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TELEMETRIA

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Transmissor de dados em instrumentação
2020
Índice
Introdução .................................................................................. Erro! Indicador não definido.
1.
Telemetria............................................................................................................................ 3
2. Técnicas de transmissão de dados .......................................................................................... 3
2.1. Técnica de transmissão pneumática .................................................................................... 3
2.2. Técnica de transmissão eléctrica/electrónica ....................................................................... 5
2.2.1 Técnica de transmissão elétrica/electrónica digital ........................................................... 5
2.2.1.1 Técnica de transmissão elétrica/electrónica digital usando comunicação serial ............ 5
2.2.1.2 Técnica de transmissão elétrica/electrónica digital usando comunicação paralela ........ 6
2.2.2 Técnica de transmissão elétrica/electrónica analógica ...................................................... 6
2.2.2.1 Técnica de transmissão elétrica/electrónica analógica de tensão ................................... 6
2.2.2.2 Técnica de transmissão elétrica/electrónica analógica de corrente ................................ 7
2.3. Técnica de transmissão de posição ...................................................................................... 8
2.4. Técnica de transmissão em Frequência ............................................................................... 9
2.5. Transmissão em Rádio Frequência ...................................................................................... 9
Conclusão ................................................................................................................................. 10
Referencial Bibliográfico ......................................................................................................... 11
2
Índice de figuras
Figura 1: Transmissão pneumática. ............................................................................................ 4
Figura 2: Transmissor Serial de dados. ...................................................................................... 5
Figura 3: Transmissão paralela de dados. ................................................................................... 6
Figura 4: Sistema de transmissão em corrente. .......................................................................... 8
Figura 5: Telemetria de posição usando um indutivo "síncrono". ............................................. 8
Figura 6: Sistema de transmissão em frequência........................................................................ 9
Figura 7: Os elementos de sistema de transmissão RF. ............................................................ 10
Transmissor de dados em instrumentação
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1. Telemetria
Transmissor de dados em instrumentação
A definição de transmissor de dados em instrumentação dada em LIPTÁK (1970, apud Presys
Instrumentos e sistemas) é “Transmissor é um dispositivo que mede uma variável de processo
através de um elemento primário (sensor), e que tem uma saída cujo valor em regime
estacionário é uma função predeterminada da variável do processo. O elemento primário pode
ou não ser montado integralmente com o transmissor”. Após a obtenção do valor o
transmissor envia este sinal a outro dispositivo, o receptor de dados.
Caso as distâncias entre o transmissor e o receptor seja superior a poucos quilómetros
aceitáveis pelo transmissor eléctrico/electrónico, aplicam-se técnicas eléctricas/electrónicas de
Transmissão de Sinais designadas por telemetria.
Trata-se do emprego de transmissores e receptores acoplados a sistemas de comunicação por
linha telefónica ou por rádio. Este tipo de aplicação ocorre, por exemplo, em oleodutos,
gasodutos, medição de nível de água de rios e represas em que as distâncias envolvidas
podem ser de centenas de quilómetros.
Um transmissor pode ser dividido em duas partes básicas, o elemento de medição e o circuito
de transmissão. O sinal proveniente do elemento de medição é quem está em contacto directo
com o processo e o circuito de transmissão fica na parte superior do transmissor, podendo ser
do tipo pneumático ou eléctrico/electrónico.
2. Técnicas de transmissão de dados
De generalizada, os sinais de controlo na área de instrumentação podem ser transmitidos
pneumaticamente ou electricamente/electronicamente. Devido às necessidades de um
fornecimento de ar para transmissão pneumática, plumagem inflexível, custo, lento tempo de
reacção, alcance limitado de transmissão, confiabilidade, precisão e o requisito de sistemas de
controlo, a transmissão eléctrica é tem sido o método mais utilizado.
2.1. Técnica de transmissão pneumática
Transmissão pneumática, como mostrado na Figura 1, tem sido usada extensivamente no
processo instrumentação e controlo. A quantidade medida (pressão, nível, temperatura, etc.) é
convertida em uma pressão pneumática, as faixas de sinal padrão sendo 20 - 100 kPa pressão
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do medidor (3 - 15 lb/in2/g) e 20 - 180 kPa (3 – 27 lb/in2/g). Quanto mais baixo limite de
pressão fornece um zero vivo para o instrumento que permite que quebras de linha sejam
detectadas, facilita a calibração do instrumento e verificação, e fornece uma resposta dinâmica
melhorada uma vez que, ao desabafar à pressão atmosférica, ainda há pressão de condução
suficiente a 20 kPa.
Figura 1: Transmissão pneumática.
Fonte: Transmissão pneumática.
Sinais pneumáticos foram usados para transmissão de sinal e ainda estão em uso em
instalações mais antigas ou em aplicações onde sinais eléctricos ou faíscas poderia inflamar
materiais combustíveis. Transmissão pneumática de sinais em longas distâncias requerem um
tempo de liquidação excessivamente longo para as necessidades de processamento de hoje e
quando em comparação com transmissões de sinais eléctricos. Linhas de sinal pneumático
também são inflexível, volumoso e caro em comparação com linhas de sinal eléctrico e não
são compatíveis com microprocessadores. Assim, eles não são usados em novos projectos,
excepto possivelmente, em circunstâncias especiais como mencionado. Pressões de
transmissão pneumática foram padronizadas em duas faixas, ou seja, 3 a 15 psi (20 a 100 kPa)
e 6 a 30 psi (40 a 200 kPa); o 3 a 15 psi é agora a faixa preferida. Zero não é usado para o
mínimo das faixas como baixas pressões não transmitem bem e o zero o nível pode então ser
usado para detectar falha no sistema.
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2.2. Técnica de transmissão eléctrica/electrónica
Sinais eléctricos podem ser transmitidos na forma de analógica de tensões, analógica de
correntes ou digitalmente.
2.2.1 Técnica de transmissão elétrica/electrónica digital
Na transmissão digital, a modulação de código de pulso (PCM) é uma das mais comummente
métodos usados de codificação de dados analógicos para transmissão em sistemas de
instrumentação. No PCM o sinal analógico é amostrado e convertido em forma binária por
meio de um conversor analógico – digital, e esses dados são então transmitidos através de
linhas de transmissão usando comunicação serial ou paralela.
Os dados digitais podem ser enviados mais rápido do que dados analógicos devido à
transmissão de maior velocidade. Outra vantagem é que transmissores e receptores digitais
requerem muito menos energia do que dispositivos de transmissão analógico.
2.2.1.1 Técnica de transmissão elétrica/electrónica digital usando comunicação
serial
A transmissão/transmissão serial transmite um único bit por vez, em sequência, por um único
canal de comunicação, e sua velocidade é limitada;
A transmissão serial em sistemas de comunicação propícia a redução de custos, pois utiliza
menos fios na transmissão de dados, por isso, a comunicação serial é muito utilizada em
sistemas de comunicação de dados de longas distâncias, porém a sua transmissão é mais lenta.
A comunicação serial pode ser síncrona ou assíncrona. Na comunicação síncrona, os dados
são enviados em um fluxo contínuo sem informações de parada ou início. Comunicação
assíncrona refere-se a um modo de comunicação no qual os dados são transmitidos como
blocos individuais emoldurados por bits de início e parada.
Figura 2: Transmissor Serial de dados.
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Fonte: https://www.quantil.com/resources/serial-transmission-1024x215.png
2.2.1.2 Técnica de transmissão elétrica/electrónica digital usando comunicação
paralela
Na comunicação/transmissão paralela são transmitidos vários bits por vez, de forma aleatória,
por diferentes canais.
A comunicação paralela é mais rápida, porém, menos segura, pois não garante como os bits
serão enviados e recebidos, além da necessidade de um canal de comunicação mais complexo,
usando grandes cabos de cobre. Quanto mais distante a ligação paralela, pior é a degradação
do sinal eléctrico para os nós mais distantes.
Figura 3: Transmissão paralela de dados.
Fonte: https://www.quantil.com/resources/serial-transmission-1024x215.png
2.2.2 Técnica de transmissão elétrica/electrónica analógica
Os sinais de tensão ou corrente analógica são conectados entre o transmissor e o Receptor.
Em comparação com os sinais digitais, esses sinais podem ser relativamente lentos para
resolver devido à constante de tempo da capacitância de chumbo, indutância e resistência,
mas ainda são muito rápidos em termos da velocidade dos sistemas mecânicos Sinais
analógicos pode perder a precisão se as linhas de sinal forem longas com alta resistência; pode
ser susceptível para deslocamento do solo, laços de terra, ruído e captação de frequência de
rádio.
2.2.2.1 Técnica de transmissão elétrica/electrónica analógica de tensão
Os sinais da tensão são normalmente padronizados nas faixas de tensão de 0 a 5 V, 0 a 10 V,
ou 0 a 12 V, sendo 0 a 5 V o mais comum. Os requisitos do transmissor são uma impedância
de baixa saída para permitir que o amplificador para conduzir uma ampla variedade de cargas
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sem uma mudança na tensão de saída, deriva de baixa temperatura, baixa deriva offset, e
baixo ruído.
2.2.2.2 Técnica de transmissão elétrica/electrónica analógica de corrente
Os sinais da corrente são padronizados em duas faixas; estes são de 4 a 20 mA e 10 a 50 mA,
onde 0 mA é uma condição de falha. A última faixa foi a preferida padrão, mas agora foi
descartado, e a faixa de 4 a 20 mA é o aceito Padrão. Os requisitos do transmissor são
impedância de alta saída, então que a corrente de saída não varia com carga, baixa
temperatura, deriva off-set, e baixo ruído.
Transmissão de dados em corrente mais preferida que a transmissão de dados em tensão. As
razões pela preferência por um dado em corrente são que ao transmitir um sinal em corrente e
não em tensão evita-se o problema de queda de tensão ao longo da linha de transmissão.
Por exemplo, caso se envie um sinal de 10 V através de uma linha, mesmo que a impedância
de entrada do dispositivo receptor seja muito alta, sempre pode haver alguma circulação de
corrente. O cabo de transmissão do sinal possui alguma impedância. Essa corrente passando
por uma impedância gera queda de tensão, a qual fará com que o sinal transmitido chegue
atenuado ao seu destino.
Outra razão de se preferir transmitir um sinal em corrente com um valor mínimo diferente de
zero é para detectar o rompimento da linha de transmissão. Assim, um sinal variando de 0 a
100% será equivalente a uma corrente variando de 4 a 20 mA, de modo que consegue
distinguir entre uma linha rompida (0 mA) e um sinal no zero da escala (4 mA). Costuma-se
intitular esse sinal não-nulo para o início da escala de medição como zero vivo.
Uma transmissão em corrente, é mostrado na Figura 4, tipicamente usa 0-20 ou 4-20 mA. O
sinal analógico (exemplo tensão) é convertido em corrente no transmissor e é detectado no
receptor ou medindo a diferença potencial desenvolvida em um resistor fixo ou usando a
corrente para conduzir um indicativo instrumento ou gravador de gráficos.
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Figura 4: Sistema de transmissão em corrente.
Fonte: Instrumentation References Books, 4a ed pdf.
O comprimento da linha sobre a qual sinais podem ser transmitidos em baixas frequências é
principalmente limitado pela tensão disponível no transmissor para superar queda de tensão
ao longo da linha e através do receptor. Com uma tensão típica de 24 V o sistema é capaz de
transmitir a corrente ao longo de vários quilómetros.
2.3. Técnica de transmissão de posição
A telemetria de posição transmite uma variável analógica reproduzindo no receptor as
informações posicionais disponíveis em o transmissor. Tais dispositivos empregam técnicas
nulas com elementos resistivos ou indutivos para alcançar a telemetria de posição. A Figura 5,
mostra a telemetria de posição usando um indutivo "síncrono".
Figura 5: Telemetria de posição usando um indutivo "síncrono".
Fonte: Instrumentation References Books, 4a ed pdf.
A potência a.c. aplicada ao transmissor induz em os três enrolamentos do estator, a magnitude
da qual dependem da posição do rotor transmissor. Se o rotor receptor estiver alinhado na
mesma direcção que o rotor transmissor em seguida, a FEM induzida nos enrolamentos d
estator do receptor serão idênticas às dos enrolamentos do estator do transmissor. Portanto,
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não haverá correntes circulantes resultantes. Se o rotor receptor não estiver alinhado à
direcção de o rotor transmissor, em seguida, as correntes de circulação no estator
enrolamentos será como para gerar um torque que vai mover o rotor receptor em tal direcção
até alinhar-se com o rotor transmissor.
2.4. Técnica de transmissão em Frequência
Transmitindo sinais como frequência as características de a linha de transmissão em termos de
amplitude e características de fase são menos importantes. Na recepção o sinal pode ser
contado ao longo de um período fixo de tempo para fornecer uma medição digital. Este
método de transmissão é inadequado para sinais que mudam rapidamente ou multiplexados,
mas é útil para aplicações, onde, por exemplo, um valor totalizado de uma variável durante
um determinado período é necessário.
A Figura 6, ilustra um sistema de transmissão em frequência, constituída por um conversor de
sinal analógico (exemplo tensão) em frequência onde é transmitido por meio de uma linha e
recebido por receptor que converte o sinal em frequência para um sinal analógico.
Figura 6: Sistema de transmissão em frequência.
Fonte: Instrumentation References Books, 4a ed pdf.
2.5. Transmissão em Rádio Frequência
A transmissão de radiofrequência (RF) é a transmissão do sinal é por meios de propagação de
linha de visão, onda terrestre ou superficial difracção, reflexão ionosférica ou dispersão para a
frente (BOYES 2010, apud COATES 1982). Amplamente utilizada em telemetria civil e
militar e pode ocorrer a partir de 3 Hz (que é referido como frequência muito baixa (VLF)) até
tão alto quanto 300 GHz (que é referido como extremamente alto frequência (EHF)). A
transmissão de sinais de telemetria ou dados geralmente é realizada como amplitude, fase ou
frequência modulação de alguma onda portadora RF.
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Figura 7: Os elementos de sistema de transmissão RF.
Fonte: Instrumentation References Books, 4a ed pdf.
Conclusão
Dentro da instrumentação há muitas vezes a necessidade de telemetria a fim de transmitir
dados ou informações entre dois locais geográficos. A transmissão é necessária para habilitar
registo centralizado de dados supervisores, processamento de sinais ou controle a ser exercido
em sistemas de grande escala que empregam registo de dados distribuídos ou subsistemas de
controlo e a telemetria é necessária para sistemas remotos ou inacessíveis. Portanto, sendo um
curso de engenharia, é importante que os estudantes tenham conhecimentos das várias
técnicas telemétricas usadas na área de instrumentação porque são conceitos que aplicara na
elaboração de um projecto que envolve transmissão de dados a longas distâncias.
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Referencial Bibliográfico
[1] BOYES, Walt, Instrumentation References Books, 4a ed., fourth Edition, 2010
[2] DUNN, William C., Fundamental of iIndustrial Instrumentation and Process Control,
[3]
Comunicação
Serial
e
Comunicação
Paralela
pdf.
Disponível
em
<
https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&cad=rja&uact=8&
ved=2ahUKEwixqqcmJLpAhVqVRUIHfjfDKYQFjADegQIAhAB&url=http%3A%2F%2Fw
ww.ruberpaulo.xpg.com.br%2Farquivos%2FComunicacao_serial_e_paralela.pdf&usg=AOv
Vaw3HNT7AmUr4K3onL-KQ-4Zi >, acessado em 29/04/2020 às 13h38
[4] http://www.presys.com.br/blog/transmissao-de-sinais/, acessado em 29/04/2020 às 13h
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