.3.3)
MÉTODOS INDIRECTOS:
-
Método de Injecção de corrente;
-
Método do Voltímetro-Amperímetro.
2.1.4.1. Métodos Indirectos
Recorrem à lei de Ohm.
Método Indirecto – Método de Injecção de Corrente
Injectando corrente constante, I, de valor conhecido, a medição da resistência R pode ser feita
através da medição da tensão U, pela Lei de Ohm.
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Método Indirecto – Método do Voltímetro-Amperímetro
Montagem de longa derivação:
– A resistência medida, Rm, é a razão das duas leituras, de tensão, Vm e de corrente, Im.
Montagem de curta derivação:
-
A queda de tensão na resistência, Rx é a tensão lida pelo voltímetro, Vm
-
A corrente lida pelo amperímetro é:
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2.2. Instrumentos de Medição
2.2.1. CARACTERIZAÇÃO DOS INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO
2.2.1.1. Caracterização Estática
-
Sensibilidade, S, de um instrumento de medição é o quociente da variação da
resposta do instrumento de medição, Δgo, pela variação correspondente do
estímulo, Δgi.
-
Resolução de um dispositivo indicador é a menor diferença entre indicações de
um dispositivo indicador que se podem distinguir significativamente.
-
Deriva é a variação lenta de uma característica metrológica de um instrumento de
medição.
-
Folga é o máximo intervalo de valores no interior do qual o estímulo pode ser
modificado em ambos os sentidos sem provocar variação da resposta do
instrumento de medição.
-
Histerese é uma propriedade do instrumento de medição cuja resposta a um sinal
de entrada depende da sequência dos sinais de entrada precedentes.
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2.2.1.2. Caracterização Dinâmica
-
Tempo de resposta, t0, é o tempo que decorre após uma variação repentina do
sinal de entrada até que o sinal de saída atinja, dentro de limites especificados, o
seu valor final em regime estável e nele se mantenha.
-
Tempo de subida, tr, é o intervalo de tempo que a saída demora a passar de 10 %
a 90% do valor final.
-
Frequências inferior e superior de corte, f1 e f2 são as frequências para as quais
se observa ma redução de ganho de -3 dB relativamente ao ganho observado às
frequências intermédias.
2.3. Sistemas de Medição
Os sistemas de medição são classificados de acordo com diversos critérios:
(1) Sistemas em Malha Aberta e em Malha Fechada;
(2) Sistemas analógicos e digitais.
Sistema em Malha Aberta:
Variável
a medir
-
Usualmente não está envolvida qualquer acção de controlo;
-
Vigia e registo de um conjunto de eventos.
Transdutor
Condicionamento
de sinal
Visualização
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Sistema em Malha Fechada:
-
Medições efectuadas para controlar um estado, ou condição da variável medida.
Transdutor
Condicionamento
de sinal
Visualização
Variável
a medir
Controlo
Comparador
Referência
Sistema Analógico:
-
Variáveis registadas ou controladas continuamente.
Sistema Digital:
-
Capacidades ampliadas: Concepção de sistemas de instrumentação complexos.
-
Interligação de um conjunto de instrumentos digitais a uma única fonte.
-
Variáveis a medir ou a controlar convertidas para um forma digital através de uma
placa de aquisição de dados.
-
O programa de controlo do processo, a condução e processamento da informação
encontram-se num sistema de apoio informático.
2.4. Bibliografia
Aurélio Campilho, “Instrumentação Electrónica – Métodos e Técnicas de Medição”, FEUP
Edições, 2000.
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