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Aula 07 - Medida de grandezas elétricas: Caracterização dos instrumentos de medição Universidade Federal de Santa Maria Câmpus Cachoeira do Sul Curso de Engenharia Elétrica Professor Diogo Vargas Instrumentação, CSEE4117 Ementa 1. Sinais, medidas e interferência – Medição de sinais, sistema de unidades, precisão, exatidão, resolução, linearidade, padrão, aferição, calibração e rastreabilidades. 2. Teoria de erros e propagação de incertezas. 3. Transdutores e sensores. 4. Instrumentação analógica – amplificadores operacionais e aplicações, métodos de linearização, filtros ativos. 5. Instrumentação digital – conversão A/D e D/A. 6. Acondicionamento de sinais elétricos – compatibilidade eletromagnética, aterramento, blindagem, isolação. 7. Aquisição de dados por computador. 2 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o Sumário 1. Instrumentos de medição 1. Classificação dos instrumentos 2. Caracterização dos Instrumentos de Medição 3 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o 1.1 Classificação dos instrumentos 1. Pelo modo que apresentam a medida: • Indicadores • Totalizadores • Registradores • Integradores 2. Pelo método de medição • Analógicos • Digitais 3. De acordo com a energia utilizada na medição • Passivos • Ativos • De Zero 4 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o 1.1 Classificação dos instrumentos • Aparelho indicadores: • Fornece ao utilizador uma indicação direta da grandeza; • Exemplo: voltímetros e amperímetro (analógico ou digital); • Aparelho registrador: • Fornece registro permanente ou semipermanente; • Exemplo: servo-registrador; • Aparelho totalizador: • Medida resulta da soma dos valores parciais da grandeza; • Exemplo: Wattímetro totalizador de potência elétrica; • Aparelho integrador: • Valor da grandeza a medir é obtido por integração de uma grandeza em função de outra; • Exemplo: Contador energia elétrica. 5 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o 1.1 Classificação dos instrumentos • Aparelhos analógicos: • Estão associadas à monitoração contínua da grandeza a medir, cuja medição é realizada por analogia da posição de um ponteiro, ou de um ponto luminoso, com escala graduada. • Aparelhos digitais: • Medidas realizadas de forma discreta, geralmente através de um visualizador numérico. Processamento de dados realizado por circuitos integrados digitais. • Vantagens instrumentação digital: • Melhor exatidão; • Visualizadores digitais de resultados, menos suscetíveis a erros de leitura; • Facilidade de armazenamento, de comunicação e de processamento de dados. 6 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o 1.1 Classificação dos instrumentos • Instrumentos passivos • Absorvem energia do circuito onde realiza a medição; • Altera a impedância do circuito, provocando erros de medição por efeito de carga. • Instrumentos ativos • Introduzem energia no circuito de medição; • Muitas vezes exige que se retire a alimentação do próprio circuito. • Exemplo: Ohmímetro. • Instrumentos de zero • Sob condição de equilíbrio, Nem retiram nem fornecem energia para o circuito; • Exemplo: Ponte de Wheatstone. 8 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o 1.2 Caracterização dos Instrumentos de Medição • A qualidade da medida depende diretamente da qualidade do instrumento. Assim é importante conhecer as características do instrumento utilizado. • Características estáticas: • Definidas para estímulos (sinal de entrada) constantes no tempo ou para estímulos de variação muito lenta; • Características dinâmicas: • Definidas para estímulos variáveis no tempo, tal como senoidais, quadradas, triangulares etc. 9 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o 1.2 Caracterização dos Instrumentos de Medição • Caracterização estática a) Sensibilidade: é o quociente da variação de resposta do instrumento de medição, Δgo, pela variação correspondente do estímulo, Δgi. [VIM] 𝑺 = ∆𝒈𝒐 ∆𝒈𝒊 • É expressa em uma grande variedade de unidades: • mm/V (voltímetro de ponteiro); • Ω/°C (termômetro). 10 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o 1.2 Caracterização dos Instrumentos de Medição • Caracterização estática • Sensibilidade 11 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o 1.2 Caracterização dos Instrumentos de Medição • Caracterização estática b) Resolução de um dispositivo indicador: é a menor diferença entre indicações de um dispositivo indicador que se pode distinguir. c) Limiar de mobilidade: é a maior variação do estímulo que não provoca uma variação perceptível da resposta do instrumento de medição. d) Gama de medição ou Faixa de medição: é o conjunto dos valores da grandeza medida para os quais o erro de medição se mantém dentro de determinados limites. 12 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o 1.2 Caracterização dos Instrumentos de Medição • Caracterização estática e) Estabilidade: é a aptidão do aparelho de medição para conservar no tempo as suas características metrológicas. f) Histerese: é uma propriedade do instrumento de medição cuja resposta a um sinal de entrada depende da sequencia dos sinais de entrada precedentes. 13 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o 1.2 Caracterização dos Instrumentos de Medição • Características dinâmicas a) Tempo de resposta (to): é o tempo necessário após uma variação abrupta do sinal de entrada para que a saída atinja seu valor estável de regime permanente, dentro dos limites especificados. 14 Tempo de resposta U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o 1.2 Caracterização dos Instrumentos de Medição • Características dinâmicas b) Tempo de subida (tr): é o intervalo de tempo que a saída demora a passar de 10% a 90% do valor final. 15 Tempo de subida U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o 1.2 Caracterização dos Instrumentos de Medição • Características dinâmicas c) Resposta em frequência: • Frequência de corte: frequência para a qual se observa uma redução de ganho de -3dB ao ganho das frequências intermediárias. • Frequência de corte inferior (f1). • Frequência de corte superior (f2). • Largura de banda (f2 - f1), análogo a um filtro passa-faixa. • Exemplo: Osciloscópio com largura de banda 100 MHz. • f1=DC=0Hz • f2 =100MHz 16 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o 1.2 Caracterização dos Instrumentos de Medição • Características dinâmicas c) Resposta em frequência: Gaussiana – normalmente até 1GHz 17 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o 1.2 Caracterização dos Instrumentos de Medição • Características dinâmicas c) Resposta em frequência: Respostas Plana 18 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o 1.2 Caracterização dos Instrumentos de Medição • Características dinâmicas c) Resposta em frequência: • Sinal quadrado de 100 MHz, osciloscópio 100 MHz 19 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o 1.2 Caracterização dos Instrumentos de Medição • Características dinâmicas c) Resposta em frequência: • Sinal quadrado de 100 MHz, osciloscópio 500 MHz 20 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o 1.2 Caracterização dos Instrumentos de Medição • Características dinâmicas c) Resposta em frequência: • Sinal quadrado de 100 MHz, osciloscópio 1 Ghz 21 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o Bibliografia • CAMPILHO, A. Instrumentação Electronica. Métodos e técnicas de medição. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. • LOPES, Juliano de Pelegrini & DERNARDIN, Gustavo. Material da disciplina IE27CP. UTFPR-PB, 2018. 22 U FS M - C SE E4 1 1 7 - In st ru m e n ta çã o
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