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Instrumentação 
eletroeletrônica
Fundamentos conceituais
Prof. Giancarlo Michelino Gaeta Lopes
• Unidade de Ensino: 1
• Competência da Unidade: Conhecer, compreender e ser 
capaz de aplicar os conceitos fundamentais relacionados 
a instrumentação eletroeletrônica e sistemas de medição.
• Resumo: Apresentar os conceitos de grandezas físicas e 
unidades de medida, os aspectos gerais da operação de 
instrumentos.
• Palavras-chave: Unidades de medida; instrumentos; 
propagação de incertezas.
• Título da Teleaula: Fundamentos conceituais
• Teleaula nº: 1
Contextualização
• Como realizar uma medição?
• Como descrever o funcionamento de um 
equipamento de medição?
• Como avaliar a incerteza de um instrumento?
• Quais são os termos fundamentais utilizados na 
instrumentação?
Método científico
Método Científico
O método científico é uma forma de conduzir e 
desenvolverexperimentos
Obter conhecimento, corrigir e 
usar conhecimentos preexistentes.
Caracterizar o problema a ser 
resolvido (definição e delimitação).
Objetivo 
Como começar? 
• Procedimento 
genérico do 
método científico:
Fonte: adaptada de Balbinot; Brusamarello (2011a, p. 7).
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Sistema de Medição – SI
• Grandezas Físicas – variáveis a serem medidas:
• Variáveis de quantidade (kg – Ton);
• Variáveis de propriedades físicas (kg/m3);
• Variáveis de composição química (pH);
• Variáveis de radiação (Gy – Gray);
• Variáveis de força (Newton);
• Variáveis térmicas (°C);
• Taxa de variáveis (km/h – cm/s);
• Variáveis elétricas (Volt).
Unidades de medida
• Toda a grandeza medida deve possuir uma 
unidade de medida;
Fonte: INMETRO (2012a, p. 28).
Elementos de medição
• Sensor: elemento que é diretamente afetado 
por um fenômeno, corpo ou substância.
• Detector: presença de um fenômeno sempre 
que um limiar de uma grandeza é excedido;
Fonte de todas as imagens: http://www.newark.com. Acesso em: 26 fe v. 2018.
• Transdutor: dispositivo que converte um sinal 
de forma física ou química em uma forma física 
conhecida  normalmente de uma grandeza 
física para um sinal elétrico.
Fonte: https://www.zzounds.com. Acesso em: 26 fe v. 2018.
Situação-problema
• Você trabalha com consultoria e projetos na área 
de instrumentação;
• Em uma estação de tratamento, você deve 
investigar uma falha que está impedindo que a 
agua tratada seja bombeada para o consumidor;
• Você deve definir uma metodologia de 
investigação, para que seja possível identificar o
causador da falha e propor uma solução para o 
problema;
Fonte: https://goo.gl/KeUbGu. Acesso em: 26 fev. 2018.
Resolvendo a situação-problema
• O sistema da subestação é composto por:
• Equipamento eletromecânico: bomba e motor.
• Tubulações: de sucção, de barrilete e de recalque.
• Construção civil: poço de sucção e casa de bomba; 
Fonte: Teixeira, 2017, p.18.
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• Não foram identificados problemas nas 
tubulações e na construção civil.
• O equipamento eletromecânico é composto por 
2 motores de indução trifásicos ( 220 V - 60 Hz ) 
com rotor gaiola de esquilo, com partida via 
soft-starter e sensor ultrassônico de nível;
• Os motores não estão sendo acionados;
• Como aplicar o método cientifico para a 
resolução desse problema?
• Etapas do método científico:
• Problema: água não está sendo bombeada;
• Observação: motores não estão sendo acionados;
• Hipótese: Motor funciona?  Teste: Sim.
• Hipótese: Sensor ultrassônico de nível funciona? 
Teste:
• Etapas do método científico:
• Interpretação: Medidas manuais diferentes da 
mostrada no painel.
• Conclusão: falha no funcionamento do sensor 
ultrassônico.
• Solução: troca do sensor de nível;
Tipos de 
instrumentos e 
termos 
importantes
• Medição: processo para determinar o valor de 
uma grandeza.
• Metrologia: ciência da medição.
• Mensurando: grandeza que se quer medir.
• Método de medição: sequência lógica de 
operações para realizar uma medida.
Fonte: https://goo.gl/iG1hKH. Acesso em: 26 fe v. 2018.
Fonte: https://goo.gl/LdS87e. Acesso em: 
26 fe v. 2018.
• Procedimento de medição: descrição detalhada 
de uma sequência lógica de operações de 
medidas, e sua posterior documentação.
• Instrumento de medição: dispositivo para 
realizar as medições:
• Sistema mecânico;
• Sistema eletromecânico;
• Sistema eletrônico.
• Instrumento de medição indicador;
• Instrumento de medição mostrador;
Fonte: https://bit.ly/2nGxMMY. Acesso em: 26 fev. 2018.
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Descrição funcional de um instrumento de 
medição
Fonte: adaptada de Aguirre (2013, p. 10). 
Classificação dos instrumentos
• Transdutor Passivo: não necessita de energia 
adicional – exemplo: termopares e 
piezoelétricos
• Transdutor Ativo: requerem uma fonte de 
energia externa – ex. termistor, extensômetro.
• Instrumento Analógico: todo o processamento 
da medição é feita de forma analógica.
• Instrumento Digital: condicionamento, 
processamento e representação feitas de forma 
digital.
Formas de operação dos instrumentos
• Método de deflexão: indica a medição por um 
ponteiro ou mostrador digital (ex.: 
velocímetro);
Fonte: https://goo.gl/Pm1MJg. Acesso em: 26 fev. 2018.
• Método de detecção de nulo: aplica-se um 
efeito que se opõe à quantidade que se está 
medindo, ou seja, por comparação tenta 
fazer o balanço de um desbalanceamento 
(ex.: balança de pratos).
Fonte: https://goo.gl/xE3FxP. Acesso em: 26 fev. 2018.
Situação-problema
• Você trabalha com consultoria e projetos na 
área de instrumentação e tem como cliente 
uma empresa de saneamento;
• Em uma estação de tratamento você detectou 
uma falha em um sensor de nível ultrassônico;
• Agora, é preciso que você faça uma análise 
funcional dos instrumentos no sistema de 
medição de nível;
Fonte: https://goo.gl/KeUbGu. Acesso em: 26 fev. 2018.
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Resolvendo a Situação-Problema
• Diagrama simplificado 
do sistema de 
controle do motor 
pelo nível;
• Analisando o 
diagrama é possível 
realizar uma descrição 
funcional do sistema; Fonte: TEIXEIRA, 2017, p.34.
• O meio é água tratada;
• O elemento primário é sensor ultrassônico de nível;
• O transmissor é o primeiro elemento conversor;
• A transmissão de dados se dá via cabo;
• O segundo elemento conversor encontra-se no 
softstarter;
• O indicador da grandeza medida se encontra no 
painel de comando do sistema;
Fonte: adaptada de Aguirre (2013, p. 10). 
Incerteza de 
medição
Precisão x Exatidão
• Precisão é o grau da 
dispersão entre as 
medidas repetidas;
• Exatidão é a 
proximidade da 
medida com seu 
valor verdadeiro.
Fonte: https://goo.gl/1v87ea. Acesso em: 26 fe v. 2018.
Incerteza de medição
• Intervalo em que ocorrem as possíveis 
dispersões na medida.
� ± ∆�
Fonte: http://amplimatech.com.br/. Acesso em: 
26 fe v. 2018.
Fonte: https://goo.gl/ERXtPp. Acesso em: 
26 fe v. 2018.
• Principais possíveis fontes de incerteza:
• Erro humano na leitura de instrumentos analógicos;
• Resolução de instrumento finita;
• Valor inexato de padrões de medida e materiais de 
referência;
• Definição incompleta ou imperfeita do mensurando;
• Amostra não representativa; 
• Conhecimento inadequado dos efeitos das condições
ambientais sobre a medição ou medição imperfeita 
das condições ambientais;
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• Principais possíveis fontes de incerteza:
• valor inexato de constantes e outros parâmetros 
obtidos de fontes externas e utilizados em 
algoritmos de redução de dados;
• aproximações e suposições incorporadas no método 
de medida e procedimentos;
• variações nas observações repetidas do mensurando 
sob condições aparentemente idênticas;
Avaliação da incerteza – tipo A
• Está relacionada à medida de 
confiabilidade da medição
• Aplicada quando temos várias 
medidas independentes, obtidas 
nas mesmas condições;
Fonte: https://goo.gl/images/b6U6ij. Acesso em: 26 fe v. 2018.
• Variância da distribuição:
�� � =
1
� − 1
��(��−��)
�
�
���
• Desvio padrão experimental: medida de dispersão 
em torno da média de uma variávelaleatória (ou 
valor dado como verdadeiro)
� � = � �� = ��(�)
• Variância experimental:
Onde:
�� é a medida dada como exata;
� é o número de medições;
�� é a medida a ser avaliada.
Incerteza padrão
Avaliação da incerteza – tipo B
• É obtida por qualquer meio diferente da 
estatística. É baseado em informações 
disponíveis em:
• Dados de medições prévias;
• Medidas executadas previamente;
• Especificações de fabricantes;
• Dados de calibrações;
• Oriundas de manuais ou referências bibliográficas.
Avaliação da incerteza – tipo A e B
• Ambas confiáveis;
• Podem ser combinadas:
• Incerteza expandida:
• Multiplicação da incerteza padrão por um fator 
de abrangência k;
• O fator k é determinado com base no nível de 
confiança desejado;
Fonte: JCGM (2008, p. 70).
Avaliação de 
incerteza
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Situação-problema
• Você trabalha com consultoria e projetos na 
área de instrumentação;
• Em uma estação de tratamento você detectou 
uma falha em um sensor de nível ultrassônico e 
realizou uma análise funcional dos 
instrumentos do sistema;
• Agora, é preciso que você determine a 
incerteza de medição do sensor ultrassônico de 
nível;
Fonte: https://goo.gl/KeUbGu. Acesso em: 26 fev. 2018.
Resolvendo a Situação-ProblemA
• Não há uma referência bibliográfica ou manual 
com o valor da incerteza  utilizar a avaliação 
de incerteza tipo A.
Fonte: adaptada de Balbinot; Brusamarello (2011b, p. 283)
• Leituras de altura de água no poço de sucção:
Fonte: Teixeira (2017, p.52).
Fonte: Teixeira (2017, p.52).
• Calculando a variância amostral:
Fonte: Teixeira (2017, p.52).
• Continuando:
1
4
� ℎ�
�,� − 1,3
�
���
���
+� ℎ�
�,� − 2,5
�
���
���
+� ℎ�
�,� − 5,0
�
���
���
= 550× 10�� + 416× 10�� + 1253× 10��
��(ℎ) = 554,75× 10�� m²
• Desvio padrão:
� ℎ = �� ℎ = 554,75× 10��
∆� = � ℎ = 23,55��
Situação-problema 2
• Os resistores tem quatro faixas e a última faixa 
diz respeito à sua tolerância;
• Normalmente os resistores tem uma tolerância 
de 5% para mais ou para menos;
• Um resistor de 1 kΩ , de acordo com as cores 
da faixa, apresentou o valor de 945 Ω ao ser 
medido com um multímetro.
• O valor de resistência está dentro da tolerância 
esperada?
Fonte: https://goo.gl/obGjqN. 
Acesso em: 26 fe v. 2018.
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Resolvendo a situação-problema 2
• Se o resistor possui 5% de tolerância, o valor 
mínimo seria até 950Ω (1k Ω – 5%). Mas então 
o valor medido ou a sua resistência está 
errada?
• Nenhuma das possibilidades, pois o possível 
erro da medida está na tolerância do 
multímetro. Normalmente é de 1% somado a 
um número de dígitos.
Fonte: https://goo.gl/99o9oQ. Acesso em: 26 fev. 2018.
Recapitulando
Recapitulando
• Método científico;
• Grandezas a serem medidas e unidades;
• Definições importantes: medição, metrologia, 
mensurando, instrumento de medição...
• Descrição funcional de um equipamento;
• Classificação dos instrumentos;
• Fontes de incerteza e formas de avaliação (tipo 
A e tipo B);