INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE INDUSTRIAL IProf. Pierre Vilar Dantas

Turma: 0063-A

Horário: 6N

ENCONTRO DE 16/03/2018

RoteiroPadrão 4-20mA

Sistemas de Aquisição de Dados

Medidores de Grandezas Elétricas

Padrão 4-20mA

Sinais de InstrumentaçãoPadrão 4-20mA• O princípio do loop de 4 a 20mA consistem em uma única malha

com vários resistores.

• Pela lei das malhas a corrente é a mesma em todos os elementosresistivos e a tensão é distribuída em todos os resistores.

• Ou seja, o padrão 4 a 20mA tem a vantagem da informaçãomanter-se constante mesmo havendo várias cargas em série.

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Sinais de InstrumentaçãoO que há num loop 4-20mA• Sensor e transdutor e transmissor;

• Fonte de alimentação;

• Loop (circuito fechado);

• Sistema de aquisição.

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Vantagens e Desvantagens• Vantagens

� O padrão 4-20mA é um padrão clássico nas indústrias;� É fácil identificar quando o transmissor está com defeito;� Não é sensível a ruídos elétricos;� É muito simples para instalar e configurar.

• Desvantagens� Podem transmitir somente um sinal numa mesma malha;� Quando há muitos instrumentos em um processo, o número de malhas é

maior também podendo causar problemas de aterramento quando osfios não são propriamente isolados.

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Por que 4-20mA?1. 30mA passando pelo corpo humano (coração) é suficiente para

matar a pessoa (ver norma).

2. Em sua maioria, um semicondutor requer pelo menos 3mA decorrente para operar.

3. O padrão deve ser linear na banda máxima de 3-30mA. Pensou-se no padrão 5-25mA e 4-20mA.

4. Como os cálculos com 4-20mA são mais fáceis.

•

Fonte: Why do we use a 4-20 mA signal and not a 0 mA signal in industries:

• https://www.researchgate.net/post/Why_do_we_use_a_4-20_mA_signal_and_not_a_0_mA_signal_in_industries

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Sistemas de Aquisição de Dados

Princípios básicos• ”Sistema de aquisição de dados é qualquer arranjo que permita

transformar sinais analógicos em digitais para permitir ainterpretação e manipulação por sistemas digitais”.

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Filtro anti-aliasing• Implementado por um circuito integrado dedicado ou por um

amplificador operacional ou por um filtro RC. O objetivo desse filtroé eliminar ou reduzir as frequência ”desnecessárias”, reduzindoportanto a largura de banda do circuito, o que ajuda naminimização do ruído.

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Circuito Sample and Hold (SH)• Outras denominações:

� Amostrador com retenção (SH, S&H ou SHA).� Segurador.

• A função é manter ou segurar o valor do sinal até que a próximaamostra seja adquirida. A vantagem de utilização desse dispositivoé o aumento da confiabilidade do processo de conversão.

• Explicar a condição:

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Amostragem• Computadores digitais são incapazes de processar sinaisanalógicos. Portanto, é necessária uma represertação digital destainformação.

• O conversor analógico-digital (ADC ou A/D) converte um tensão daentrada (ou corrente) para uma quantidade binária representativa.

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Teorema de Nyquist• A razão de amostragem f determinada pelo Teorema de Nyquist

precisa ser, no mínimo, duas vezes a frequência máxima doespectro de Fourier do sinal analógico. Para reconstruir o sinaloriginal após a amostragem é necessário passar a forma de ondaamostrada por um filtro passa baixa que limita a banda passante.

• Após a digitalização do sinal pelo conversor ADC, o sinal está aptopara ser analisado ou processado pela unidade de processamentode sinais, por exemplo, um computador.

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Quantização• Representação aproximada de um valor do sinal por um conjuntofinito de valores.

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Medidores de GrandezasElétricasBALBINOT, A.; BRUSAMARELLO, V. J. Instrumentação e Fundamentos deMedidas–Vol. 1, vol. 1. Rio de Janeiro, Brazil: LTC, 2010.

Cap. 5, pág. 234

Introdução• Os medidores de tensão, corrente, resistência elétrica sãoinstrumentos que podem ser simples, baratos e apresentar outrasfunções, medindo também capacitâncias, ganhos de transistores,testes de diodos e temperatura.

• Esses equipamentos geralmente são denominados multímetros.

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Classes de proteção• ABNT NBR 5410:2004

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Instrumentos analógicos• Os primeiros instrumentos tinham seus princípios de

funcionamento baseados em engenhosos efeitos eletromagnéticoscom a função de movimentar um ponteiro sobre uma escalagraduada e calibrada.

• O fato de os valores lidos serem mostrados através de ponteiroscaracteriza os medidores analógicos.

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Princípios de funcionamento• Instrumentos de medidas elétricas analógicos são construídos a

partir de um instrumento fundamental, denominado galvanômetro,que é sensível ao fluxo de baixas correntes.

• A partir desses instrumentos fundamentais são acrescidoscomponentes, tais como resistores, entre outros, a fim de tomá-loum medidor de corrente, um medidor de tensão ou um medidor deresistência.

• Os galvanômetros podem ser construídos de diferentes maneiras,e os mais comuns são os de ferro móvel e os de bobina móvel.

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Algumas ligações

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Instrumentos digitais• Os medidores digitais fornecem a leitura em forma de dígitos, em

vez de mostrar a grandeza em função da posição de um ponteiroem uma escala.

• Um voltímetro digital pode ser considerado basicamente umconversor analógico digital conectado a um pequeno circuito deseleção e tratamento além de uma unidade de visualização(display).

• Uma determinada tensão a ser medida é amostrada durante certoperíodo de tempo e é convertida mediante o conversor A/D em umsinal digital.

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Medidores de tensão• Alta impedância de entrada (por que isso é importante e quais as

implicações práticas?).

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Medidores de corrente• O amperímetro é um instrumento cuja função consiste em medir

corrente elétrica. Esse instrumento tem como principalcaracterística uma baixa impedância de entrada.

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Amperímetros do tipo alicate• Esse tipo de instrumento caracteriza-se por proporcionar uma

medida sem abertura do circuito para inserção do instrumento demedição.

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Exercícios

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