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Instrumentação 
eletroeletrônica
Aquisição de dados e
elementos finais de controle 
Prof. Giancarlo Michelino Gaeta Lopes
• Unidade de Ensino: 4
• Competência da Unidade: compreender os elementos de 
aquisição de dados.
• Resumo: Apresentar os diferentes tipos de um sistema de 
aquisição de dados, a conversão entre sinais analógico e 
digital, os elementos finais de controle.
• Palavras-chave: Placas de aquisição de dados; Conversão 
analógico/digital; Conversão digital/analógico; Válvulas de 
controle.
• Título da Teleaula: Aquisição de dados e elementos finais de 
controle
• Teleaula nº: 4
Contextualização
• Como realizar a aquisição de dados de um 
sensor? Como disponibilizar esses dados para o 
usuário final?
• Como funciona um conversor analógico digital? 
E um digital analógico?
• Como a instrumentação interage com os 
sistemas de comunicação?
Sistemas de 
aquisição de dados
• Aquisição de dados: processo de medição de 
variáveis físicas e amostrar o resultado em uma 
forma de fácil visualização e interpretação.
• Sistema de Aquisição de Dados.
Fonte: https://goo.gl/nad8e7e.
• Um sistema de aquisição de dados possui:
• Sensor;
• Condicionador de sinal: amplificador de 
Instrumentação.
Fonte: https://goo.gl/a52sa8af. Acesso em: 8 fe v. 2018.
Fonte: https://goo.gl8a7d4ed2. Acesso em: 
8 fev. 2018.
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• Exemplos de Sistemas DAQ:
• Placas Internas;
• Sistemas por USB;
• Sistemas de Comunicação serial;
• Controladores Lógicos Programáveis.
Fonte: https://goo.gl/9VDQmM. Acesso em: 18 fev. 2018.
Fonte: https://goo.gl/3pF4f6. Acesso em: 18 fev. 2018.
Comunicação do DAQ com o PC
• RS – 232: permite a comunicação só 
entre dois equipamentos;
• RS – 485: permite mais de dois equipamentos, 
mais velozes e permite maiores distâncias;
• USB: Protocolo de comunicação mais recente.
Fonte: https://goo.gl/23fvaw. Acesso em: 18 fev. 2018.
Hardware de aquisição de dados
• Hardware de aquisição de dados: interface 
entre o mundo externo e o computador.
Fonte: https://goo.gl/6sciHb. Acesso em: 
18 fe v. 2018.
Fonte: https://goo.gl/GreDff. Acesso em: 18 fe v. 2018.
• Entradas analógicas:
• Número de canais:
• Entrada simples
• Entrada diferencial
• Taxa de amostragem
• Teorema de Nyquist
• ������ > 2 � ������
• Resolução: menor passo de incremento do sinal;
• Escala: limites mínimo e máximo.
Fonte: https://goo.gl/LbwgHJ. Acesso em: 18 fev. 2018.
• Saídas analógicas
• Utilizam um conversor digital-analógico (D/A);
• Tempo de ajuste;
• Slew rate;
• Resolução de saída;
Fonte: Soloman (2012, p. 228)
• Entradas e saídas digitais
• Contato seco – interruptores;
• Acionamento de cargas.
Fonte: https://goo.gl/strsaaer34. Acesso em: 18 
fe v. 2018.
Fonte: o autor.
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• Contador/temporizador:
• contagem de eventos;
• acompanhamento de medidas de fluxo;
• contagem de frequência;
• medidas de largura de pulso e período de tempo; 
Fonte: https://goo.gl/aweq98e. Acesso em: 18 fe v. 2018.
Sistema de 
aquisição de dados 
para estufa
• Você trabalha em uma empresa de consultoria 
em instrumentação e automação
• Sua empresa foi contratada por uma pequena 
cooperativa de agricultores que desejam 
monitorar e controlar a temperatura, a 
umidade e a irrigação nas suas estufas;
• Que tipo de soluções a sua empresa pode
oferecer para tirar o máximo proveito dessas 
estruturas? 
Resolvendo a situação-problema
• Pequena cooperativa  sugerir estratégias de
controle simples e equipamentos de menor 
custo;
• Controle climático nas estufas:
• Temperatura: termostato controla a abertura e 
fechamento de janelas  controle liga/desliga com 
histerese;
• Umidade relativa do ar: abertura da janela do 
telhado nas primeiras horas da manhã;
• Controle climático nas estufas:
• Sistema de irrigação com tanque de regulação, 
aspersores e sistema de distribuição  programação 
para o funcionamento com tempos de rega fixos 
conforme a experiência do produtor;
• O controle pode ser feito em um computador;
Fonte: https://goo.gl/s5se78. Acesso em: 18 fev. 2018.
• Requisitos mínimos para a placa de Aquisição 
de Dados:
• Duas entradas digitais → ler a temperatura;
• Um temporizador → controlar janela do 
telhado;
• Um temporizador → controlar a irrigação;
• Uma saída digital → acionar a válvula de 
irrigação;
• Duas saídas digitais → motores das janelas.
Fonte: https://goo.gl/qc4iUK. Acesso em: 
18 fev. 2018.
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Conversor digital-analógico
• Recebem como entrada um sinal digital, na 
forma de uma palavra de n bits, e 
disponibilizam na sua saída uma informação 
analógica cujo formato pode ser tanto na
forma de tensão ou de corrente;
ENTRADA 
DIGITAL
SAÍDA 
ANALÓGICA
A1 A2 Vout (V)
0 0 0,0
0 1 1,0
1 0 2,0
1 1 3,0
• Características de um D/A:
• Resolução: variação na tensão de saída quando um 
código de entrada tem a variação de um bit.
• Tempo de estabelecimento: tempo entre a 
disponibilização do código digital de entrada até o 
instante que a saída atinge o nível analógico;
• Margem dinâmica: determina os valores máximos e 
mínimos do sinal analógico de saída varia;
• Erro de deslocamento: valor de saída quando a 
entrada é zero;
• erro de fim de escala: desvio que sofre a saída em 
relação ao seu valor ideal;
• Conversor D/A básico:
Fonte: FIALHO, 2010.
Fonte: FIALHO, 2010.
Conversores 
analógico-digital
Conversor analógico-digital
• Recebe um sinal elétrico analógico de entrada e, 
depois de um certo tempo, produz um código 
digital de saída que representa a entrada; 
• Etapas da conversão A/D:
Amostragem Retenção Quantificação Codificação
• Amostragem: retira uma amostra do sinal 
analógico;
• Retenção: tempo que a amostra é retida para 
que seja realizada a conversão do sinal 
analógico em digital;
• Quantificação: define a magnitude de cada uma 
das amostragens recebidas;
• Codificação: gera o código binário a partir 
quantificação realizada;
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• Conversor Analógico – Digital (A/D)
Fonte: https://goo.gl/a4t1aWQ.
Fonte: Soloman (2012, p. 227)
• Informações importantes sobre a conversão:
• Amostragem →
������ = 10 � �������
• Resolução ou sensibilidade
� =
1
2� − 1
� ��
Onde:
S é a sensibilidade (resolução) do conversor
N é o número de bits
FE é máximo valor (fundo de escala)
• Técnicas para a conversão A/D
• Com comparador;
• Com rampa em escada;
• De aproximações sucessivas;
• De rampa única;
• De dupla rampa. Fonte: FIALHO, 2010.
Fonte: FIALHO, 2010.
• Especificações de um conversor A/D:
• Resolução em bits;
• Taxa de amostragem;
• Interface de comunicação;
• Faixa de tensão de referência;
• Presença de tensão de referência simples ou 
simétrica;
• Entrada comum ou diferencial;
Situação-problema
• Você trabalha em uma empresa de consultoria 
em instrumentação e automação;
• Sua empresa foi contratada por uma metalúrgica 
que deseja monitorar a temperatura de um dos 
seus fornos por meio de um computador pessoal;
• É necessário que o equipamento seja ajustado 
para que não sejam perdidas informações 
importantes da medição. Qual solução oferecer?
• Características do forno que deve ter a sua 
temperatura monitorada:
• Atinge temperatura máxima de 650 ºC;
• A empresa já possui um termopar do tipo J  faixa 
de operação: 227°C à 750°C;
• Possui também um conversor A/D de 8 bits;
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Resolvendo a situação-problema
• O erro do termopar tipo J é de 0,75 %  você 
deve ajustar o fundo de escala do conversor 
para que a resolução seja no mínimo igual ao
erro do termopar;
• A melhor resposta do sistema se dá quando 
temos a menor resolução possível;
• A faixa de operação do termopar é de:
����� = 650°� − 227°� = 423ºC
• Ajustando essa faixa para a quantidade de bits 
do conversor A/D, a resolução da conversão 
fica:
� =
1
2� − 1
� ����� =
1
2� − 1
� 423
� = 1,658823529 ℃
• É necessário um circuito de condicionamento 
para adequar o sinal do termopar dentro da 
faixa de operação do conversor A/D.
Atuadores
• Atuadores são elementosque agem diretamente sobre 
um processo, executando uma ação.
Fonte: https://goo.gl/DmFa9e. Acesso em: 18 fe v. 2018.
Fonte: https://goo.gl/aje4t68. Acesso em: 18 fev. 2018.
Controle de vazão
• Por válvulas solenoide e pneumáticas;
Fonte: https://goo.gl/F7v6eT. Acesso em: 18 fe v. 202.
Fonte: Aguirre (2013, (a) p. 304
Motores
• CC – controle 
fácil;
• CA – controle 
complexo.
Fonte: https://goo.gl/Ukj79o. Acesso em: 18 fe v. 2022.
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Inversor de frequência
• Controla a velocidade e o torque (controle 
vetorial)
�� =
120 � �
����� Fonte: https://goo.gl/1WzX7H. Acesso em: 
18 fe v. 2022.
Fonte: https://goo.gl/images/v16mtY. Acesso em: 18 fe v. 2022.
Bombas
• Por meio da pressão gerada no bocal de 
descarga converte a energia cinética do 
seu rotor em energia potencial;
Fonte: https://goo.gl/images/SM2y7y. Acesso em: 
18 fe v. 2022.
Fonte: AGUIRRE, 2013.
• Outros atuadores:
• Conjunto de resistências elétricas;
• Cilindros hidráulicos e pneumáticos;
iStock/ribeirorocha ID: 1077249394
Recapitulando
• Sistemas de aquisição de dados;
• Hardware de um sistema de aquisição de 
dados;
• Conversor A/D e D/A;
• Elementos finais de controle: atuadores;