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CAT163 - Instrumentação Prof. Agnaldo J. R. Reis <[email protected]> UFOP/EM/DECAT Transparências elaboradas com base no Cap. 2 de DOEBELIN, E.O. Measurement Systems: Application and Design. McGraw-Hill. 5ª.ed.,2003 (Última atualização em 18.06.2013). Os ‘slides’ 6 e 10-21 foram gentilmente cedidos pelo Sr. Heliomar Guzzo (Vale). Configurações Generalizadas e Descrições Funcionais dos Instrumentos de Medidas

CAP2 DOEBELIN

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Configurações Generalizadas e Descrições Funcionais dos Instrumentos de Medidas Measurement Systems Doebelin

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CAT163 - Instrumentao Prof. Agnaldo J. R. Reis UFOP/EM/DECATTransparncias elaboradas com base no Cap. 2 de DOEBELIN, E.O. Measurement Systems:Application and Design. McGraw-Hill. 5.ed.,2003 (ltima atualizao em 18.06.2013). Osslides 6 e 10-21 foram gentilmente cedidos pelo Sr. Heliomar Guzzo (Vale).Configuraes Generalizadas e Descries Funcionais dos Instrumentos de MedidasConfiguraes Generalizadas e Descries Funcionais dos Instrumentos de Medidas possvel descrever a operao de um instrumento demedio e avaliar o seu desempenho de uma formageneralizada sem recorrer a uma montagem fsica?Como?Operao: Elementos Funcionais de um InstrumentoDesempenho: Calibrao Esttica e Dinmica2.1 Elementos Funcionais de um Instrumento2.1.1 Medidor de Presso

2.1.2 Termmetro de PressoDispositivo de regulao de temperatura com componentes reais, em que:(a) (b)(c) (d)a) Transdutor de temperatura; b) Controlador digital PID.c) Conversor corrente-presso; d) Vlvula de regulao.2.1.3 Malha de Temperatura2.2 Transdutores Ativos e Passivos 2.2.1 TRANSDUTORES PASSIVOS UM COMPONENTE CUJA ENERGIA DESADA FORNECIDA INTEIRAMENTE PELO SEU SINAL DE ENTRADA.MECNICO/MECNICO ELTRICO/MECNICO(http://coffeegeek.com/images/34400/305x200/BourdonTubeMech1.gif) (http://www.eletrodomesticosforum.com/cursos/fisica_na_refrigeracao/termostato.gif)2.2 Transdutores Ativos e Passivos 2.2.2 TRANSDUTORES ATIVOS NECESSITAM DE UMA FONTE DEENERGIA AUXILIAR QUE FORNEA A MAIOR PARTE DA ENERGIA DESADA.Amplificador EletrnicoInstrumento ServomecanismoControle de Processos e OperaesSensorTransmissorVlvulaAtuadorIndicadorIntegradorControladorConversorMalha de Controle de VazoSENSORSensores so elementos bsicos de interface entre oprocesso e a medio, tambm chamados de elementosprimrios. o elemento de um instrumento de medioque diretamente afetado pela grandeza submetida medio.SensorTransmissorVlvulaAtuadorIndicadorIntegradorControladorConversorMalha de Controle de VazoInstrumento que tem a funo de converter as variveisde processo atravs de elementos primrios e enviar ovalor das mesmas, em forma de sinais padronizados,para outros instrumentos, tais como: controladores,indicadores e registradores.TRANSMISSORSensorTransmissorVlvulaAtuadorIndicadorIntegradorControladorConversorMalha de Controle de VazoInstrumento que indica o valor da quantidade medidaenviada pelo detector, transmissor etc.Instrumento que registra graficamente valoresinstantneos medidos ao longo do tempo, valores estesenviados pelo transmissor ou o controlador. Ostotalizadores so considerados registradores.INDICADORREGISTRADORSensorTransmissorVlvulaAtuadorIndicadorIntegradorControladorConversorMalha de Controle de VazoInstrumento que compara o valor medido com ovalor desejado e, baseado na diferena entre eles,emite sinal de correo para a varivel manipulada afim de que esta diferena seja igual a zero.CONTROLADORSensorTransmissorVlvulaAtuadorIndicadorIntegradorControladorConversorMalha de Controle de VazoInstrumento que converte uma grandeza fsica emoutra de natureza diferente, mantendo uma correlaoapropriada.Ex. Conversor I/P converte uma varivel eltrica emuma varivel pneumtica.CONVERSORSensorTransmissorVlvulaAtuadorIndicadorIntegradorControladorConversorMalha de Controle de Vazo um conjunto de dispositivos que modificam aresposta do sistema.Ex. Vlvulas de Controle, Motores etc.ATUADOR2.3 Modos de Operao Analgico e Digital Analgico O valor exato da grandeza de interesse (e.g., tenso, ngulo de rotao etc.) significativo. Digital Em sistemas digitais eletrnicos, a informao binria representada por nveis de tenso. o valor exato da tenso no importante.2.3 Modos de Operao Analgico e Digital(a) Modo Analgico (b) Modo Digital 2.4 Mtodos da Deflexo e do Anulamento Deflexo A grandeza a ser medida produzalgum efeito fsico que gera um efeito similar eoposto em alguma parte do instrumento.http://www.brasilescola.com/upload/e/dinamometro.jpg http://www.funbec.com.br/Imagens/Dinamometro.GIF2.4 Mtodos da Deflexo e do Anulamento(a) Mtodo da Deflexo Anulamento Tenta manter a deflexo em zeroatravs da aplicao adequada de um efeitoopositor que foi gerado pela grandeza medida.http://artesanatocomarte.com.br/loja/images/balancacomsepo.jpg2.4 Mtodos da Deflexo e do Anulamento2.4 Mtodos da Deflexo e do Anulamento(b) Mtodo do Anulamento2.5 Configuraes de Entrada-Sada de Instrumentos e Sistemas de Medio Entradas Desejadas Entradas no desejadas: Entradas de Interferncias Grandezas para as quais o instrumento no intencionalmente sensvel. Entradas Modificadoras Grandezas que causam mudanas nas relaes entrada-sada para as entradas desejadas e de interferncias.Configurao de entrada-sada genrica Entrada desejada (a): p1 e p2.Sada: deslocamento xEntradas de Interferncia (b): Acelerao. Sada: x0, mesmo se p1=p2.Entradas Modificadoras (c):ng.de Inclinao, temperatura, fora gravitacional.Sada: x0, mesmo se p1=p2.Entradas Esprias para um Manmetro- Entrada desejada: deformao/tenso- Entradas de interferncias: Campo eletromagntico, temperatura (variao da resistividade e dilatao diferencial do sensor e base)- Entrada modificadora: temperatura, tenso de alimentaoEntrada de Interferncia para um Extensmetro Insensibilidade Inerente Realimentao de Ganho Elevado Correes de Sada Calculadas Filtragem de Sinal Entradas de OposioMtodos de Correo para Entradas de Interferncia e Modificadoras- Identificar as entradas de interferncia e modificadoras;- Escolher materiais que minimizem os efeitos das entradas esprias (e.g. Invar(metal), Zerodur(vidro/cermica), Ni-Span C(metal));- Projeto do instrumento.1. Mtodo da Insensibilidade Inerente- Estimar as magnitudes das entradas de interferncia/modificadora e avaliar como elas afetam a sada.- Calcular as correes necessrias que devero ser somadas ou subtradas;- Condicionamento de sinais;- Smart Transducers (IEEE 1451.4).2. Mtodo das Correes de Sadas Calculadas-Consiste na incluso de certos elementos (filtros) no instrumento que bloqueiam os sinais esprios, fazendo com que os seus efeitos sejam minimizados ou removidos.- Local de instalao do filtro.- Idealmente, os filtros devem apresentar uma relao entrada-sada nula.- Os filtros podem bloquear completamente um sinal esprio ou pode ser seletivo.3. Mtodo da Filtragem de Sinais3.1 Filtragem na Entrada do Instrumento3.2 Filtragem Seletiva3.2 Filtragem Seletiva(cont.)-Consiste na incluso de um elemento no instrumento que tenda a cancelar os sinais esprios, fazendo com que os seus efeitos sejam minimizados ou removidos.- Variante do mtodo das correes da sadas calculadas.- Correo automtica.4. Mtodo das Entradas OpositorasExemplos: Milivoltmetro- Elementos Funcionais de um instrumento- Transdutores Ativos e Passivos- Modos de Operao Analgico e Digital- Mtodos de deflexo e do anulamento- Configurao de Entradas e Sadas de Instrumentos ou de Sistemas de Medio- Mtodos de Correo- ExercciosConsideraes Finais