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INSTRUMENTAÇÃO
1. Sistema de Medição
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1. Sistema de Medição
Conceitos
Sistema – conjunto de componentes relacionados ou interligados entre si para um determinado objectivo.
Medição – operações que tem como objectivo determinar o valor de uma grandeza.
 As operações podem ser feitas automaticamente
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1. Sistema de Medição
Conceitos
Grandeza – atributo de um fenómeno ou substancia que pode ser qualitativamente distinguido e quantitativamente determinado.
Unidade – grandeza especifica, definida e adotada por convenção 
Mensurado – objecto da medição 
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1. Sistema de Medição
Conceitos
Sistema de medição – conjunto de medidas funcionalmente combinadas (instrumentos de medição, transdutores, HMI, e outros meios técnicos), localizados em diferentes pontos controlados com o objectivo de medir uma ou varias grandezas (variaveis) físicas inerentes a determinado espaço
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1. Sistema de Medição
Conceitos
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1. Sistema de Medição
Conceitos
 É através do sistema de medição que a operação medir é efectuada.
 O sistema de medição é projectado para gerar sinais de informação da medição em uma forma conveniente para processamento automático, transmissão e/ou uso em sistemas de controle automático.
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1. Sistema de Medição
Conceitos
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1. Sistema de Medição
Conceitos
 Exemplo: Sistema de controle de temperatura no interior de um refrigerador
O sensor mede a temperatura do interior do refrigerador e compara com o valor de referencia pre estabelecido. Se a temperatura estiver acima do valor maximo aceitavel, o compressor é activado ate que atinja o valor minimo e é desligado. 
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1. Sistema de Medição
Conceitos
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1. Sistema de Medição
Conceitos
 Os sistemas de medição possui as principais caracteristicas dos instrumentos de medição.
 
 As principais areas de aplicação dos sistemas de medição são em INDUSTRIAS, PESQUISAS CIENTIFICAS, TESTES DE OPERAÇÃO e outros não menos importantes.
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1. Sistema de Medição
Classificação
 As medições podem ser classificadas de acordo com os seguintes critérios:
Obtenção do resultado da medição
Natureza das alterações do valor medido durante o processo de medição
Característica de precisão
Número de medições em uma série de medições
Expressão dos resultados das medições
Para fins metrológicos 
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1. Sistema de Medição
Classificação
 De acordo com Obtenção do resultado da medição são divididas em:
 Directas 
Indirectas
Agregadas 
Conjuntas
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1. Sistema de Medição
Classificação
Medição directa - medição em que o valor desejado da quantidades físicas são obtidas diretamente como resultado da medição efectuada. 
 Por exemplo, medir o comprimento com um micrômetro, corrente com um amperímetro, resistência elétrica com um ohmímetro.
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1. Sistema de Medição
Classificação
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1. Sistema de Medição
Classificação
Medidas indiretas - o valor desejado é estabelecido apartir dos resultados das medições diretas de tais quantidades que estão associadas à dependência específica procurada.
 Exemplo: Medindo a intensidade da corrente  e a tensão directamente então usando a relação funcional das grandezas podemos calcular a Resistência. 
 
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1. Sistema de Medição
Classificação
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R=U/I
1. Sistema de Medição
Classificação
Medições agregadas - estão associadas à solução de um sistema de equações compilado a partir dos resultados de medições simultâneas de várias quantidades homogêneas.
 
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1. Sistema de Medição
Classificação
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Por exemplo, ao realizar medições diretas das resistências dos resistores. conectado por um triângulo e em seguida, de acordo com os resultados dessas medições calcule os valores das resistências dos próprios resistores.
1. Sistema de Medição
Classificação
Medições conjuntas - é uma medida de duas ou mais grandezas físicas não homogêneas para determinar a relação entre elas.
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1. Sistema de Medição
Classificação
 Por exemplo, para encontrar a dependência da resistência de um resistor com a temperatura, determinado pela expressão 
 Rt = R0 (1+ At), meça a resistência do resistor em duas diferentes temperaturas, faça um sistema de duas equações e encontre os valores parâmetros R0, A. 
 Primeiro, medimos a resistência do resistor nas temperaturas t1 e t2:
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1. Sistema de Medição
Classificação
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Rt1=R0(1+ At1)
Rt2=R0(1+ At2)
Onde t1, t2 — температуры ,
Rt2, Rt1 — Resistência em temperatura t1 и t2 respectivamente.
R0 и A — Parâmetros necessários
1. Sistema de Medição
Classificação
 
 São em grande escala usadas em medições de vários parâmetros e características no campo da engenharia eléctrica.
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1. Sistema de Medição
Classificação
 Pela natureza da mudança no valor medido no processo de medição, existem medições:
Estaticas
Dinâmicas 
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Classificação
Medição estática - medição de uma quantidade física de acordo com uma tarefa especifica de medição com valores inalterado durante o tempo de medição. 
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1. Sistema de Medição
Classificação
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Exemplo: medir uma frequência constante de um sinal sinusoidal usando um osciloscópio eletrônico
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Classificação
Medidas dinâmicas - associados a tais quantidades que sofrem certas mudanças no curso das medições.
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1. Sistema de Medição
Classificação
Exemplo: medição de valores instantâneos ao longo do tempo tensão usando um osciloscópio eletrônico.
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1. Sistema de Medição
Classificação
 De acordo com o Número de medições em uma série de medições
 Medições únicas 
 Medições múltiplas 
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1. Sistema de Medição
Classificação
Medidas únicas - esta é uma medida de uma quantidade, ou seja, o número de medições é igual ao número de valores medidos.
Múltiplas medidas - caracterizado por um excesso do número de medições do número de valores medidos.
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1. Sistema de Medição
Classificação
 De acordo com a Característica de precisão
Iguais 
Desiguais
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Classificação
Iguais - uma série de medições de qualquer quantidade, realizada por instrumentos de medição de mesma precisão nas mesmas condições com o mesmo cuidado.
 
 Desiguais - Uma série de medidas de qualquer quantidade, realizada por instrumentos de medição que diferem em precisão e (ou) em diferentes condições
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1. Sistema de Medição
Classificação
 Em relação às expressão dos resultados das medições dividem em:
 Absolutas
 Relativas.
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1. Sistema de Medição
Classificação
Medidas absolutas - são chamados aqueles em que uma medição direta de uma (às vezes várias) grandezas básicas e uma constante física são usadas. 
 Por exemplo medir a força F é baseado na medição da quantidade básica - massa (m) e no uso de constante física g (no ponto de medição de massa), de acordo com pela equação F = mg. 
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1. Sistema de Medição
Classificação
Medidas relativas - baseiam-se no estabelecimento da razão entre a quantidade medida e a quantidade homogênea usada como unidade.
 
 Naturalmente, o valor desejado depende da unidade utilizada.
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1. Sistema de Medição
Classificação
Para fins metrológicos
Tecnicas 
Metrologicas
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1. Sistema de Medição
Classificação
Medições técnicas - medições com ferramentas de trabalho Medidas. 
 
 As medições técnicas são realizadas para fins de controle e gestão de experimentos científicos, processos tecnológicos, tráfego,etc. 
 Por exemplo, medir uma série de quantidades que caracterizam um determinado processo tecnológico. 
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1. Sistema de Medição
Classificação
Medições metrológicas - medições realizadas usando padrões e instrumentos de medição modelos com o objectivo de reprodução das unidades de quantidades físicas para transmitir seus meios de medição. 
 
 Exemplo, executando um procedimento de verificação de instrumentos de medição.
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1. Sistema de Medição
Classificação
 Associados às medições estão conceitos como "escala de medição", "princípio de medição", "método de medição".
Escala de medição é um conjunto ordenado de valores de uma quantidade física, que serve como base para sua medição.
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1. Sistema de Medição
Classificação
 Vários tipos de escalas são conhecidos: uma escala de nomes, uma escala de ordem, uma escala de intervalos, uma escala de relações, etc.
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1. Sistema de Medição
Métodos
Método de medição - recepção ou conjunto de métodos de comparação quantidade física medida com sua unidade de acordo com implementado princípio de medição. 
 A classificação dos métodos de medição é baseada no método de aplicação medidas na obtenção do valor medido.
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1. Sistema de Medição
Métodos
 Na literatura científica, entre os métodos de medição os seguintes são os principais:
Avaliação directa 
Comparação
 Diferencial
 Zero
 Substituição
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1. Sistema de Medição
Principais Métodos 
 
 Método de avaliação direta é um método de medição em que o valor da quantidade é determinado diretamente a partir do indicador instrumento de medição. 
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1. Sistema de Medição
Principais Métodos 
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O resultado da medição neste caso é determinado diretamente no dispositivo de leitura do instrumento de medição. 
1. Sistema de Medição
Principais Métodos 
Método de medição zero - é um método de comparação com uma medida, em que o efeito resultante do mensurando e da medida sobre o dispositivo de comparação é zerado.
 Este método permite obter alta precisão de medição, com aplicação de medidas de alta precisão e indicadores de zero com alta sensibilidade.
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1. Sistema de Medição
Principais Métodos 
 O dispositivo com o qual a igualdade a zero da diferença especificada é determinada, é chamada de zero- indicador.
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1. Sistema de Medição
Principais Métodos 
Método diferencial se caracteriza por medir a diferença entre uma dada quantidade e uma quantidade conhecida reproduzida pela medida. 
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1. Sistema de Medição
Principais Métodos 
 O resultado é definido como a soma das leituras do instrumento de medição e valores de uma quantidade física por uma medida reproduzível. 
 
 O melhor da precisão deste método permite que você obtenha com uma ligeira diferença entre o valor medido e o valor reproduzível de medida conhecido.
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1. Sistema de Medição
Principais Métodos 
Método de medição de substituição - um método de comparação com uma medida, em onde o valor medido é substituído por uma medida com um conhecido valor da quantidade. 
 
 
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1. Sistema de Medição
Principais Métodos 
 Como exemplo, temos um esquema de medição de valores generalizado do resistor com base no método de substituição. 
 Em primeira etapa mede a corrente Ix por meio do resistor Rx. 
 No segundo - atual I0 através da resistência exemplar R0. 
 O valor procurado é determinado na proporção.
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1. Sistema de Medição
Principais Métodos 
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1. Sistema de Medição
Principais Métodos 
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1. Sistema de Medição
Modulos
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1. Sistema de Medição
Modulos
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1. Sistema de Medição
Modulos
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1. 1. Sistema nacional e internacional de medidas
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Sistema nacional e internacional de medidas
 A necessidade de medir é muito antiga e remete à origem das civilizações. 
 
 Por longo tempo, cada povo teve o seu próprio sistema de medidas, a partir de unidades arbitrárias e imprecisas como, por exemplo, aquelas baseadas no corpo humano: palmo, pé, polegada.
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 Isso criava muitos problemas para o comércio, porque as pessoas de uma região não estavam familiarizadas com o sistema de medidas das outras regiões. 
 Imagine a dificuldade em comprar ou vender produtos cujas quantidades eram expressas em unidades de medida diferentes e que não tinham correspondência entre si.
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Sistema nacional e internacional de medidas
 A civilização ocidental testemunhou, com a crise do feudalismo. (compreende o sistema político, econômico e social que predominou na europa ocidental entre o início da idade media até a afirmação dos estados modernos, tendo seu apogeu entre os séculos XI e XIII), transformações políticas e econômicas que criaram a necessidade de conciliar os interesses da nobreza aos da crescente burguesia mercantil. 
 
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Sistema nacional e internacional de medidas
 
 A formação dos Estados, tinha por características marcantes a criação de unidades monetárias; de um idioma nacional; e a padronização de pesos e medidas, para facilitar as trocas comerciais.
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Sistema nacional e internacional de medidas
 Com o advento do comércio internacional, as diferentes populações não estavam familiarizadas com o sistema de outras regiões.  
 Por isso, criar um método eficaz de unidade de medidas foi necessário para o avanço e modernidade da sociedade internacional.
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Sistema nacional e internacional de medidas
 
 Primeiramente, o Reino Unido criou um sistema chamado inglês, que foi utilizado em suas colônias, assim como nos Estados Unidos (utilizado actualmente mas com algumas modificações).
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Sistema nacional e internacional de medidas
 A partir de 1790, no agitado período da Revolução Francesa, propostas para uma nova legislação metrológica foram enviadas à Assembleia Nacional. 
 
 Aprovada no ano seguinte, o novo sistema teria por base de comprimento baseado nas medições do arco de meridiano compreendido entre Dunquerque e Barcelona.
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Sistema nacional e internacional de medidas
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Sistema nacional e internacional de medidas
 A Academia de Ciências da França conduziu o projeto, apresentando, em 1799, o Sistema Métrico Decimal.
 
 Posteriormente, muitos outros países adotaram o sistema.
 
 O Sistema Métrico Decimal adotou, inicialmente, três unidades básicas de medida: o metro, o quilograma e o segundo.
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Sistema nacional e internacional de medidas
 Entretanto, o desenvolvimento científico e tecnológico passou a exigir medições cada vez mais precisas e diversificadas. 
 Variadas modificações ocorreram até que, em 1960, o Sistema Internacional de Unidades (SI), mais complexo e sofisticado, foi consolidado pela 11ª Conferência Geral de Pesos e Medidas.
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Sistema nacional e internacional de medidas
INSTRUMENTAÇÃO
1. 2. Padrões de Medição
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1.1. Padrões de Medição
 A palavra inglesa standard pode ser traduzida para Português como norma ou padrão. 
 
 No âmbito da metrologia, é comum utilizar-se o termo measurement standard para denominar padrão de medição.
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1.1. Padrões de Medição
 No Vocabulário Internacional de Metrologia, padrão de medição é definido como “medida materializada, instrumento da medição, material de referência ou sistema de medição destinado a definir, realizar, conservar ou reproduzir uma unidade, um ou mais valores de uma grandeza, para servirem de referência”.68
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1.1. Padrões de Medição
 Como exemplos de padrões de medição podemos considerar:
Padrão de massa de 1 kg
Resistência padrão de 100 ohm
Amperímetro padrão
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1.1. Padrões de Medição
 Os padrões estão organizados numa hierarquia de qualidade:
 Padrões Internacionais
Padrões Primários
Padrões Secundários
Padrões de Trabalho.
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1.1. Padrões de Medição
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1.1. Padrões de Medição
Padrões Primarios
 Um padrão primário é designado ou é largamente reconhecido como possuindo as mais elevadas qualidades metrológicas, e cujo o valor é aceite sem referência a outros padrões da mesma grandeza.
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1.1. Padrões de Medição
Padrões Primarios
Estes padrões não são disponibilizados para usos externos aos laboratórios nacionais, pelo que a sua principal função é calibrar os padrões secundários. 
Estes laboratórios emitem certificados de calibração para os padrões secundários, normalmente mantidos pelos laboratórios de calibração acreditados.
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1.1. Padrões de Medição
Padrões Primários
 Os padrões primários são dispositivos mantidos pelas organizações e laboratórios nacionais, em diferentes partes do mundo. 
 Eles representam as quantidades fundamentais e derivadas e são calibrados de modo independente, através de medições absolutas. 
 A principal função dos padrões primários é a de calibrar e certificar periodicamente os padrões secundários.
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1.1. Padrões de Medição
Padrões Primários
 Como os padrões internacionais, os primários não são disponíveis para o usuário final. 
 
 O padrão primário é também chamado de padrão de referência. 
 
 Os padrões primários são os mais precisos existentes.
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1.1. Padrões de Medição
Padrões Primários
 Todos os padrões primários precisam ter certificados. Os certificados mostram a data de calibração, precisão, condições ambientes onde a precisão é válida e um atestado explicando a rastreabilidade com o Laboratório nacional. 
 O padrão primário é certificado por padrões com maior hierarquia. Quando o sistema é calibrado contra um padrão primário, tem-se uma calibração primária.
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1.1. Padrões de Medição
Padrões Secundários
 Os padrões secundários são os padrões de referência utilizados em laboratórios industriais e são normalmente mantidos por uma empresa em particular. 
 
 Estes padrões são enviados periodicamente aos laboratórios nacionais para calibração e comparação com os padrões primários
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1.1. Padrões de Medição
Padrões Secundários
 Os padrões secundários são também instrumentos de alta precisão mas de menor precisão que a dos padrões primários e podem tolerar uma manipulação normal, diferente do extremo cuidado necessário para os padrões primários. 
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1.1. Padrões de Medição
Padrões Secundários
 Os padrões secundários são usados como um meio para transferir o valor básico dos padrões primários para níveis hierárquicos mais baixos e são calibrados por padrões primários.
 Ele é o padrão disponível e usado pelos laboratórios de medição e calibração na indústria.
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1.1. Padrões de Medição
Padrões Secundários
 Cada laboratório industrial é responsável exclusivo de seus padrões secundários. 
 Cada laboratório industrial deve periodicamente enviar seus padrões secundários para os laboratórios nacionais para serem calibrados.
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1.1. Padrões de Medição
Padrões Secundários
 Após a calibração, os padrões secundários retornam ao laboratório industrial com um certificado de precisão.
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1. 3. Sistema Internacional de Unidades
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
O Sistema Internacional de Unidades, abreviado pela sigla SI, é um conjunto de unidades de medidas correspondentes às grandezas físicas fundamentais e suas derivações. 
O SI representou uma evolução do sistema métrico quando estabelecido em 1960, durante a Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM), na França.
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O Sistema Internacional de Unidades é escrito sobre sete unidades de medida básicas, baseadas nas grandezas físicas fundamentais
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
UNIDADES DE BASE
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
Unidade de comprimento 
– Metro: O metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo durante um intervalo de tempo de 1/299.792.458 de segundo.
Unidade de massa 
– Quilograma: O quilograma é igual à massa do protótipo internacional do quilograma.
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
Unidade de tempo 
– Segundo: O segundo é a duração de 9.192.631.770 períodos da radiação correspondente à transição entre dois níveis do estado fundamental do átomo de césio 133 em repouso e a uma temperatura de 0 K.
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
Unidade de corrente elétrica 
– Ampére (A): é a intensidade de corrente elétrica constante que, se mantida entre dois condutores paralelos, retilíneos, de comprimento infinito, de seção circular desprezível e situados à distância de 1 m entre si, no vácuo, produz entre esses condutores uma força igual a 2 x 10 – 7 N por metro de comprimento dos fios.
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
Unidade de temperatura 
– kelvin (K): O kelvin é a fração de 1/273,15 da temperatura termodinâmica do ponto triplo da água.
Unidade de substância
 – mol: Corresponde à quantidade de substância de um sistema que contém tantas entidades elementares quanto átomos existentes em 0,012 Kg de carbono 12.
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
Unidade de intensidade luminosa 
– candela (cd): É a intensidade luminosa em uma dada direção que emite uma radiação monocromática de frequência 5,40 x 10 14 Hz e que tem uma intensidade radiante nessa direção de 1/683 watt por esferorradiano.
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
UNIDADES DERIVADAS
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
 
 O valor numérico de uma grandeza expressa em ºC difere do valor numérico da mesma grandeza quando expressa em K, pois o início da contagem da escala K é inferior em 273.15 ao início da escala º C. 
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
Por exemplo, a temperatura de 20 ºC equivale a 293.15 K 
 
 
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
REGRAS DE UTILIZAÇÃO
 Os nomes das unidades devem ser escritos com caracteres minúsculos, mesmo que derivem de nomes de cientistas.
 
 Exemplo: metro, segundo, ampere, watt, hertz
 Excepção: grau Celsius
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
 Os nomes das unidade admitem plural (segundo o Bureau Internacional de Pesos e Medidas - BIPM), só passando ao plural a partir de dois, inclusive.
 Exemplo: 0,47 metro; 1,99 joule; 
 2 miliamperes; 8x10-4 segundo; 
 5,2 metros por segundo.
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
 Os símbolos das unidades são escritos em caracteres minúsculos. No entanto, se o nome da unidade deriva de um nome próprio, a primeira letra do símbolo será maiúscula.
 Exemplo: m (metro); s (segundo); W (watt); N (newton); Pa (pascal).
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
 Os símbolos das unidades são invariáveis, mesmo no plural, e não são seguidos de um ponto, excepto no caso da pontuação normal.
 
 Exemplo: 12 m e não 12 m.; nem 12 ms; nem 12 mts.
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
 O SI define os seguintes prefixos para múltiplos e submúltiplos das unidades.
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
 O nome de um múltiplo (ou submúltiplo) de uma unidade obtém-se acrescentando o nome da unidadeao nome do prefixo apropriado.
 Exemplo: centímetro (10^-2 m) ; quilowatt (10^3 W) ; microampere (10^-6 A)
 O símbolo de um múltiplo (ou submúltiplo) de um unidade forma-se acrescentando o
 símbolo da unidade ao símbolo do prefixo apropriado.
 Exemplo: cm ; kW ; μA.
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
 Os símbolos dos prefixos SI, quando impressos, escrevem-se em caracteres seguidos. Não se deve deixar espaço entre o símbolo do prefixo e o símbolo da unidade.
 Exemplo: deve escrever-se km e não k m para indicar 10^3 m
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
 Não se deve, igualmente, deixar espaço entre o nome do prefixo e o nome da unidade, quando se escreve o nome do múltiplo (ou do submúltiplo).
 
 Exemplo: deve escrever-se microampere e não micro ampere.
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
 Um prefixo não pode ser empregue sem uma unidade.
 Exemplo: deve escrever-se μm e não μ.
 
 Não se empregam prefixos compostos, isto é, prefixos formados pela associação de dois ou mais prefixos.
 Exemplos: deve escrever-se ρF (picofarad) e não μμF ; deve escrever-se GW (gigawatt) e não kMW.
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
Nota 1: Entre as unidades de base do SI, a unidade de massa é a única cujo nome (quilograma) contém, por razões históricas, um prefixo. 
 Tal facto é uma excepção; os nomes e símbolos dos múltiplos (e submúltiplos) decimais da unidade SI de massa são formados pela junção dos prefixos à palavra “grama” e dos símbolos convenientes ao “g”.
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
Nota 2: A palavra “grama” é, neste contexto, um substantivo masculino; nestas condições, é incorrecto dizer,
 por exemplo, “duzentas gramas” (como tantas vezes se ouve!), devendo antes dizer-se “duzentos gramas”.
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
 O conjunto formado pela junção do símbolo de um prefixo ao símbolo de uma unidade constitui um novo símbolo inseparável, que pode ser elevado a uma potência (positiva ou negativa) sem necessidade de parêntesis e que pode, também, ser combinado com outros símbolos de unidades, para formar símbolos de unidades compostas.
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
 Exemplo: cm2 significa sempre 
 (10^-2 m)^2 = 10^-4 m2 e nunca 10^-2 m2 ; μs-1 significa sempre (10^-6 s)^-1 = 10^6 s-1 e nunca 10^-6 s-1
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
Outras Unidades que Podem ser Utilizadas com o SI
 
 As unidades seguintes não pertencem ao SI, embora desempenhem um importante papel na vida diária, estando largamente divulgadas.
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
	Grandeza	Nome	Simbolo	Valor correspondente no SI
	Tempo	minuto
hora
dia	min
H
d	1min = 60 s
1h = 60 min = 3600 s
1d = 24h = 86 400 s
	Angulo plano	grau
minuto de angulo
Segundo de angulo	º
‘
‘’	1 º = (π/180) rad
 1 ‘ = (1/60)º = (π/10800) rad
 ‘1’ = (1/60)’ = (π/648000) rad
	Volume
Massa	litro
tonelada	l
t	1 l = 1 dm2 = 10^-3 m3
1 t = 10^3 kg
	Pressão	bar	bar	1 bar =10^5
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
Por tais motivos, é permitida a sua utilização conjuntamente com as unidades do SI, não devendo no entanto combinar-se com estas senão em casos extremos (por exemplo km/h).
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Sistema Internacional de Unidades(SI)
Relação de Algumas Unidades SI com Unidades de Outros Sistemas
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	Nome	Simbolo	Correspondente no SI
	polegada
jarda	in
yd	25,4 mm 
0,9144
	pé
libra	ft
lb	0,3048 m
0,45359237 kg
	onça
libra-força	oz
lbf	28,3495 g
4,44822 N
	libra-força por polegada quadrada
milímetro de agua	lbf.in^-2
mmH2O	6894,76 Pa
9,80665 Pa
	milímetro de mercúrio
grau Fahrenheit 	mmHg
º F	133.332 Pa
(9xºC/5)+32
	quilograma-força
atmosfera normal 	kgf
atm	9.80665 N
1,01325 x 10^5
	cavalo vapor
horse power 	cv
hp	735.499 W
745,700 W
INSTRUMENTAÇÃO
1. 4. Instrumentação Laboratorial e Industrial
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Instrumentação Laboratorial
 Instrumentação laboratorial: é uma ampla gama de instrumentos e aparelhos usados ​​na prática laboratorial para pesquisa, testes, análises qualitativas e quantitativas, no processo de preparação de amostras. 
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 A instrumentação laboratorial é a base da pesquisa, com a obtenção de resultados confiáveis ​​e reproduzíveis.
 
 É possível implementar projetos de pequenas instalações de pesquisa, andares e edifícios inteiros, com um perfil de atividades científicas e práticas diferenciadas.
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Instrumentação Laboratorial
 O Laboratório de Instrumentação possui como objetivo principal o desenvolvimento de projetos na área de instrumentação industrial e automação, prestando também serviços tecnológicos. 
 
 
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Instrumentação Laboratorial
 Nos dias de hoje existem mais de 3.000 equipamentos para laboratórios disponíveis, incluindo dispositivos e aparelhos padronizados com capacidade elevada, com uma ampla faixa de temperaturas de operação, etc. Existem um conjuntos pré-configurados para tarefas específicas que podem ser facilmente dirigidas para necessidades individuais.
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Instrumentação Laboratorial
 Os laboratorios possuem geralmente equipamentos de calibração, câmaras climáticas, aquecidores, medidores de densidade, fornos de secagem, termostatos, evaporadores, sistemas de preparação e meios para testes de dissolução e outros dispositivos também podem ser adquiridos para equipar o laboratório.
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Instrumentação Laboratorial
 Todos os tipos de equipamentos de laboratório podem ser condicionalmente divididos de acordo com o uso pretendido, métodos de obtenção e exibição dos resultados dos estudos laboratoriais, bem como o grau de validação. 
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Instrumentação Laboratorial
 Dependendo das características e finalidade, o equipamento de laboratório é dividido em vários tipos: 
Instrumento geral de laboratório; 
Instrumento especial de laboratório; 
Instrumentos de medição;
 Instrumentos de laboratório analitico;
 Instrumento de laboratório de teste 
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Instrumentação Laboratorial
 O instrumento geral de laboratório é usado durante o trabalho preparatório ou intermediário com os objectos, antes do início do estudo ou durante o teste. 
 Com a ajuda desta técnica, são realizados os processos de mistura, trituração, moagem, alteração do estado de agregação e outras propriedades físicas e químicas.
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Instrumentação Laboratorial
 Exemplo: Cronômetros eletrônicos 
✔ medidores de pH com eletrodos seletivos de íons 
✔ Acessórios para trabalhar com pipetas de vidro convencionais (inclusive eletrônicas) 
✔ Suportes, tripés, pernas, equipamento de fixação 
✔ Bombas de jato de água
 ✔ Secagem por congelamento
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Instrumentação Laboratorial
 Instrumento especial de laboratório - dispositivos que são necessários para resolver certas tarefas "restritas" que são típicas de um laboratório particular. 
 Este grupo de equipamentos de laboratório inclui dispositivos que se caracterizam por uma maior precisão, requerem condições especiais de uso ou armazenamento.
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Instrumentação Laboratorial
 Instrumento de medição - dispositivos usados ​​para avaliar os parâmetros físicos quantitativos da amostra de teste. 
 
 A categoria de equipamentos de laboratório de medição inclui polarímetros, espectrômetros, balanças de laboratório, refratômetros, etc.
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Instrumentação Laboratorial
 polarímetro é um instrumento de laboratório usado para determinar o ângulo de rotação ótica de luz polarizada passando por um materialespectrômetro é um aparelho que serve para observar e medir as cores presentes em um feixe de luz
refratômetro (Br), é um instrumento óptico utilizado para medir o índice de refração de uma substância translúcida. ... O refratômetro usado também para medir a concentração de proteínas ou a salinidade no sangue
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 Instrumento de laboratório analítico - dispositivos que são usados ​​para a determinação de alta precisão da composição de amostras.
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Instrumentação Laboratorial
 Instrumento de laboratório de teste é uma técnica que pode ser usada para realizar uma variedade de manipulações físicas e químicas com as amostras de teste. Normalmente, eles são dispositivos computadorizados ou robóticos. Esta categoria inclui medidores de espessura, medidores de umidade, reômetros, etc.
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Instrumentação Laboratorial
Um reômetro é um dispositivo de laboratório usado para medir a maneira pela qual um líquido, suspensão ou chorume flui em resposta às forças aplicadas.
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 Qualquer pesquisa de laboratório é realizada em duas etapas:
 Preparação de amostra;
Estudo da amostra.
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Instrumentação Laboratorial
 Os instrumentos de laboratório pode ser classificado em: 
 Equipamento de laboratório destinado à preparação de amostras para pesquisa. Com a ajuda de tais dispositivos, as substâncias recebem a forma ou o estado de agregação exigidos, o que é necessário para pesquisas futuras. Este tipo de equipamento de laboratório inclui: pipetas, moinhos, centrífugas, etc.
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Instrumentação Laboratorial
 Instrumento de laboratório usado para pesquisa. Dispositivos deste tipo são usados ​​para determinar a estrutura de amostras de uma substância em estudo, para determinar seus parâmetros e propriedades. Este grupo inclui: microscópios, analisadores, fotômetros, escalas de laboratório de alta precisão, etc.
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Instrumentação Laboratorial
 Instrumento de laboratório usado para criar condições estéreis durante a pesquisa. Dispositivos deste tipo permitem fornecer condições nas quais organismos microscópicos estão ausentes no ambiente de laboratório. 
 As condições estéreis são criadas usando equipamentos de desinfecção, filtragem e limpeza, ou seja, ultravioleta, lâmpadas de quartzo, etc.
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Instrumentação Laboratorial
Instrumentação Industrial
 A Instrumentação industrial é a ciência que estuda, desenvolve técnicas e aplicações para adequação de instrumentos de medição, transmissão, indicação, registro e controle de variáveis físicas em equipamentos nos processos industriais.
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 A eficiência dos processos que envolvem a indústria dependem da qualidade da instrumentação, da confiabilidade dos equipamentos e do suporte dos melhores fornecedores.
 
 A Instrumentação Industrial, quando utilizada de maneira criteriosa e planejada, reduz custos, aumenta a produtividade e contribui com a qualidade e a segurança da produção.
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Instrumentação Industrial
 Cada um dos instrumentos usados no processo industrial é importante. Seja na medição de nível, vazão, temperatura, pressão ou qualquer outra grandeza.
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Instrumentação Industrial
 Para a instrumentação industrial funcionar, é preciso, primeiramente, estudos dos processos, para assim desenvolver instrumentos que serão aplicados para medições e controle destes processos.
 A partir disso, podemos dizer que essa instrumentação funciona através de instrumentos específicos para determinadas funções. Embora as medições são feitas através de instrumentos e processos específicos, o funcionamento de um instrumento de medição é similar entre eles.
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Instrumentação Industrial
 Manter um controle adequado dos processos tem se tornado cada vez mais importante não apenas para operadores de campo, mas também para a empresa como um todo, incluindo executivos e gerentes dos mais diversos setores.
 Isso é resultado de dois fatores: redução dos custos de produção e aumento do foco em segurança do trabalho.
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Instrumentação Industrial
 Um dos principais objetivos da Instrumentação Industrial é manter o controle do processo produtivo seja em volume, peso, densidade, vazão etc. Se a sua medição é eficiente, você terá como resultado um maior rendimento da produção, pois os processos serão feitos sem interrupções.
 A medição adequada de uma grandeza é um elemento fundamental dentro de um sistema de calibração de tanques, por exemplo. Uma instrumentação precisa aumenta significativamente a eficiência da planta.
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Instrumentação Industrial
 Por exemplo, levando em consideração a medição de nível, se um silo de grãos precisa estocar uma certa quantidade de material o tempo inteiro, mas não é preenchido em sua capacidade máxima por falhas na medição, a unidade de produção poderá precisar de silos adicionais, acarretando despesa de compra e manutenção desnecessárias.
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Instrumentação Industrial
 Muitos processos necessitam de um fluxo contínuo, entrada e saída de materiais. É inviável obter um fornecimento consistente com taxas variáveis ou se houver incidentes na linha de abastecimento.
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Instrumentação Industrial
 A Instrumentação Industrial também é feita por razão de segurança. Imagine o transbordamento acidental de um tanque de ácido causado por uma medição imprecisa de um instrumento. Pode gerar um resultado catastrófico!
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Instrumentação Industrial
 Assim como falamos de um incidente envolvendo ácido, também poderíamos extrapolar para diversos outros tipos de materiais comuns na indústria, como inflamáveis, reagentes, dentre outros.
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Instrumentação Industrial
 Prevenir transbordamentos, detectar vazamentos, evitar incêndios, dentre outras ocorrências também é importante para a indústria e seus processos de adequarem diante de todas as regulações ambientais.
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Instrumentação Industrial
 A revolução industrial trouxe a produção em massa e uma nova forma de organização da produção, alterando inclusive a natureza do trabalho. Maquinas de produção foram sendo construídas, e os produtos eram fabricados em maior quantidade com menos mão de obra, graças principalmente а maquina a vapor que permitiu a incorporação da força mecânica de trabalho, anteriormente proveniente de animais ou do próprio ser humano.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Em uma indústria, normalmente existem diversos processos, que constituem as várias etapas produtivas de uma planta industrial, o local físico onde estão todos os sistemas e equipamentos.
 Dessa forma, o termo planta indica o local físico onde e feita a transformação de matéria-prima em produto. Da mesma maneira esse processo tem de ser controlado.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 O controle automático funciona de forma a manter a grandeza controlada dentro de valores predeterminados apesar da existência de perturbações que possam desviar os valores dessa grandeza. 
 Os sistemas de automação/ instrumentação atuam no controle de grandezas físicas de uma maneira geral, para controlar um processo. 
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Os motivos que tornam necessário o uso de sistemas automatizados são situações nas quais o processo é tão rápido que não é possível realizar o seu controle manualmente. 
 O desligamento de um sistemaeléctrico no caso da queda de um raio ou de um curto-circuito é mais apropriado que seja automático (através de circuitos de proteção) do que manual.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Um sistema de automação aumenta a produtividade, pois permite o aumento da velocidade de produção e também permite aumentar a eficiência operacional das instalações, pois permite a medição de sua operação permitindo a identificação de defeitos antes que estes provoquem paradas, possibilitando a manutenção preventiva e não corretiva.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Processo (sistema) produtivo qualquer organização que possui itens de entrada e realiza atividades para produzir um produto ou o realizar um serviço. 
 
 Como exemplos pode-se citar a indústria automobilística, a agroindústria (que produz soja, milho, a indústria de serviços como as empresas de limpeza, saúde, consultoria, fornecimento de energia elétrica, telecomunicações e o setor de turismo.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Sistema produtivo é um complexo que exige a contribuição de diversos profissionais, com diferentes especializações como os engenheiros de processo, de automação e de produção.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Um Engenheiro de Processo possui conhecimento técnico profundo do processo em questão, sabe como as matérias-primas podem ser transformadas em produtos acabados, quais variáveis influem na qualidade do produto é quem determina os equipamentos produtivos a serem adquiridos.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Um Engenheiro de Automação é abordado de uma maneira diferente, pois sua preocupação é permitir que o processo industrial possa ser observado e controlado.
 O Engenheiro de Produção aborda esse sistema sob a optica de organiza-lo para obter maior produtividade, maior qualidade e realizar as entregas no prazo correto.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Para ser possível controlar o processo é necessário:
 1. Conhecer o processo.
 2. Medir as grandezas do processo.
 3. Atuar no processo para que ele se comporte da forma adequada.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Há três operações básicas em qualquer sistema de automação e controle: medição, decisão e acção.
 
 Elas são realizadas, respectivamente, pelos elementos sensores, transmissores, controladores e atuadores, que são essenciais para esses sistemas.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
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A medição das variáveis de processo é realizada através de sensores e transmissores. 
A decisão é realizada pelo controlador
A acção é realizada pelos elementos de controle finais, ou atuadores
Instrumentação nos processos tecnológicos
 Os principais parâmetros que definem os tipos de produção são a variedade de produtos e o volume de produção.
 
 Desta são classificados cinco tipos de produção: processo contínuo, produção em massa, produção intermitente repetitiva, produção intermitente sob encomenda e grandes projetos
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Instrumentação nos processos tecnológicos
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 Tipo de processo de produção
Instrumentação nos processos tecnológicos
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 A produção contínua, ou fluxo contínuo, é a que as grandezas medidas e controladas são variáveis continuas no tempo como, por exemplo, pressão, vazão e temperatura.
 A produção discreta trata de itens que podem ser enumerados, como automóveis, televisores e casas. 
 A produção discreta em massa trata da fabricação de produtos em grandes volumes.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 A produção intermitente é a que ocorre durante certo período, produzindo um determinado produto ou um conjunto de produtos.
 Os grandes projetos tratam dos produtos, normalmente únicos, que são projetados e fabricados. Uma característica importante dos grandes projetos é a sua longa duração e a especificidade dos produtos produzidos.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Nas instalações industriais, os sistemas de instrumentação formam arranjos bem complexos para supervisão e controle de um processo. 
 Os instrumentos podem ser classificados segundo sua função
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Instrumentação nos processos tecnológicos
• Instrumentos cegos
• Instrumentos indicadores
• Instrumentos registradores
• Elementos primários
• Transmissores
• Conversores
• Controladores
• Elementos finais de controle
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 E importante lembrar que tais elementos, em um sistema de instrumentação, podem ser fisicamente equipamentos distintos ou ser incorporados em um modulo único. 
 Nas tecnologias mais modernas, tais elementos podem ser virtuais, pois essas funções ainda existem, mas são implementadas em software.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Os sistemas de instrumentação compõem todos os equipamentos necessários para realizar a tarefa de automação do processo sob controle. 
 
 Processos industriais possuem um alto numero de variáveis que precisam ser medidas e controladas e por essa razão, são sistemas complexos.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
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Instrumentação nos processos tecnológicos
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 A arquitetura de um sistema de instrumentação nos processos, deve levar em consideração diversos aspectos de forma a garantir um sistema de automação eficaz que permita um bom controle sobre processo, otimização, melhoria da eficiência, redução de custo, melhoria da qualidade do produto.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Os sistemas de instrumentação devem ser projectados de tal forma a atender os requisitos de confiabilidade, segurança, tempo real, apresentar facilidade de manutenção e permitir escalabilidade.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Confiabilidade – é inevitável a ocorrência de falhas nos componentes de um sistema de automação, como sensores, transmissores, displays, painéis, entre outros. 
 
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Isso significa que há a necessidade de intervenções de manutenção para substituir esses componentes em falha, e essas falhas não deverão interferir na operação do processo sob controle. Em grande parte, isso é devido às características de confiabilidade que foram definidas na arquitetura do sistema de automação.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Segurança – no caso de ocorrência de falhas, o sistema deve sempre evoluir para um estado seguro, ou seja, sem realizar nenhum tipo de degeneração do processo nem provocar nenhum acidente que possa prejudicar os operadores ou as pessoas e ao ambiente de uma forma geral.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Propriedades de tempo real - uma característica muito importante dos sistemas de automação e a necessidade de tempo real para o controle de um processo industrial. O sistema de automação e necessário para controlar e supervisionar o processo com precisão e de forma adequada.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 As funções dos sistemas de instrumentação podem ser implementadas utilizando diversas tecnologias. 
 A instrumentação pneumáticae a mais antiga, e existe desde o final do seculo XIX. A segunda geração foi a instrumentação eletrónica analógica, e a terceira, a instrumentação eletrónica digital.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
Tecnologia Pneumática
 A tecnologia Pneumática utiliza um gás comprimido, cuja pressão e alterada conforme o valor da grandeza medida. 
 Nesse caso a variação da pressão do gás e manipulada linearmente em uma faixa especifica, padronizada internacionalmente, para representar a variação de uma grandeza desde seu limite inferior ate seu limite superior. 
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Esse valor e padronizado na faixa de pressão de ar de 0,2 a 1 kgf/cm2 (equivalente a 3 ∼ 15 PSI no sistema inglês) como elemento de comunicação entre seus elementos .
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Instrumentação nos processos tecnológicos
Desvantagens
• Necessidade de tubulação de gás comprimido (ar ou outro) para sua operação;
• Risco de vazamento desse gás;
• Necessidade de condicionamento de ar seco e sem partículas;
• Tempo de latência alto permitindo uso até cerca de 100m
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Uma variante do sistema pneumático é o hidráulico, que utiliza óleos hidráulicos como meio de transmissão de sinal, utilizado especialmente em aplicações em que é necessário torque elevado ou quando o processo envolve pressões elevadas. 
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Instrumentação nos processos tecnológicos
Vantagens 
• Possibilidade de gerar grandes forças para acionamento;
• Tempo de latência bem menor possibilitando resposta rápida.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
Desvantagens 
• Necessidade de tubulação de óleo;
• Inspeção periódica em virtude de risco de vazamentos;
• Necessidade de equipamentos auxiliares como reservatórios, bombas e filtros.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Atualmente a instrumentação pneumática é utilizada em ambientes que apresentam risco de explosão e também nos elementos finais de controle por permitir a transformação em movimentos mecânicos de acionamento. 
 A hidráulica é utilizada principalmente para acionamento.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
Tecnologia electrónica analógica
 
 A instrumentação electrónica analógica utiliza sinais eléctricos de corrente ou tensão para fazer a transmissão do valor da grandeza medida. 
 Nesse caso a variação da corrente ou tensão e manipulada em uma faixa especifica, padronizada internacionalmente, para representar a variação de uma grandeza desde seu limite inferior ate seu limite superior.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
Vantagens
• Permite a transmissão para longas distâncias praticamente sem perdas;
• Alimentação dos circuitos pode ser feita através dos próprios fios que conduzem o sinal de transmissão;
• Permite fácil conexão a computadores (sinal de corrente);
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Instrumentação nos processos tecnológicos
• Fácil instalação;
• Permite de forma fácil a realização de operações matemáticas;
• Permite que o mesmo sinal (4 a 20 mA) seja lido por mais de um instrumento, ligando em serie os instrumentos (limitado pela resistência interna).
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Instrumentação nos processos tecnológicos
Desvantagens
• Exige no mínimo um par de fios para cada instrumento;
• Áreas de risco exigem instrumentos e cuidados especiais;
• Devem ser tomados cuidados especiais no encaminhamento de cabos;
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Instrumentação nos processos tecnológicos
• Os cabos de sinais devem ser protegidos contra ruídos elétricos;
• Para cada função deve existir um circuito específico (hardware).
 A instrumentação analógica possui como característica principal circuitos electrónicos analógicos para tratar os sinais, por exemplo, amplificadores, linearizadores, transmissores e controladores.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
Tecnologia Electrónica digital
 
 A instrumentação Electrónica digital utiliza sinais digitais para fazer o tratamento das grandezas do processo. 
 A instrumentação Electrónica digital substitui com vantagens a geração analógica. A maior parte dos sistemas novos e digital.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
Vantagens
• Não necessita ligação ponto a ponto por instrumento.
• Pode utilizar um par trançado ou fibra óptica para transmissão dos dados.
• Alta imunidade a ruídos externos.
•Permite configuração, diagnósticos de falha e ajuste em qualquer ponto da malha.
• Menor custo final.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
Desvantagens
• Existência de vários protocolos no mercado, o que dificulta a comunicação entre equipamentos de marcas diferentes.
• Caso ocorra rompimento no cabo de comunicação pode-se perder a informação e/ou controle de varias malhas.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Um sistema de instrumentação digital recebe um sinal analógico, converte em digital – valor numérico, através de um circuito denominado conversor análogo-digital e registra esse valor em uma posição de memoria. 
 A partir desse ponto, a variável lida é um elemento numérico tratado por um microcontrolador que manipula os dados por software.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Uma característica importante desse tipo de software e o fato de precisar trabalhar em tempo real, ou seja, a medida que os valores chegam, precisam ser convertidos em digitais, calculados e envidados para a saída em um intervalo de tempo compatível com os tempos do processo controlado.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
 Na saída do sistema digital, se o comando for digital, aciona diretamente o elemento controlado e, se for analógico, converte os valores numéricos da variável em sinais analógicos através de um circuito denominado conversor digital-analogico.
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Instrumentação nos processos tecnológicos
INSTRUMENTAÇÃO
1. 6.Sensores, Controlador e Actuadores
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Sistema de Controlo em processo Industrial
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SENSORES
 Sensor - Elemento primário, elemento de medição, conversor de variável controlável (pressão, temperatura, frequência, velocidade, movimento, tensão, corrente elétrica, etc.) em um sinal conveniente para medição, transmissão, armazenamento e registro, bem como para impacto em processos controlados
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 Sensor - Um instrumento de medição projetado para gerar um sinal, coleta de informações de medição em uma forma conveniente para transmissão de longa distância. 
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SENSORES
 Em um elemento sensível com ajuda de efeito físico definidos o valor captado é convertido em um sinal compreensível, com o objectivo da medição. 
 Em outras palavras, todos os sensores implementam um ou outro princípio de medição.
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SENSORES
 Os sensores são geralmente classificados de acordo com vários critérios:
 
 1) Pelo tipo do valor medido - são distinguidos, os sensores de pressão, vazão, nível, temperatura, concentração, deslocamento, posição, óptica , vibrações, etc.
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195
SENSORES
 2) De acordo com o método de transformação (efeito físico) - sublinha-se vários grupos de sensores como resistivos, capacitivos, eletromagnéticos, piezoelétricos, termoelétricos, opto elétricos, etc.
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SENSORES
 3) De acordo ao tipo de variável de saída - em relação ao valor de entrada, distinguem-se entre sensores não elétricos e elétricos. 
 A maioria os sensores sãoelétricos.
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197
SENSORES
 4) de acordo com o tipo de sinal de saída:
 - Sensores analógicos que geram um sinal analógico proporcional a alteração da variavel de entrada;
 -Sensores digitais gerando uma sequência de impulsos ou código digital;
 - Sensores binários que geram apenas sinal de dois níveis: "ligado / desligado" (caso contrário, 0 ou 1).
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SENSORES
 5) de acordo com o princípio de funcionamento - os sensores são divididos em duas classes: gerador (passivo) e paramétrico (ativo, ou sensores-moduladores).
 Sensores Gerador não precisam de fonte de alimentação adicional. 
 E em resposta o efeito na alteração da variável medida em sua saída, é sempre um sinal elétrico.
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199
SENSORES
 Sensores paramétricos para seu funcionamento requer uma energia externa (fonte de energia) chamada de sinal de excitação. 
 A influência da variável medida altera os parâmetros do sinal de excitação (resistência R, capacitância C, indutância L, etc.)
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200
SENSORES
 Sensores de deslocamento (mecânicos)
 
 O sensor de deslocamento (mecânico) é um dispositivo projetado para determinar a posição linear ou angular de um objecto conectado ao elemento sensor por meio de uma mudança/alteração em sua posição em relação ao sinal de saída, para processamento ou recolha de informações.
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201
SENSORES
São divididos em: 
 Resistivo
 Capacitivo
 Eletromagnético.
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202
SENSORES
 Sensores resistivos 
 Os sensores resistivos são relacionados como sensores do tipo paramétricos, o seu principio de funcionamento é baseado na relação entre a resistência elétrica e o movimento mecânico do objecto medido.
 
 Dependendo da finalidade, os sensores resistivos são divididos em de contactos e reostato
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203
SENSORES
 Sensores de contato - o movimento mecânico de um objecto é convertido em um estado de contactos fechado ou aberto que controlam o circuito elétrico.
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204
SENSORES
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205
SENSORES
 Sensores de reostato (potenciométricos) - o movimento mecânico é convertido em uma mudança/alteração na resistência elétrica do circuito. 
 O sensor de reostato é um resistor de resistência variável, que pode ser ligado de acordo com o circuito do reostato ou de acordo com circuito do potenciômetro
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206
SENSORES
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207
SENSORES
 Sensores capacitivos 
 Os sensores capacitivos são referidos como sensores do tipo paramétricos e o seu princípio de ação consiste na relação entre a capacitância do capacitor e o valor do deslocamento do objecto.
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208
SENSORES
 
 O princípio de operação dos sensores capacitivos é baseado na propriedade do capacitor em alterar a capacitância com a mudança das dimensões geométricas ou constantes dielétricas.
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209
SENSORES
 Para um sensor capacitivo, as variáveis de entrada podem ser:
Distância entre as placas; 
Area de sobreposição das placas; 
Constante dielétrica
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210
SENSORES
 Sensores com variação da distancia - a capacitancia altera dependendo da relação entre a distancia das placas. 
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211
SENSORES
 Sensores com variação da área - a capacitancia altera dependendo da relação entre as areas sobrepostas.
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212
SENSORES
Sensores com variação do dielectrico – a capacitancia altera dependendo da relação entre as constantes dielectricas.
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213
SENSORES
 Os sensores capacitivos podem ser:
 
 unipolares(possuem apenas um capacitor), 
 diferencial ( constituido por 2 capacitores) 
 ou 
 pontes (aqui utiliza-se 4 capacitores)
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214
SENSORES
 Sensores electromagnéticos
 O princípio de operação dos sensores eletromagnéticos é baseado na relação entre os parâmetros do circuito eletromagnético e a variavel de deslocamento medido. 
 
 Os valores medidos são: 
Deslocamento de um elemento de circuito magnético (núcleo ou armadura);
Deslocamento de um elemento do circuito elétrico (enrolamento).
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SENSORES
 Os sensores electromagnéticos dividem-se em:
Sensores indutivos
Sensores de transformadores
Transformadores rotativos
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SENSORES
 Sensores Inductivos – a indução magnética do enrolamento altera dependendo do deslocamento mecânico do objecto.
 O princípio de operação destes sensores é baseado na alteração dos parâmetros do campo magnético gerado pelo indutor dentro do sensor.
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217
SENSORES
 
 Na maioria das vezes, os sensores indutivos são fabricados do tipo simples, diferencial e êmbolo.
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218
SENSORES
 Sensores indutivos simples 
 O sensor indutivo mais simples é uma bobina com entreferro variável no circuito magnético.
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219
SENSORES
 Sensores indutivos diferenciais (reversíveis) Os sensores indutivos diferenciais são uma combinação de dois sensores simples (não reversíveis) com uma armadura comum.
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220
SENSORES
 Sensores de êmbolo 
 O sensor de êmbolo é uma bobina com um deslocamento no seu interior de um núcleo ferromagnético (êmbolo).
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221
SENSORES
 Sensores de transformador - a f.e.m do enrolamento secundário altera dependendo do movimento/deslocamento mecânico do objeto. 
 
 O princípio de operação destes sensores é baseado na alteração do coeficiente de indução dos enrolamentos quando deslocar a armadura. São sensores eletromagnéticos do tipo gerador.
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222
SENSORES
 Dependendo da finalidade, os sensores de transformador são fabricados para medir deslocamentos lineares ou angulares.
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223
SENSORES
 Transformadores rotativos - a tensão CA de saída muda dependendo do movimento mecânico do objeto. 
 Os transformadores rotativos são principalmente de dois pólos electricos.
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224
SENSORES
 Estes sensores são divididos em sensores com contacto e sem contacto.
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225
SENSORES
 Uma característica principal do TR é que têm indutância mútua entre enrolamentos primários e secundários que mudam quando o rotor gira de acordo com a lei sinusoidal (ou cosseno), dependendo do ângulo de rotação, que fornece a mesma lei de variação da amplitude da f.e.m dos enrolamentos secundários.
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226
SENSORES
 Transformadores rotativos são usados ​​em conversores analógico-digital, sistemas de transmissão angular de alta precisão, como sensores feedback em sistemas de rastreamento, equipamentos de bordo.
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227
SENSORES
Sensores de deformação
 Um sensor de deformação é um dispositivo projetado para determinar a distorção da forma e tamanho do corpo de um objeto controlado, convertendo essas mudanças em um sinal de saída correspondente, conveniente para processamento ou recolha de informações.
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228
SENSORES
 Pelo método de conversão, são mais frequentemente subdivididos nos seguintes tipos: 
Tenso resistivo; 
 Piezoelétrico;
Magneto elástico.
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229
SENSORES
 Sensores Tenso resistivo - são chamados de sensores do tipo paramétricos, cujo princípio de funcionamento se baseia na relação da resistência elétrica do elemento sensor e a sua tensão mecânica causado pela deformação.
 
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230
SENSORES
 Sensores piezoelétricos: são referenciados como sensores do tipo gerador, cujo princípio de funcionamento é baseado na relação da polarização do elemento sensível e a tensão mecânica causada peladeformação.
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231
SENSORES
 Sensores magneto elásticos são chamados de sensores paramétricos, cujo princípio de operação é baseado na relação da permeabilidade magnética do elemento sensor e sua tensão mecânica causada pela deformação.
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232
SENSORES
Sensores ópticos
 Um sensor óptico é um dispositivo projetado para detectar radiação óptica do objeto controlado por meio de mudanças nas ondas eletromagnéticas para o sinal de saída correspondente, conveniente para processamento ou recolha de informações.
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233
SENSORES
 
 Mais difundido entre os sensores baseados no efeito fotovoltaico são os seguintes:
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234
SENSORES
Fotocélulas: são classificadas como sensores do tipo gerador, cujo princípio baseia-se na relação da emissão de fotoelétrons do elemento sensor e a radiação eletromagnética do objeto.
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235
SENSORES
Fotoresistores : sensores do tipo paramétricos, cujo princípio de funcionamento é baseado na relação da resistência elétrica do elemento sensor e da radiação eletromagnética do objeto.
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236
SENSORES
Fotodiodos: são referidos como do tipo geradores, o princípio de operação que se baseia na dependência da fotocorrente do elemento sensor e da radiação eletromagnética do objeto.
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237
SENSORES
Sensores de campo magnético
 Um sensor de campo magnético é um dispositivo projetado para determinar os parâmetros de um objeto controlado por meio de transformação do campo magnético do objeto controlado para um sinal de saída correspondente, conveniente para processamento e recolha de informações.
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SENSORES
 De acordo com o método de conversão, os sensores de campo magnético são frequentemente divididos nos seguintes tipos: 
Wiegand; 
 Hall; 
Magneto resistivo; 
Indução; 
Supercondutor.
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SENSORES
Sensores de concentração
 Um sensor de concentração é um dispositivo projetado para determinar a proporção de frações de componentes (massa, volume ou quantidade de uma substância) de um objeto controlado, convertendo uma mudança na proporção de frações de componentes em um sinal de saída apropriado, conveniente para processamento ou recolha de informações.
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240
SENSORES
 Os sensores de concentração mais amplamente usados ​​são sensores potenciométricos (medidores de pH) e sensores eletroquímicos resistivos.
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241
SENSORES
Medidores de pH - sensores para medir o pH (pH, lat. pondus Hydrogenii - "peso do hidrogênio") - são sensores do tipo gerador, cujo princípio de operação é baseado na relação da f.e.m do elemento sensor e da concentração de íons de hidrogênio no eletrólito
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242
SENSORES
Sensores eletroquímicos resistivos (condutométrico)- são referidos como sensores paramétricos, cujo princípio se baseia na relação da resistência do elemento sensor e da composição e concentração do eletrólito a ser usado. 
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243
SENSORES
 Sensores Condutométrico para a medição da concentração (condutividade) soluções são divididas em contato, os eletrodos dos quais colocado em uma solução controlada, e sem contato
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244
SENSORES
Sensor de umidade
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245
Sensor de vazamento
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246
Interruptor de pressão de agua(pressostato)
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247
Sensor de movimento
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248
Sensor de Incendio
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249
Sensores de Sistema
 anti-roubo
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250
Sensor Indutivo
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251
 Controladores: são dispositivos com alta capacidade de armazenamento e elementos com recursos de acionamento remoto,
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252
Controladores
Controladores
 Os controladores de processo são adventos da automação industrial e como o próprio nome diz são responsáveis por controlar processos industriais ou parte deles por meio de algoritmos programáveis de controles específicos. Contudo, esses dispositivos não atuam sozinhos. Eles precisam de outros coadjuvantes, como atuadores e sensores.
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 Os primeiros controladores datam do século passado, quando o matemático e engenheiro James Watt projetou um regulador centrífugo para controlar a velocidade das máquinas a vapor. Nesse início, os controladores eram totalmente manuais. Em seguida, entre 1915 e 1930 surgiram os controles proporcionais e os registradores gráficos montados em campo e logo após esse momento, foram criados os controladores de ganho ajustável, devido a necessidade de transmitir informações para um centro de controle industrial.
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Controladores
 Após a Segunda Guerra Mundial, no final dos anos 40 com o impulso produzido pelos transistores, surgiram os controladores eletrônicos analógicos e a transmissão de sinais em corrente. Dez anos depois, foi a vez do circuito integrado, quando foram usados os primeiros sistemas de controle por computador. Ainda no final dos anos 50, começaram a serem usados também os padrões de transmissão de sinais analógicos e digitais
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255
Controladores
 A grande evolução dos sensores e controle digital direto ou direct digital control (DDC) ocorreu nos anos 60, bem como o aparecimento dos primeiros controladores programáveis para substituir os quadros de comando elétricos nas indústrias automotivas.
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Controladores
 E por fim, na década de 70, com o uso dos microprocessadores, os Controladores Lógicos Programáveis (CLP) ou Programmable Logic Controller (PLC) passaram a ser usados em várias aplicações para automação de processos industriais e não industriais
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Controladores
VANTAGENS DO USO DE CONTROLADORES
LÓGICOS PROGRAMÁVEIS
• Ocupam menor espaço;
• Requerem menor potência elétrica;
• Podem ser reutilizados;
• São programáveis, permitindo alterar os parâmetros de controle;
• Apresentam maior confiabilidade;
• Manutenção mais fácil e rápida;
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Controladores
• Oferecem maior flexibilidade;
• Apresentam interface de comunicação com outros CLPs e computadores de controle;
• Permitem maior rapidez na elaboração do projeto do sistema.
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Controladores
FUNCIONAMENTO DO CLP
 No momento em que é ligado o CLP executa uma série de operações pré-programadas, gravadas em seu Programa Monitor :
• Verifica o funcionamento eletrônico da CPU, memórias e circuitos auxiliares;
• Verifica a configuração interna e compara com os circuitos instalados;
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Controladores
• Verifica o estado das chaves principais (RUN / STOP, PROG, etc.);
• Desativa todas as saídas;
• Verifica a existência de um programa de usuário;
• Emite um aviso de erro, caso algum dos itens acima falhe.
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Controladores
VERIFICAR ESTADO DAS ENTRADAS
 O CLP lê o estado de cada uma das entradas, verificando se alguma foi acionada. O processo de leitura recebe o nome de Ciclo de Varredura (Scan) e normalmente é de alguns micro-segundos (scan time).
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Controladores
TRANSFERIR PARA A MEMÓRIA
 
 Após o Ciclo de Varredura, o CLP armazena os resultados obtidos em uma região de memória chamada de Memória Imagem das Entradas e Saídas. Ela recebe esse nome por ser um espelho do estado das entradas e saídas. Essa memória será consultada pelo CLP no decorrer do processamento do programa do usuário.
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Controladores
COMPARAR COM O PROGRAMA DO USUÁRIO
 O CLP ao executar o programa do usuário, após consultar a Memória Imagem das Entradas, atualiza o estado da Memória Imagem das Saídas, de acordo com as instruções definidas pelo usuário em seu programa.
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Controladores
 ATUALIZAR O ESTADO DAS SAÍDASO CLP escreve o valor contido na Memória das Saídas, atualizando as interfaces ou módulos de saída. Inicia-se, então, um novo ciclo de varredura.
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265
Controladores
ESTRUTURA INTERNA DO CLP
 O CLP é um sistema microprocessado, ou seja, constituí-se de um microprocessador (ou microcontrolador), um Programa Monitor, uma Memória de Programa, uma Memória de Dados, uma ou mais Interfaces de Entrada, uma ou mais Interfaces de Saída e Circuitos Auxiliares.
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Controladores
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Controladores
FONTE DE ALIMENTAÇÃO
 A Fonte de Alimentação tem normalmente as seguintes funções básicas :
• Converter a tensão da rede elétrica (110 ou 220 VCA) para a tensão de alimentação dos circuitos eletrônicos, (+ 5VCC para o microprocessador, memórias e circuitos auxiliares e +/• 12 VCC para a comunicação com o programador ou computador);
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Controladores
• Manter a carga da bateria, nos sistemas que utilizam relógio em tempo real e Memória do tipo R.A.M.;
• Fornecer tensão para alimentação das entradas e saídas (12 ou 24 VCC).
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Controladores
UNIDADE DE PROCESSAMENTO
 Também chamada de C.P.U. é responsável pelo funcionamento lógico de todos os circuitos. Nos CLPs modulares a CPU está em uma placa (ou módulo) separada das demais, podendo-se achar combinações de CPU e Fonte de Alimentação. Nos CLPs de menor porte a CPU e os demais circuitos estão todos em único módulo. As características mais comuns são:
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Controladores
• Microprocessadores ou Microcontroladores de 8 ou 16 bits (INTEL 80xx, MOTOROLA 68xx, ZILOG Z80xx, PIC 16xx);
• Endereçamento de memória de até 1 Mega Byte;
• Velocidades de CLOCK variando de 4 a 30 MHZ;
• Manipulação de dados decimais, octais e hexadecimais
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Controladores
BATERIA
 As baterias são usadas nos CLPs para manter o circuito do Relógio em Tempo Real, reter parâmetros ou programas (em memórias do tipo RAM), mesmo em caso de corte de energia, guardar configurações de equipamentos, etc. 
 Normalmente são utilizadas baterias recarregáveis do tipo Ni-Ca ou Li. Nesses casos, incorporam-se circuitos carregadores.
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Controladores
 MEMÓRIA DO PROGRAMA MONITOR
 O Programa Monitor é o responsável pelo funcionamento geral do CLP. Ele é o responsável pelo gerenciamento de todas as atividades do CLP. Não pode ser alterado pelo usuário e fica armazenado em memórias do tipo PROM, EPROM ou EEPROM . Ele funciona de maneira similar ao Sistema Operacional dos microcomputadores. É o Programa Monitor que permite a transferência de programas entre um microcomputador ou Terminal de Programação e o CLP, gerenciar o estado da bateria do sistema, controlar os diversos opcionais, etc.
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Controladores
 MEMÓRIA DO USUÁRIO
 É onde se armazena o programa da aplicação desenvolvido pelo usuário. Pode ser alterada pelo usuário, já que uma das vantagens do uso de CLPs é a flexibilidade de programação. Inicialmente era constituída de memórias do tipo EPROM, sendo hoje utilizadas memórias do tipo RAM (cujo programa é mantido pelo uso de baterias), EEPROM e FLASH-EPROM, sendo também comum o uso de cartuchos de memória, que permite a troca do programa com a troca do cartucho de memória. A capacidade dessa memória varia bastante de acordo com o marca/modelo do CLP, sendo normalmente dimensionadas em Passos de Programa. 
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Controladores
MEMÓRIA DE DADOS
 É a região de memória destinada a armazenar os dados do programa do usuário. Esses dados são valores de temporizadores, valores de contadores, códigos de erro, senhas de acesso, etc. São normalmente partes da memória RAM do CLP. São valores armazenados que serão consultados ou alterados durante a execução do programa do usuário. Em alguns CLPs, utiliza-se a bateria para reter os valores dessa memória no caso de uma queda de energia.
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Controladores
 MEMÓRIA IMAGEM DAS ENTRADAS / SAÍDAS
 
 Sempre que a CPU executa um ciclo de leitura das entradas ou executa uma modificação nas saídas, ela armazena o estado da cada uma das entradas ou saídas em uma região de memória denominada Memória Imagem das Entradas / Saídas. Essa região de memória funciona como uma espécie de “tabela”, onde a CPU irá obter informações das entradas ou saídas para tomar as decisões durante o processamento do programa do usuário.
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Controladores
MÓDULOS OU INTERFACES DE ENTRADA
 São circuitos utilizados para adequar eletricamente os sinais de entrada para que possa ser processado pela CPU (ou microprocessador) do CLP . 
 Existem dois tipos básicos de entrada: as digitais e as analógicas.
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Controladores
 ENTRADAS DIGITAIS: são aquelas que possuem apenas dois estados possíveis, ligado ou desligado, e alguns dos exemplos de dispositivos que podem ser ligados a elas são:
• Botoeiras;
• Chaves (ou micro) fim de curso;
• Sensores de proximidade indutivos ou capacitivos;
• Chaves comutadoras;
• Termostatos;
• Pressostatos;
• Controle de nível (bóia);
• etc.
 As entradas digitais podem ser construídas para operar em corrente contínua (24 VCC) ou em corrente alternada (110 ou 220 VCA).
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Controladores
 ENTRADAS ANALÓGICAS: as Interfaces de 
 Entrada Analógica permitem que o CLP possa manipular grandezas analógicas, enviadas normalmente por sensores eletrônicos.
 
 As grandezas analógicas elétricas tratadas por esses módulos são normalmente tensão e corrente. No caso de tensão, as faixas de utilização são: 0 á 10 VCC, 0 á 5VCC, 1 á 5 VCC, -5 á +5 VCC, -10 á +10 VCC (no caso, as interfaces que permitem entradas positivas e negativas são chamadas de Entradas Diferenciais), e, no caso de corrente, as faixas utilizadas são: 0 a 20mA, 4 a 20 mA.
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Controladores
Os principais dispositivos utilizados com as entradas analógicas são:
• Sensores de pressão manométrica;
• Sensores de pressão mecânica (strain gauges • utilizados em células de carga);
• Taco — geradores para medição rotação de eixos;
• Transmissores de temperatura;
• Transmissores de umidade relativa;
• etc.
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Controladores
MÓDULOS ESPECIAIS DE ENTRADA
 Existem módulos especiais de entrada com funções bastante especializadas. Alguns exemplos são:
• Módulos para Termopares (Tipo J, K, L, S, etc.);
• Módulos para Termoresistências (Pt-100, Ni-100, Cu-25, etc.);
• Módulos para Sensores de Ponte Balanceada do tipo Strain-Gauges;
• Módulos para leitura de grandezas elétricas (KW, KWh, KQ, KQh, cos Fi, I, V, etc.).
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281
Controladores
MÓDULOS OU INTERFACES DE SAÍDA
 Os Módulos ou Interfaces de Saída adequam eletricamente os sinais vindos do microprocessador para que possamos atuar nos circuitos controlados. 
 
 Existem dois tipos básicos de interfaces de saída: as digitais e as analógicas .
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282
Controladores
 SAÍDAS DIGITAIS: as saídas digitais admitem apenas dois estados: ligado e desligado.
 Podemos com elas controlar dispositivos do tipo:
• Reles;
• Contatores;
• Reles de estato-sólido;
• Solenóides;
• Válvulas ;
• Inversores de freqüência;
• etc.
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Controladores
 SAÍDAS ANALÓGICAS: os módulos ou interfaces de saída analógica convertem valores numéricos em sinais de saída em tensão ou corrente. No caso de tensão, normalmente 0 a 10 VCC ou 0 a 5 VCC, e, no caso de corrente, de 0 a 20 mA ou 4 a 20 mA. Esses sinais são utilizados para controlar dispositivos atuadores do tipo:
• Válvulas proporcionais;
• Motores C.C.;
• Servo • Motores C.C;
• Inversores de freqüência;
• Posicionadores rotativos;
• etc.
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Controladores
 Existem também módulos de saída especiais. Alguns exemplos são :
• Módulos P.W.M. para controle de