instrumentação mecatrônica 01
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Professor: Rafael Falcão
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Ementa
1. Fundamentação de Circuitos e Eletrônica: Amplificador Operacional
2. Sistemas de Detecção, Transdução e Medição de Grandezas
3. Sistemas de Atuação
4. Acionamentos Elétricos, Hidráulicos e Pneumáticos
5. Dispositivos de Aquisição de Dados, Monitoração e Controle
6. Dispositivos de Segurança
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Bibliografia
Bibliografia Básica:
SOISSON, H., Instrumentação Industrial, Hemus Editora - 681.2 S683
DORF, Richard C.; BISHOP, Robert H., Sistemas de controle moderno. LTC - Livros Técnicos e Científicos, 2001 - 681.51 D695
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Bibliografia
Bibliografia Complementar:
WERNECK, M.M. Transdutores e Interfaces. LTC
DEBELIN, E.O., Measurement Systems:
Application and Design. McGraw-Hill
ALLOCA, J. A. & STUART, A., Transducers,
Theory and Applications. Reston/Prentice Hall
MORRISON, R., Instrumentation Fundamentals
and Applications .John Willey
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Introdução
O que vem a ser Intrumentação?
Instrumentação é a ciência que aplica e
desenvolve técnicas para adequação de
instrumentos de medição, transmissão,
indicação, registro e controle de variáveis
físicas em equipamentos nos processos
industriais
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Introdução
E quanto a instrumento?
Todo dispositivo usado para direta ou indiretamente medir e/ou controlar uma variável.
Nesta definição inclui-se, segundo a Instrument Society of America ISA, elementos/sensores primários, elementos finais de controle, dispositivos computacionais, dispositivos elétricos como alarmes, chaves e botoeiras. E o termo não se aplica a partes que são componentes internos do Instrumento (norma ANSI/ISA-S5.1-1984-R-1992).
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Introdução
Isto é, uma primeira classificação para os
instrumentos é:
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Instrumentos
Medição Atuação
Medição e
Atuação
Termômetros, manômetros,
velocímetros, medidores de
vazão, medidores de nível,
etc.
Válvulas manuais e
automáticas, motores de
passo, inversores de
freqüência, motores
elétricos, bombas,
aquecedores, etc.
Termostatos,
pressostatos, chaves de
fim de curso, etc.
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Exemplo
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Aplicações
Monitoração do Processo: indicadores de pressão, temperatura, etc; sensores de vibração em máquinas, alarmes, etc.
Análise Experimental de Engenharia: em laboratórios de aferição, na verificação de desgastes e fadiga, etc.
Obs.: Usualmente tem-se instrumentos mais precisos e delicados, cuja resposta dinâmica muitas vezes fica em segundo plano.
Controle de Processo: sensores usados para medir variáveis de um processo controlado, enviando essas informações a um controlador que gera sinais de comando para atuadores.
Obs.: Usualmente busca-se instrumentos cuja resposta dinâmica deve ser rápida em relação ao processo a ser controlado.
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Processos
Conceito:
Processo é a realização de
transformações de natureza química,
física ou biológica
Exemplos de Processos:
Geração de energia elétrica, geração de
vapor e Modelagem.
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Instrumentos de Medição
Um Instrumento de Medição é composto por um conjunto de
sub sistemas. Um esquema possível é apresentado abaixo.
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Sensor Conversão
da Medição
Processamento
do Sinal
Transmissão
dos dados
Apresentação
da medição
Armazenamento dos
dados recebidos
Meio
Observador
Sensor Ambiente
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Instrumentos de Atuação
Um diagrama para os instrumentos de atuação é apresentado
abaixo.
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Atuador
Transmissão
dos dados
Processamento
dos dados
Human-Machine
Interface
Conversão do
comando
Operador
Processo
Atuador Ambiente
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Classificação dos
Instrumentos Os instrumentos podem ser classificados segundo as seguintes características:
Tipo de Sinais Discretos
Digitais
Analógicos
Utilização de Fontes de Energia Ativos
Passivos
Forma de Medição Por Deflexão
Por Detecção de Nulo
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Classificação dos
Instrumentos Instrumentos do tipo Discreto:
Possuem apenas 2 valores possíveis: zero/um, aceso/apagado, ligado/desligado, aberto/fechado, etc.
Exemplos:
Chave de Nível (indica se o nível é superior ou inferior a um dado limiar);
Chave de pressão ou pressostato;
Chave de temperatura ou termostato;
Chave fim de curso;
Alarmes;
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Classificação dos
Instrumentos
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Classificação dos
Instrumentos
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Classificação dos
Instrumentos
Instrumentos do tipo Digital
Indicam valores em um conjunto finito de possibilidades
Exemplos: Instrumentos eletrônicos de medição com
mostradores digitais;
Instrumentos de medição ligados em uma rede digital dedicada (field bus, sensor bus, etc);
Motor de passo;
Encoder (medição de posição via contabilização de pulsos gerados);
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Classificação dos
Instrumentos
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Classificação dos
Instrumentos
Instrumentos do tipo Analógico
Assumem ou indicam valores em um
conjunto finito não-enumerável de
possibilidades (faixa contínua de valores
em um intervalo finito)
Exemplos:
Termômetro de mercúrio;
Resolver;
Manômetro de tubo em U;
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Classificação dos
Instrumentos É comum encontrar-se os seguintes padrões de envio de
medições/comandos em Instrumentação Industrial:
Sinais de pressão de 3 psi a 15 psi (libras por polegada
quadrada);
Sinais de corrente de 4 mA a 20 mA;
Sinais de tensão de 1 V a 5 V.
O valor mínimo enviado diferente de zero possibilita testar se o instrumento
está funcionando, mesmo que o valor da medição ou do comando seja nulo.
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