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Apostila MCM 12

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ELETRÔNICA INDUSTRIAL
MÓDULO MCM-12/EV
ÍNDICE
Páginas
* LIÇÃO C13: Transdutores de iluminação ..................................................................02 
* LIÇÃO C14: Transdutores de temperatura ................................................................18
* LIÇÃO C15: Set point & erro do detector e power amplifier ....................................29
* LIÇÃO C16: Controlador: PID e ON/OFF ....................................................................36
* LIÇÃO C17: Controle automático ...............................................................................51
* LIÇÃO C18: Controle automático de iluminação ......................................................60
* LIÇÃO C19: Controle automático de temperatura ....................................................70
APÊNDICE A: Data sheets .............................................................................................80
�
LIÇÃO C13
TRANSDUTORES DE ILUMINAÇÃO
Objetivos:
Determinar a característica da fotoresistência.
Determinar a característica do fotodiodo.
Determinar a característica do fototransistor.
 
	
Material
Unidade básica para sistemas IPES (fonte de alimentação mod. PSU/EV, suporte para módulos mod. MU/EV, Unidade de Controle Individual mod. SIS1/SIS2/SIS3);
Módulo de experimentação mod. MCM-12/EV;
Gerador de funções;
Osciloscópio de traço duplo;
Multímetro digital.
�
C13.1 Transdutor: conceitos básicos
Os dispositivos que realizam a conversão de uma magnitude física a outra denominam-se TRANSDUTORES.
A seguir, este termo será empregado para definir os dispositivos que convertem uma magnitude física em uma elétrica.
A magnitude elétrica de saída de um transdutor poderá ser uma tensão, uma corrente, uma resistência, etc..
Pelo contrário, o transdutor precisa de um circuito elétrico (CONDICIONADOR DE SINAL) para sua utilização, que adapta a saída (resistência, tensão, corrente, etc.) e o campo nos valores aceitáveis pelas outras partes do circuito.
Os transdutores se subdividem em analógicos e digitais com base na natureza da magnitude elétrica de saída. Um transdutor analógico corresponde a uma magnitude física contínua em entrada, e uma magnitude elétrica contínua em saída proporcional à magnitude física medida, e em um transdutor digital corresponde a uma sucessão de sinais digitais.
Em termos gerais, a conversão entre a magnitude física de entrada e a magnitude elétrica de saída requer uma absorção de energia; portanto, a presença do transdutor constitui um distúrbio para o processo analisado.
�
C13.2 Transdutores de iluminação
Os transdutores de iluminação são dispositivos capazes de converter uma radiação luminosa em uma magnitude elétrica (resistência, corrente, etc.) e pode utilizar-se na indústria, além de transdutores de iluminação, existe também transdutores indiretos de outras magnitudes físicas como a posição, velocidade angular, etc.
Por radiação luminosa se define a região do espectro eletro magnético que inclui os componentes do infra vermelho, do visível, e do ultravioleta.
Uma parte da radiação luminosa pode ser detectada pelo olho humano e é definida como radiação visível ou “Luz”; no entanto, o olho humano é sensível de maneira diferente aos diferentes tamanhos de onda da radiação visível.
Na fig. C13.2 mostra a subdivisão usualmente aceita do espectro eletromagnético: pode-se verificar que a parte visível é muito restringida.
A tabela da fig. C13.3 mostra as unidades de medida do Sistema Internacional relativa à radiação eletromagnética.
A radiação luminosa ao interagir com a matéria provoca vários efeitos. Um dos mais importantes é o “Efeito Fotoelétrico”, que consiste na liberação de elétrons de uma superfície metálica ao receber radiações luminosas, e no caso dos semicondutores, consiste na geração de pares elétron-lacuna.
O primeiro fenômeno se denomina efeito fotoemissor e se aplica aos fototubos, fotomultiplicadores, etc.
No que se referem aos efeitos fotoelétricos sobre os semicondutores, estes podem ser de dois tipos e precisamente:
1 - Efeito fotocondutivo: a condutividade de uma barra de semicondutor depende da intensidade da radiação luminosa que chega.
2 - Efeito fotoelétrico sobre a junção (Efeito Fotovoltaico): a corrente, através de uma junção P-N polarizada inversamente, depende da intensidade da radiação luminosa que chega.
Se a junção não está polarizada, em suas extremidades se gera uma força eletromotriz (Efeito Fotovoltaico).
Os dispositivos da primeira categoria se denominam fotoresistências, e nos da segunda estão os fotodiodos, as células fotoelétricas e os fototransistores.
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Fotoresistências
A fotoresistência é um componente passivo de semicondutor carente de junção.
Quando este componente recebe radiação eletromagnética, os fotons* cedem energia ao material semicondutor, e se a energia é suficientemente alta, se rompem os enlaces que unem os pares eletro-lacuna: estes pares livres contribuem à condução reduzindo a resistência do material. Desta maneira, a resistência diminui ao aumentar a iluminação.
A fotoresistência na escuridão* é um isolante com valores de resistência da ordem de M( (resistência de escuridão), e se estiver muito bem iluminado alcançará valores de resistência muito baixos, chegando até a algumas dezenas de (.
O material utilizado na realização da fotoresistência precisa do tamanho de onda, na qual o dispositivo alcançará a máxima sensibilidade.
Como materiais fotosensíveis se utilizam principalmente cristais de sulfuro de cádmio ou de chumbo para sensores no campo visíveis, e cristais de seleniuro de cádmio, para sensores no campo do infravermelho.
Na fig. C13.4 mostra a curva característica que visualiza a relação entre as variações da iluminação “E” e as de resistência.
�
Condicionador de sinal para fotoresistência
Faça referência à figura C13.5.
Desconectando os jumpers J1 e J3 pode-se medir diretamente a resistência da fotoresistência simplesmente conectando um multímetro entre os bornes 1 e 2. Conectando os jumpers J1 e J2, a fotoresistência se conectará na entrada não inversora de IC1.
Conectando também J10, o amplificador IC1 se conectará como amplificador não inversor. O sinal de entrada é constituído pela tensão gerada pelo divisor de tensão que se formou pela fotoresistência e R1.
RV1 se utiliza para colocar em zero a tensão de saída de IC1 em condições de escuridão, e RV2 se utiliza para o fundo de escala desejado em condições de máxima iluminação.
A saída do condicionador de sinal (IC1) é calibrado de modo que o valor de iluminação máximo (24 V na lâmpada L1) lhe corresponda a uma tensão de saída de 8 V, e em condições de escuridão corresponda a uma tensão de saída de 0 V.
A resistência R2 se utiliza como elemento de linearidade da característica da fotoresistência. 
�
Fotodiodo
O fotodiodo é um dispositivo similar em sua estrutura a um diodo de semicondutor comum, está formado por uma junção P-N..
Em condições de escuridão, o fotodiodo se comporta como um diodo de semicondutor comum, mas quando uma junção recebe uma radiação luminosa a corrente inversa aumenta já que a energia dos fotons * libera os pares elétron-lacuna.
A corrente inversa nos fotodiodos pode alcançar valores incluídos entre alguns nA e algumas dezenas de mA, e os materiais semicondutores mais utilizados são o Silício, o Germano e o Arsênio de Gálio.
Se um fotodiodo não polarizado e sem carga se ilumina, nas extremidades se medirá uma tensão gerada interiormente na junção que se deve a interação entre a radiação luminosa e o material semicondutor (efeito Fotovoltaico).
Logo, se colocar uma carga ao fotodiodo, se observará uma passagem de corrente, obtendo um gerador de energia elétrica.
O que se acaba de descrever constituio princípio de funcionamento das ‘Células Fotovoltáicas’ .
Na fig. C13.6 mostra a curva característica que visualiza a relação entre as variações de Io e as variações da iluminação ‘E’.
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Condicionador de sinal para fotodiodo
Fazer referência à figura C13.7.
Com o jumper J4 desconectado e o J5 conectado é possível medir diretamente a corrente do fotodiodo simplesmente conectando um amperímetro entre os bornes 3 e 1 (tensão de alimentação). Conectando os jumpers J4 e J5 (e desconectando o amperímetro), o fotodiodo se conectará na entrada não inversora de IC1.
Conectando também J11, o amplificador IC1 se conectará como amplificador não inversor. O sinal de entrada do amplificador está constituído pela tensão gerada em R3 pela corrente que se deve aos fotons* que chegam na junção do fotodiodo.
Como para o caso da fotoresistência, RV1 se utiliza para colocar a zero a tensão de saída de IC1 em condições de escuridão, e RV2 se utiliza para realizar a fundo escala desejada em condições de máxima iluminação.
A saída do condicionador de sinal (IC1) é calibrada de modo que o valor máximo de iluminação (24 V na lâmpada L1) lhe corresponda a uma tensão de saída de 8 V, e em condições de escuridão corresponda a uma tensão de saída de 0 V.
�
Fototransistor
O fototransistor é um dispositivo com estrutura similar a de um transistor comum, mas na base poderá chegar a luz que se gera exteriormente ao fototransistor.
O fototransistor geralmente é de tipo NPN, se alimenta com tensão positiva entre coletor e emissor, e a base pode se deixar aberta ou conectada com o emissor através de uma resistência. Neste último caso a sensibilidade do fototransistor pode-se ajustar mudando o valor da resistência utilizada.
Na escuridão, a corrente de coletor Ic é mínima e cresce ao aumentar a iluminação, e devido aos fotons * que chegam na base rompem o enlace dos pares elétron-lacuna. A corrente gerada (corrente de base) é amplificada pelo transistor.
Na fig. C13.8 mostra o símbolo com a curva característica que visualiza a relação entre as variações de Ic e as variações de iluminação “E”.
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Condicionador de sinal para fototransistor
Fazer referência à figura C13.9.
Com o jumper J7 desconectado e o J8 conectado é possível medir diretamente a corrente gerada pelo fototransistor simplesmente conectando um amperímetro entre os bornes 5 e 1 (tensão de alimentação). Conectando os jumpers J7 e J9 (e desconectando o amperímetro), o fototransistor se conectará na entrada não inversora de IC1.
Conectando também J12, o amplificador IC1 se conectará como amplificador não inversor. O sinal de entrada do amplificador é constituído pela tensão gerada em R4 pela corrente que se deve aos fotons * que chegam à junção base-emissor do fototransistor.
Como para o caso da fotoresistência, RV1 se utiliza para colocar a zero a tensão de saída de IC1 em condições de escuridão, e RV2 se utiliza para realizar o fundo de escala desejado em condições de máxima iluminação.
A saída do condicionador de sinal (IC1) é calibrada de modo que o valor máximo de iluminação (24 V na lâmpada L1) lhe corresponda a uma tensão de saída de 8 V, e em condições de escuridão corresponda a uma tensão de saída de 0 V.
�
C13.3 EXERCÍCIOS
MCM12 Desconectar todos os jumpers
SIS1 Colocar todos os interruptores na posição ‘OFF’
SIS2 Digitar o código da lição: C13
Observação sobre a fonte luminosa
A iluminação requerida para o ensaio dos transdutores de iluminação é proporcionada por uma lâmpada de incandescência com filamento ao tungstênio, alimentada com uma tensão de 24 V que produz uma intensidade luminosa I de 3 candelas.
Esta lâmpada está no interior da caixa metálica localizada no bloco LIGHT PROCESS & TRANSDUCERS.
No breve tratado seguinte serão considerados não influentes os efeitos de reflexão internos da caixa (para isto, as paredes interiores estão pintadas de preto), puntiforme a fonte luminosa e uniforme a irradiação em todas as direções.
Nas experiências seguintes se deduz que a energia que chega aos transdutores é proporcional à potência absorvida pela lâmpada.
Traçado da curva característica da fotoresistência
Montar o circuito da fig. C13.10: para isto conectar os jumpers J27, J28, J31, J33, J35, J49, J51 e conectar o terra a vela 10 através de um cabo. Aplicar uma tensão de 0 V a R17 através de P1.
Q1. Qual é o comportamento da resistência em função da iluminação que terá que esperar de uma fotoresistência?
 SET
 A B
 1 2 linear.
 2 3 logarítmico.
 3 4 inversa (1/X)
 4 1 exponencial
Ajustar o multímetro para medidas de resistência e colocar seus terminais entre os bornes 1 e 2.
Levar o potenciômetro P1 ao valor de tensão 0 V e medir a resistência evidenciada pelo multímetro.
Apontar o valor medido em uma tabela como a da figura.
Variar o potenciômetro P1 dando-lhe todos os valores marcados na tabela e apontar as medidas correspondentes.
Traçar um gráfico colocando a iluminação (SET-POINT) na abcissa e a resistência na ordenada. Traçar alguns pontos em correspondência com as medidas realizadas. Unindo estes pontos se obterá a curva característica do transdutor.
Traçado da curva característica do fotodiodo
Desconectar todos os jumpers conectados.
Montar o circuito da figura C13.11: para isto, conectar os jumpers J27, J28, J31, J33, J35, J49, J51 e conectar o terra a vela 10 através de um cabo. Aplicar uma tensão de 0 V a R17 através de P1.
Q2. Qual é o comportamento da corrente em função da iluminação que terá que esperar de um fotodiodo?
 SET
 A B
 1 3 linear.
 2 4 oscilante,
 3 1 exponencial.
 4 2 inversa.
Ajustar o multímetro para medidas de tensão (escales v) e posicionar seus terminadores externos de R3 (pont 4 no tema) de maneira a realizar uma medida indireta da corrente no fotodiodo.
Levar o potenciômetro P1 ao valor de tensão 0 V e medir a corrente medida pelo multímetro.
Apontar o valor medido em uma tabela como o da figura.
Variar o potenciômetro P1 dando-lhe todos os valores marcados na tabela e apontar as medidas de corrente correspondentes.
Traçar um gráfico colocando a iluminação (SET-POINT) na abcissa e a corrente na ordenada. Traçar alguns pontos em correspondência com as medidas realizadas. Unindo estes pontos se obterá a curva característica do transdutor analisado.
�
SET-POINT (V)
CORRENTE ((A)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Tabela C13.2
Traçado da curva característica do fototransistor
Desconectar todos os jumpers conectados.
Montar o circuito da figura C13.12: para isto, conectar os jumpers J27, J28, J31, J33, J35, J49, J51 e conectar o terra a vela 10 através de um cabo. Aplicar uma tensão de 0 V a R17 através de P1.
Q3. Qual é o comportamento da corrente em função da iluminação que terá que esperar de um fototransistor?
 SET
 A B
 1 2 constante.
 2 3 oscilatória.
 3 4 linear.
 4 1 exponencial
Ajustar o multímetro para medidas de corrente e colocar seus terminais entre os bornes 1 e 5.
Levar o potenciômetro P1 ao valor de tensão 0 V e medir a corrente evidenciada pelo multímetro.
Apontar o valor medido em uma tabela como o da figura.
Variar o potenciômetro P1 dando-lhe todos os valores marcados na tabela e apontar as medidas de corrente correspondentes.
Traçar um gráfico colocando a iluminação (SET-POINT) na abcissa e a corrente na ordenada. Traçar alguns pontos em correspondência com as medidas realizadas. Unindo estes pontos se obtém a curva característica do transdutor analisado.
SET-POINT (V)
CORRENTE ((A)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Tabela C13.3Q5. Tem maior amplitude, o sinal gerado por um fotodiodo ou o gerado por um fototransistor?
 SET
 A B
 1 2 o do fotodiodo.
 2 4 o do fototransistor.
 3 1 depende do material semicondutor que são realizados os dois transdutores.
 4 3 depende da tensão de alimentação.
Q6. Em relação à pergunta anterior. Justificar a resposta dada.
 SET
 A B
 1 2 porque o diodo tem um ganho superior ao do transistor.
 2 4 porque o transistor tem um sinal de saída igual ao do diodo amplificado pelo ganho.
 3 1porque é o material semicondutor que determina a amplitude do sinal proporcionado.
 4 3 porque a amplitude da tensão modula o sinal proporcional.
Q7. Qual dos seguintes transdutores tem menor linearidade?
 SET
 A B
 1 2 fototransistor.
 2 4 fotodiodo.
 3 1 fotoresistência.
Q8. O que é uma célula fotovoltáica?
 SET
 A B
 1 2 é um fotodiodo sem polarizar.
 2 4 é um fototransistor sem polarizar.
 3 1 é uma fotoresistência inversamente polarizada.
4 3 é qualquer um dos três componentes anteriores polarizados inversamente.
LIÇÃO C14
TRANSDUTORES DE TEMPERATURA
Objetivos:
Determinar a característica da termo resistência.
Determinar a característica do termistor NTC.
Determinar a característica do termistor PTC.
Determinar a característica do condicionador de sinal para transdutores de temperatura.
Material
Unidade básica para sistema IPES (fonte de alimentação mod. PSU/EV, suporte para módulos mod. MU/EV, Unidade Controle Individual mod. SIS1/SIS2/SIS3);
Módulo de experimentação mod. MCM-12/EV;
Gerador de funções;
Osciloscópio de traço duplo;
Multímetro digital.
�
C14.1 TRANSDUTORES DE TEMPERATURA
Cada vez que a um sistema físico é fornece energia seu estado muda.
A temperatura representa um índice deste estado.
A unidade de medida que se adota no Sistema Internacional é o grau Kelvin ((K), em que a temperatura do zero absoluto corresponde a 0(K.
Usualmente se utilizam outras duas unidades de medida: o grau centígrado ou grau Celsius ((C) e o grau Fahrenheit ((F).
A figura C14.1 mostra a correspondência entre estas unidades de medida e nela pode-se observar que a escala em graus Fahrenheit tem um espaço diferente em relação as outras duas.
A lei de conversão é a seguinte:
 9
(F = ((( . (C + 32
 5
O grau centígrado tem a característica de fazer coincidir em 0(C a temperatura do gelo fundível e em 100(C a temperatura de ebulição da água a nível do mar.
Na indústria e no setor doméstico, a temperatura se determina com a ajuda de diferentes tipos de transdutores, mais ou menos complexos e precisos.
Entre os mais utilizados são os transdutores de semicondutor e as termo resistências que tem uma boa precisão, simplicidade de construção e de uso.
Também tem a característica de ter dimensões muito pequenas e por conseguinte facilmente introduzíveis no processo.
C14.2 Termoresistência
Nas medidas da temperatura, a termoresistência aproveita a variação da resistência de um condutor elétrico ao variar a temperatura.
A relação entre a resistência e a temperatura é a seguinte:
RT = R0 . (1+ a.T) 
onde o coeficiente de temperatura a indica seu valor médio no campo de medida.
A termoresistência apresenta as principais características:
- constância das características no tempo;
- reprodutividade das características;
- variação da resistência em função de uma boa temperatura. 
Foram normalizados dois tipos de termoresistências: as de níquel e as de platina. No módulo está montada uma termoresistência de platina.
A termoresistência de níquel apresenta um coeficiente de temperatura a = 6.17.10-3 C-1.
A termoresistência de platina apresenta um coeficiente de temperatura a = 3.85.10-3 C-1. 
A figura C14.2 mostra as curvas características destas duas termoresistências.
As termoresistências de uso corrente tem uma resistência de 100 ( a 0 (C e uma tolerância de ( 0,1 (C.
Normalmente estão constituídas por um fio de metal enroladas em um suporte isolante cilíndrico ou plano resistente em temperaturas altas (cerâmicas, vidro, etc.).
Graças a sua constituição, tem uma constante térmica ou então alta; ou seja, que reagem lentamente nas variações de temperatura do processo.
�
C14.3 Condicionador de sinal para termoresistência
A figura C14.3 mostra o circuito elétrico.
A termoresistência tem uma variação por volta de 30 Ohm para uma variação de 80(C. Esta variação provoca uma variação de tensão aproximadamente 290 mV, causada pelo divisor de tensão formado por R12 e pela termoresistência, na entrada não inversora de IC2A (que tem a função de buffer).
O trimmer RV3 serve para levar a 0 V a saída de IC2B para temperatura de 0(C, e o trimmer RV4 serve para levar a saída de IC2B a 8 V para temperatura de 80(C. Por conseguinte, a constante de proporcionalidade do condicionador de sinal vale 100 mV/(C.
Desconectando os jumpers J20 e J21 pode-se medir a resistência do transdutor diretamente.
Na tabela C14.1 mostra os pontos proporcionados pelo construtor, relativos ao valor de resistência apresentado para cada grau de temperatura.
A calibração se realiza da seguinte maneira. Se aplicar ao amplificador de potência uma tensão de 4 V através de P1 (o que corresponde a uma tensão de 12 V em R40), se espera que a temperatura alcance o valor de regime, pelo que se mede o valor em 0hm da termoresistência e se deduz da tabela o valor da temperatura (T1); mediante RV3 se leva a saída de IC2B a 0 V, se leva P1 ao valor de 5 V e volta a esperar que a temperatura se estabeleça para que se possa medir a resistência e calcular a nova temperatura (T2); opera sobre RV4 até que a tensão de saída de IC2B valha (T2-T1)/10; opera sobre RV3 até que a tensão de saída de IC2B valha T2/10.
C14.4 Termistor NTC e PTC
Os transdutores de temperatura de semicondutor aproveitam a notável sensibilidade na temperatura dos materiais semicondutores.
Seu coeficiente de temperatura é muito mais alto em relação ao da termoresistência e tem um custo sem dúvida menor; no entanto, tem um campo de temperatura muito restringido e uma menor linearidade.
A lei de variação da resistência em função da temperatura é a seguinte:
RT = RO . (1+ a . T)
Embora está fórmula seja igual à da termoresistência, o erro cometido nesta aproximação é maior.
Os transdutores semicondutores que se analisam com o módulo MCM-12/EV são dois: NTC e PTC.
O termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) tem a característica de reduzir sua própria resistência ao aumentar a temperatura.
O termistor PTC (Positive Temperature Coefficient) tem a característica de aumentar sua própria resistência ao aumentar a temperatura.
A nível construtivo, a diferença entre os dois transdutores se determina durante a realização do semicondutor.
Na figura C14.4 mostra o comportamento típico destes dois transdutores.
C14.3 EXERCÍCIOS
MCM12 Desconectar todos os jumpers
SIS1 Colocar todos os interruptores na posição “OFF”
SIS2 Digitar o código da lição: C14
Nota sobre a fonte aquecedora
O calor requerido para os testes sobre os transdutores de temperatura fornecem duas resistências em paralelo (indicar com R40 no módulo), que fisicamente estão no bloco TEMPERATURE PROCES & TRANSDUCER e que estão alimentados pelo POWER AMPLIFIER com tensão variável com base na temperatura desejada. As duas resistências esquentam a placa de alumínio onde estão conectados os transdutores.
Já que não se dispõe de um termômetro padrão e devido a grande linearidade da termoresistência, se utilizará o sinal da termoresistência como sinal padrão quando esta for requerida.
CUIDADO: devidoa lentidão intrínseca do processo de temperatura para cada experiência sugerida, que requer o aquecimento da placa de alumínio e seu subsequente esfriamento, poderá necessitar de alguns 20-30 minutos.
�
Traçado da curva característica dos transdutores de temperatura
Montar o circuito da fig. C14.5: para isto conectar os jumpers J27, J28, J31, J33, J35, J49, J50 e conectar o terra a vela 10 através de um cabo. Aplicar uma tensão de 0 V a R17 através de P1.
Q1. Qual é o comportamento da resistência em função da temperatura que terá que se esperar de uma termoresistência?
 SET
 A B
 1 2 constante.
 2 3 exponencial.
 3 4 linear.
 4 1 logarítmica.
Q2. Qual é a diferença principal entre o transistor PTC e o NTC?
 SET
 A B
 1 4 O PTC é um transdutor de semicondutor, o NTC é um condutor.
 2 1 ambos são condutores, mas tem coeficientes de temperatura diferentes.
 3 2 ambos são semicondutores e tem coeficientes de temperatura positivo (PTC) e negativo (NTC).
 4 3 a única diferença é a diferente linearidade dos dois transdutores.
Levar a tensão de entrada, através de P1, ao valor de 8 V.
Ajustar o multímetro para medidas de resistência e colocar seus terminais entre os bornes 9 e a do terra.
Esperar para que o multímetro meça o valor de 111.3 ( (que corresponde a 30 (C).
 Conectar o multímetro entre a vela 8 e o terra, medir a resistência do PTC a esta temperatura e mostrar o valor na tabela.
Conectar o multímetro entre os bornes 6 e 7, medir a resistência do NTC a esta temperatura e mostrar o valor na coluna respectiva da tabela.
Repetir as medidas que acabamos de montar para todos os valores de temperatura marcados na tabela, esperando que cada vez a termoresistência apresente o valor ôhmico mostrado. Para cada valor de temperatura mostrar o valor medido para o termistor NTC e PTC.
Traçar um gráfico indicando a temperatura na abcissa e a resistência na ordenada. Traçar alguns pontos em correspondência com as medidas realizadas. Unindo estes pontos se obtém a curva característica dos três transdutores.
�
Calibração do condicionador de sinais
Montar o circuito da fig. C14.6: para isto conectar os jumpers J27, J28, J31, J33, J35, J49, J50 e conectar o terra a vela 10 através de um cabo. Aplicar uma tensão de 0 V a R17 através de P1.
Medir a resistência da termoresistência na temperatura do ambiente, e considerar esta temperatura como 0 fictício.
Deduzir a temperatura do ambiente (T1) das tabelas correspondentes.
Operar sobre RV3 até levar a 0 a saída de IC2.
Esquentar por volta de 10(C o processo de temperatura mediante o amplificador de potência. Para isto, aplicar uma tensão de T1/10+1 através de P1.
Esperar para que a temperatura se estabeleça.
Medir a resistência da termoresistência e deduzir a temperatura alcançada (T2) através das tabelas correspondentes.
Levar a saída de IC2 ao valor (T2-T1) *10 (mediante RV4).
Levar a saída de IC2 ao valor T2*10 (mediante RV3). Deste modo, obteremos uma variação de 8 V para uma variação de 80 graus. 
Q3. Quanto vale a constante de proporcionalidade do condicionador de sinal?
 
 SET
 A B
 1 2 8 V
 2 3 1 V/(C 
 3 4 8 (C/V
1 0.1 V/(C
�
Curva característica do condicionador de sinal
Montar o circuito da figura C14.7: para isto conectar os jumpers J27, J28, J31, J33, J35, J49, J50 e conectar o terra à vela 10 mediante um cabo.
Levar a tensão de entrada através de P1, ao valor de 8 V.
Ajustar o multímetro para medidas de resistência e colocar seus terminais entre a vela 9 e o terra.
Esperar para que o multímetro meça o valor de 111.3 ( (para que corresp. a 30 (C).
Conectar o multímetro (ajustando como voltímetro) entre a saída de IC2 e o terra, medir a tensão de saída do condicionador de sinal e mostrar o valor na tabela.
Repetir as medidas que se acabam de realizar para todos os valores de resistência marcados na tabela, esperando que cada vez a termoresistência tenha o valor ôhmico mostrado.
Traçar um gráfico indicando a resistência na abcissa e a tensão correspondente na ordenada. Traçar alguns pontos em correspondência com as medidas efetuadas. Unindo estes pontos se obtém a curva característica do condicionador de sinal.
RTD
(()
IC2 out
(V)
111.6
113.6
115.5
117.4
119.4
121.3
123.2
125.1
127.0
129.0
130.9
C14.4 QUESTIONÁRIO
Q4. Que lei que une o grau Celsius com o Fahrenheit?
 SET
 A B
 1 2 o zero está na mesma temperatura, mas os graus tem um valor diferente.
 2 4 os graus tem o mesmo valor, mas o zero está situado em uma temperatura diferente.
 3 1 o zero está na mesma temperatura e os graus tem o mesmo valor.
 4 3 a lei é do tipo linear, mas tanto zero como o valor dos graus são diferentes.
 
Q5. Tem maior amplitude, o sinal gerado por uma termoresistência ou o gerado por um termistor NTC?
 SET
 A B
 1 2 o da termoresistência.
 2 4 o do termistor NTC.
 3 1 depende do metal com o que está realizada a termoresistência.
 4 3 depende da tensão de alimentação.
Q6. Qual dos seguintes transdutores tem maior linearidade? 
 SET
 A B
 1 2 termoresistência.
 2 4 termistor NTC.
 3 1 termistor PTC.
 4 3 os três transdutores anteriores tem mesma linearidade. 
 
LIÇÃO C15
SET-POINT & ERRO DO DETECTOR E POWER AMPLIFIER
Objetivos:
Análise do circuito elétrico do SET POINT & ERRO DO DETECTOR.
Análise do circuito elétrico do POWER AMPLIFIER.
Função realizada pelo SET POINT & ERRO DO AMPLIFICADOR.
Função realizada pelo POWER AMPLIFIER.
Material
Unidade básica para sistema IPES (fonte de alimentação mod. PSU/EV, suporte para módulos mod. MU/EV, Unidade de Controle Individual mod. SIS1/SIS2/SIS3);
Módulo de experimentação mod. MCM-12/EV;
Gerador de funções.
Osciloscópio de traço duplo.
Multímetro digital.
�
C15.1 SET POINT & ERRO DO DETECTOR
O bloco analisado tem a função de proporcionar o sinal de entrada para o controle automático (SET POINT) e calcular a diferença entre a magnitude física desejada e a obtida efetivamente. O bloco se realiza através do circuito da fig. C15.1.
O set point se realiza através do divisor de tensão formado por R16 e P1.
Através da ação do trimmer P1 varia a tensão de referência (cursor do trimmer) entre 0 e 8 Vcc: a este valor terá que fazer-lhe corresponder uma variação da magnitude física controlada entre o valor mínimo e o máximo.
O “ERRO DO DETECTOR” é o circuito que realiza a comparação entre o valor de entrada (set-point) e o valor alcançado pela magnitude de saída.
Está constituído por um amplificador operacional (IC3) em configuração diferencial, cuja saída é dada pela diferença entre os sinais presentes nas duas entradas.
Conectando o jumper J25 se conecta na entrada inversora a saída do LIGHT PROCESS & TRANSDUCERS, que constitui o sinal de realimentação no caso de controle automático de iluminação.
Conectando o jumper J26 se conecta a saída do TEMPERATURE PROCESS & TRANSDUCERS com a entrada inversora, que constitui o sinal de realimentação no caso de controle automático de temperatura.
A vela J27 serve para conectar a tensão do potenciômetro com a entrada não inversora do amplificador.
Quando não se deseja realizar a realimentação de algum tipo de transdutor, os jumpers J25 e J26 terão que permanecer abertos, o J27 conectado e a vela 10 em curto-circuito com o terra: neste caso, a tensão de saída de IC3 será igual à tensão gerada através de P1.
Quando for necessário incluir no circuito um sinal externo (por exemplo, proporcionadopor um gerador de sinais) se utilizará a vela 10 como entrada e terá que deixar abertos J25, J26 e J27: nesta caso, a tensão de saída de IC3 será igual à tensão da vela 10 defasada 180(.
C15.2 Amplificador de potência (Power Amplifier)
O amplificador de potência tem a função de detectar o sinal de saída do controlador PID (vela 12), adaptar sua amplitude com base no campo do atuador e sobretudo amplificar a potência de maneira que se possa aplicar no atuador.
A figura C15.2 mostra o diagrama do POWER AMPLIFIER.
Os atuadores em teste (a lâmpada de incandescência e as resistências de aquecimento) tem um campo de 24 Vcc, enquanto que o controlador PID tem um campo de 8 Vcc: para que exista proporção entre os dois sinais, o ganho em tensão do amplificador de potência tem que ser 3.
O amplificador operacional IC8 está conectado em conexão não inversora. 
Neste caso, seu ganho de tensão (G) é dado por G = 1 + R35/R34, e com os valores usados em nosso caso é igual a 3.
O amplificador operacional varia sua saída até que a tensão do coletor de T2 (tensão aplicada no atuador) alcance o valor da entrada (vela 12) multiplicado pelo ganho de IC8.
Aumentando a tensão de saída de IC8, aumenta a corrente que entra na base de T1 e proporcionalmente aumenta a corrente do coletor. 
Este fato comporta um aumento da queda de tensão em R37 e por conseguinte, uma redução da tensão aplicada com base em T2.
Como conseqüência deste fato teremos um aumento da corrente de emissor (e por conseguinte de coletor) de T2, que determina a tensão nos extremos do atuador.
O diodo D1 salva a base de T1 da aplicação de perigosas tensões inversas.
C15.3 EXERCÍCIOS
MCM12 Desconectar todos os jumpers
SIS1 Colocar todos os interruptores na posição “OFF”
SIS2 Digitar o código da lição: C15
Análise do comportamento dos circuitos do SET POINT & ERRO DO DETECTOR e POWER AMPLIFIER
Montar o circuito da figura C15.3: para isto conectar os jumpers J27, J28, J31, J33, J35, J49, J51 e conectar o terra a vela 10 através de um cabo. Aplicar uma tensão de 0 V a R17 através de P1.
Q1. Qual é o ganho de tensão teórica do ERRO DO DETECTOR (IC3)?
 SET
 A B
 1 3 0.1
 2 4 1
 3 1 10
 4 2 100
Q2. Qual é o ganho de tensão teórica do POWER AMPLIFIER?
 SET
 A B
 1 5 0.1
 2 1 0.3
 3 2 1
 4 3 3
 5 4 10
Medir a tensão dos pontos marcados na tabela e mostrar os valores na tabela.
Variar P1 para obter todos os valores da tabela e mostrar os valores medidos.
Q3. Qual é a medida do ganho de tensão do ERRO DO DETECTOR (IC3)?
 SET
 A B
 1 2 0.1 aprox.
 2 3 1 aprox.
 3 4 10 aprox.
 4 1 100 aprox.
Q4. Qual é a medida do ganho de tensão teórica do POWER AMPLIFIER?
 SET
 A B
 1 4 0.1 aprox.
 2 5 0.3 aprox.
 3 1 1 aprox.
 4 2 3 aprox.
 5 3 10 aprox.
�
SET POINT
(V)
ERRO DO DETECTOR 
(V)
BUCHA 12
(V)
POWER AMPLIFIER
(V)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
TABELA C15.1
Levar P1 ao valor de 4 V.
Medir a tensão de saída de IC3, da vela 12 e do coletor de T2.
SIS1 Colocar o interruptor S10 na posição “ON”
SIS2 Pressionar “INS”
Q5. Foi feita uma variação no circuito. Repetir as medidas da saída de IC3, da vela 12 e do coletor de T2. Que variação foi feita?
 SET
 A B
 1 3 mudou o ganho do ERRO DO DETECTOR.
 2 4 mudou a tensão da vela 12.
 3 1 a vela 12 está em curto-circuito com o terra.
 4 2 mudou o ganho do POWER AMPLIFIER.
SIS1 Colocar o interruptor S10 na posição “OFF”
�
C15.3 QUESTIONÁRIO
Q6. No bloco ERROR AMPLIFIER, qual é a lei que une o sinal de saída com os dois sinais de entrada?
 SET
 A B
 1 2 linear.
 2 4 exponencial.
 3 1 logarítmica.
 4 3 depende da tensão de alimentação.
Q7. Quanto vale o ganho do bloco POWER AMPLIFIER?
 SET
 A B
 1 2 O
 2 4 1
 3 1 3
 4 5 5
 5 3 10
�
LIÇÃO C16
CONTROLADOR: PID E ON/OFF
Objetivos:
Analisar o controlador do tipo P.
Analisar o controlador do tipo I.
Analisar o controlador do tipo D.
Analisar o controlador do tipo PID.
Analisar o controlador do tipo ON/OFF.
Material
Unidade básica para sistema IPES (fonte de alimentação mod. PSU/EV, suporte para módulos mod. MU/EV, Unidade de Controle Individual mod. SIS1/SIS2/SIS3);
Módulo de experimentação mod. MCM-12/EV;
Gerador de funções;
Osciloscópio de traço duplo;
Multímetro digital.
�
C16.1 Controlador do tipo PID
Ação proporcional (P)
É a ação proporcionada por um amplificador/atenuador.
O sinal de saída, separado do coeficiente de multiplicação, é perfeitamente igual ao de entrada.
A fig. C16.1 mostra o diagrama de blocos de um amplificador/atenuador, cuja função de transferência vale KP (a função de transferência é a razão entre a saída e a entrada). 
A figura C16.2 mostra o esquema elétrico.
Quando IC4 é utilizado como controlador proporcional, os jumpers J28 e J31 devem estar conectados para realizar uma conexão como amplificador inversor. Através de IC7 se introduz outra defasagem de 180( que leva novamente o sinal em fase.
Conectando J34, o amplificado IC4 tem um ganho (R25/R22) de valor 0.1 (KP=0.1). Conectando J33, o amplificador tem um ganho (R24/R22) de valor 1 (KP=1). Conectando J32, o amplificador tem um ganho (R23/R22) de valor 10 (KP=10).
Ação integral (I)
Esta ação realiza um integrador puro.
A função de transferência do bloco (fig. C16.3) que realiza a ação integral, segundo as transformadas de Laplace na variável s, tem o seguinte valor:
 KI 1
W(s) = ((( = (((
 s ((I).s
onde (I, é a ‘Constante de Tempo da Ação Integral’.
A saída correspondente a uma entrada em degrau, apresenta um retardo do tipo linear.
A constante de tempo tem o seguinte significado: após um lapso de tempo equivalente na constante da Ação Integral, a saída alcança o valor da entrada.
A figura C16.4 mostra o esquema elétrico.
Quando IC5 é utilizado como controlador integral (inversor) ,devem conectar-se os jumpers J36 ou J37, J41 e pelo menos um dos jumpers J38, J39 e J40. Através de IC7 se introduz outra defasagem de 180( graus que retorna o sinal em fase.
Quando se analisa o integrador, é necessário evitar que o amplificador se sature, por conseguinte, se conecta J42 em lugar de J41. Neste caso, IC7 com J48 conectado (controlador integral) calcula o valor médio do sinal de entrada e se supõe que a saída de IC5 tenha um valor médio diferente de 0 (fato que garante para que IC5 não se sature).
Para obter este efeito se requer que a constante de tempo de IC7 seja pelo menos 100 vezes maior que a de IC5.
Com J36 conectado e conectando J40, o condutor integral tem uma constante de tempo (R27*C3) do valor de 0.1 s. Conectando J39, o integral tem um constante de tempo (R27*C2) do valor de 0.01 s. Conectando J38, o controlador integral tem uma constante de tempo (R27*C1) de valor de 100 s.
Substituindo R27 por R28, as constantes de tempo diminuem 100 vezes. 
Ação Derivada (D)
É a ação realizada por um derivador puro (fig. C16.5).
A função de transferência, segundo as transformadas de Laplace na variável s, tem o seguinte valor:
W(s) = S. Kd = s. (d
onde (d é a ‘Constante de Tempo da Ação Derivativa’ , cujo significado físico mostra-se na fig. C16.5.
No caso em que a entrada seja uma rampa linear, é (depois de um tempo) igual a constante de tempo derivativa. A entradase iguala ao valor de saída, segundo a figura C16.5
�
A figura C16.6 mostra o esquema elétrico, onde IC6 está conectado como amplificador derivador (inversor). Através de IC7 se introduz outra defasagem de 180( que leva novamente a fase do sinal original. 
Com J44 conectado e conectando J46, o controlador derivativo tem uma constante de tempo (R31x C4) do valor de 0,1 s.
Ação combinada PID
Reunindo as ações proporcional, integral e derivativa se obtém um controlador como o que se mostra na fig. C16.7.
A função de transferência do controlador vale :
W(s) = Kp + KI + Kd.s
 s
Diagrama de Bode para os diferentes tipos de controladores
C16.2 Controlador ON/OFF
A saída deste tipo de controlador atinge um valor máximo e mínimo segundo a entrada , seja superior ou inferior a um valor estabelecido
Existem duas versões para este tipo de controlador: com e sem histérese. A versão sem histérese tem um valor de tensão de entrada única através da qual a saída comuta entre os dois valores mínimo e máximo, enquanto na versão com histérese a tensão de entrada que faz comutar a saída do valor máximo ou valor mínimo, é diferente da que faz comutar a saída do valor mínimo ao máximo.
Essa característica encontra aplicação sobretudo em processos lentos, como a temperatura, onde a aplicação de toda a potência por intervalos de tempo bastante grandes, não provoca variações rápidas.
A figura C16.9 mostra a curva característica de transferência deste controlador nas duas versões ( com e sem histérese ). 
Sem Histérese				Com Histérese
A figura C16.10 mostra o esquema elétrico do controlador ON/OFF.
Quando se utiliza como controlador ON/OFF, os jumpers J29 e J30 devem ser conectados para realizar uma conexão como amplificador comparador.
Se os jumpers J32, J33, J34 não estão conectados, se realiza o controlador sem histérese.
Conectando J32, a comutação da tensão de saída se realiza para uma tensão de entrada equivalente a:
Vin=-Vout.R23 / R22
C16.3 EXERCÍCIOS
MCM12 Desconectar todos os jumpers
SIS1 Colocar todos os interruptores na posição “OFF”
SIS2 Digitar o código da lição: C16
Verificação da forma de onda da tensão de saída de um controlador proporcional e medida da constante de proporcionalidade
Montar o circuito da figura C16.11 conectando os jumpers J28, J31 e J33.
Aplicar entre o ponto 10 o terra, um sinal de onda quadrada de freqüência 100 Hz, amplitude 100 mV e valor médio nulo.
Conectar uma ponta do osciloscópio no ponto 10 e sincronizar o instrumento neste sinal.
Conectar a outra ponta do osciloscópio na saída do controlador proporcional (IC4). Por exemplo, pode-se aproveitar a parte esquerda do jumper J35.
Comparar a forma de onda da tensão de saída com a de entrada.
Q1. Quanto vale a defasagem entre o sinal de entrada e de saída?
 SET
 A B
 1 2 0
 2 3 90(
 3 4 180(
 4 1 270(
Q2. Quanto vale a constante de proporcionalidade do controlador proporcional?
 SET
 A B
 1 5 0.1
 2 1 0.5
 3 2 1
 4 3 10
 5 4 100
SIS1 Colocar o interruptor S4 na posição “ON”
SIS2 Pressionar “ÏNS”
Q3. Foi feita uma variação no circuito. Repetir as medidas efetuadas anteriormente no controlador proporcional. Qual é a variação que foi feita?
 SET
 A B
 1 4 mudou o tipo de controlador.
 2 1 duplicou o valor de R23.
 3 2 diminuiu o valor de R23.
 4 3 R21 está em curto-circuito.
SIS1 Colocar o interruptor S4 na posição “OFF”
Variar a forma de onda do sinal de entrada quadrada a senoidal e logo a triangular. Observar a reação do controlador proporcional para este tipo de sinais.
Mudar a constante de proporcionalidade do controlador desconectando o jumper J33 e conectando o jumper J32.
�
Verificação da forma de onda da tensão de saída de um controlador de ação integral e medida da constante de tempo.
Montar o circuito da figura C16.12, após ter desconectado todos os jumpers e conectando os jumpers J37, J40, J42, J43 e J48.
Aplicar no ponto 10, um sinal de onda quadrada de freqüência 100 Hz, amplitude 2 V e valor médio nulo.
Conectar uma ponta do osciloscópio no ponto 10 e sincronizar o instrumento neste sinal.
Conectar a outra ponta do osciloscópio na saída do controlador integral (IC5). Por exemplo, pode-se aproveitar a parte esquerda do jumper J43.
Comparar a forma de onda da tensão de saída com a de entrada.
Q4. A forma de onda do sinal de saída é:
 SET
 A B
 1 2 igual a de entrada.
 2 3 a integral da de entrada.
 3 4 a derivada da de entrada.
 4 1 proporcional a de entrada.
Calcular a constante de tempo teórica KI do controlador de ação integral.
Medir utilizando o osciloscópio, a constante de tempo KI do controlador de ação integral (KI é o tempo requerido na saída para alcançar o valor do sinal de entrada).
Q5. Quanto vale a constante de tempo do integral?
 SET
 A B
 1 4 1 segundo
 2 1 100 mili-segundos
 3 2 10 mili-segundos
 4 3 1 mili-segundos
Variar a constante de tempo do integral (desconectar J40 e conectar J39) e controlar a variação da tensão de saída.
Mudar a freqüência do sinal de entrada e controlar a variação do sinal de saída.
Aplicar um sinal de forma de onda senoidal de freqüência de 100 Hz, amplitude 2 Vpp e valor médio nulo.
Controlar como se o sinal de saída fosse a integral do sinal de entrada (integral de sen(x)=-cos(x).
Variar a constante de tempo da integral (desconectar J39 e conectar J40) e controlar a variação da tensão de saída.
Verificação da forma de onda da tensão de saída de um controlador de ação derivada e medida da constante de tempo
Montar o circuito da fig. C16.13, após ter desconectado todos os jumpers e conectando os jumpers mostrados (J44 e J46).
Aplicar na vela 10, um sinal de onda triangular de freqüência 100 Hz, amplitude 0,5 V e valor médio nulo.
Conectar uma ponta do osciloscópio na vela 10 e sincronizar o instrumento neste sinal.
Conectar a outra ponta do osciloscópio na saída do controlador derivado (IC6). Por exemplo, pode-se aproveitar a parte esquerda do jumper J47.
Comparar a forma de onda da tensão de saída com a de entrada e dar uma justificação da observada.
Calcular a constante de tempo teórica KD do controlador de ação derivada.
Medir utilizando um osciloscópio, a constante de tempo KD do controlador de ação derivada (KD é o tempo requerido na entrada para alcançar o valor do sinal de saída). 
Q6. Qual é o valor da constante de tempo do derivador?
 SET
 A B
 1 2 1 segundo
 2 3 100 mili-segundos
 3 4 10 mili-segundos
 4 1 1 mili-segundos
Variar a constante de tempo do derivador (desconectar J46 e conectar J45) e controlar a variação da tensão de saída.
Mudar a freqüência do sinal de entrada e controlar a variação do sinal de saída.
Aplicar um sinal de forma de onda senoidal de freqüência 100 Hz, amplitude de 2 Vpp e valor médio nulo.
Controlar como se o sinal de saída fosse a derivada do sinal de entrada (derivada de sen(x)=cos(x)).
Variar a constante de tempo do integrador (desconectar J46 e conectar J45) e controlar a variação da tensão de saída.
�
Verificação da forma de onda da tensão de saída de um controlador de ação PID (proporcional, integral e derivada)
Montar o circuito da figura C16.14, após ter desconectado todos os jumpers e conectando os jumpers J28, J31, J33, J35, J37, J41, J40, J43, J44, J46, J47 e J49.
Aplicar no ponto 10, um sinal de onda quadrada de freqüência 100 Hz, amplitude 2 V e valor médio nulo.
Conectar uma ponta do osciloscópio no ponto 10 e sincronizar o instrumentoneste sinal.
Conectar a outra ponta do osciloscópio no ponto 12.
Comparar a forma de onda da tensão de saída com a de entrada e dar uma justificativa do observado.
Variar a constante de proporcionalidade e controlar a variação da tensão de saída.
Variar a constante de tempo do integrador e controlar a variação da tensão de saída.
Variar a constante de tempo do derivador e controlar a variação da tensão de saída.
Mudar a freqüência da tensão de entrada e controlar a variação do sinal de saída para os diferentes valores de constante de tempo e proporcionalidade.
�
Verificação da resposta de um controlador do tipo ON/OFF
Montar o circuito da figura C16.15, após desconectado todos os jumpers e conectando os jumpers J30, J29, J35 e J49.
Aplicar no ponto 10, um sinal de onda triangular de freqüência 100 Hz, amplitude 2 V e valor médio nulo.
Conectar o terra do gerador ao terra do módulo.
Conectar a outra ponta do osciloscópio na saída de IC7 (vela 12). IC7 serve para igualar a defasagem introduzida por IC3.
Comparar a forma de onda da tensão de saída com a de entrada: em especial, observar os valores da tensão de entrada nos que se comuta a tensão de saída.
Conectar agora o jumper J32: deste modo se introduz uma histérese na comutação do sinal de saída.
Comparar a forma de onda da tensão de saída com a de entrada: em especial, observar os valores da tensão de entrada nos que se realizam as comutações alto-baixo e baixo-alto.
Q7. Qual é a diferença entre o controlador ON/OFF sem histérese e o controlador ON/OFF com histérese?
 SET
 A B
 1 4 tem um valor único da tensão de entrada pois se comutam, mas este valor é diferente para ambos os controladores.
 2 1 o controlador com histérese é mais rápido na comutação.
 3 2 o controlador sem histérese comuta para um único valor da tensão de entrada e o comutador com histérese comuta para dois valores diferentes.
 4 3 o controlador com histérese não é linear.
C16.3 QUESTIONÁRIO
Q8. Como foi realizado o controlador integral no módulo MCM-12/EV?
 SET
 A B
 1 2 com um amplificador comparador.
 2 4 com um amplificador somador.
 3 1 com um amplificador integrador.
 4 3 com um amplificador não inversor.
Q9. Como foi realizado o controlador proporcional no módulo MCM-12/EV?
 SET
 A B
 1 2 com um amplificador inversor.
 2 4 com um amplificador logarítmico.
 3 1 com um amplificador derivador.
 4 3 com um oscilador.
 
 
	 
LIÇÃO C17
CONTROLE AUTOMÁTICO
Objetivos:
Definição de controle automático.
Análise dos esquemas de realização de um controle automático.
Material
Unidade básica para sistema IPES (fonte de alimentação mod. PSU/EV, suporte para módulos mod. MU/EV, Unidade de Controle Individual mod. SIS1/SIS2/SIS3);
Módulo de experimentação mod. MCM-12/EV;
Gerador de funções;
Osciloscópio de traço duplo;
Multímetro digital.
�
C17.1 GENERALIDADES
Antes de começar o estudo de controle de temperatura ou de iluminação, se deseja proporcionar uma síntese dos conceitos fundamentais do controle automático para facilitar o estudo do controle.
Com “PROCESSO FÍSICO” (ou simplesmente “PROCESSO”) se define um conjunto de transformações físicas, de matéria ou de energia.
Exemplos de processos industriais pode ser: a refinação do petróleo, a laminação dos metais, a produção de vapor, etc.
Estes processos complexos estão constituídos por processos mais simples dos que farão referência neste manual, sem tirar a importância nas generalidades dos processos industriais.
A teoria dos controles automáticos demonstra que conhecendo cada uma das partes do sistema é possível analisar o sistema em sua totalidade.
Com “CONTROLE” se define o conjunto de ações para controlar um processo da forma desejada.
Com “CONTROLE AUTOMÁTICO” se define o conjunto de ações de controle realizadas sem a intervenção do homem.
Estas ações serão realizadas pelos dispositivos que constituem o SISTEMA DE CONTROLE.
Em um controle manual, a ação desenvolvida pelo homem varia continuamente e depende do resultado obtido pela comparação entre a informação correspondente ao valor da magnitude controlada e a do valor estabelecido para esta magnitude.
Pelo contrário, no controle automático o sistema está em condições de controlar por si próprio as variáveis da ação de controle, com o objetivo de anular a diferença entre o valor adquirido pela magnitude controlada e o preestabelecido para ela.
Com “ENTRADA” OU “SET-POINT” se define o estímulo (ou excitação) aplicada ao sistema de controle. Este representa o comportamento ideal da saída do processo.
A “SAÍDA” do processo é a variável que se deseja controlar.
Com “SISTEMA” se define o conjunto formado pelo processo e o sistema de controle.
�
Esquema de blocos
No estudo dos sistemas de controle é útil descrever graficamente a interação entre os diferentes componentes, para poder evidenciar os fluxos das informações transmitidas e as ações de cada variável do processo sobre as outras.
Esta técnica de representação gráfica denomina-se “ESQUEMA DE BLOCOS FUNCIONAIS”.
Na fig. C17.1 mostra-se um bloco funcional com segmentos orientados (de entrada e de saída) que representam o fluxo das informações.
Para caracterizar um bloco não é necessário descrever sua composição construtiva, sendo que é suficiente definir sua saída em função de sua entrada.
A maneira mais correta para fazer é utilizar a “Função de Transferência”, que normalmente se expressa do seguinte modo:
 U
F = (((
 E
onde “E” é o sinal de entrada (para a variável s, veja a transformada de Laplace) e “U” é o sinal de saída (sempre para a variável s).
As operações de soma e subtrator se representam com nós somadores e subtratores; estes nós se expressam por meio de círculos com os símbolos apropriados “+” e “-”, associados nas flechas que vão ao circuito e que saem dele (fig. C17.2).
Um somador pode ter um número de entrada qualquer.
�
Para evitar o mesmo sinal a uma entrada de vários blocos ou subtratores se utiliza o ponto de derivação (fig. C17.3).
Começando por uma primeira representação de blocos do sistema é possível substituir dois ou mais blocos elementares por um bloco cuja função de transferência corresponda à combinação das funções de transferência de cada um deles, podendo desta maneira representar também todo o sistema com um único bloco.
As regras que permitem efetuar estas operações fazem parte da denominada “álgebra dos esquemas de blocos”.
Subdivisão dos sistemas de controle
Os sistemas de controle se classificam em duas categorias gerais e precisamente:
Sistemas de elo aberto;
Sistemas de elo fechado ou de realimentação.
Um sistema de elo aberto se caracteriza pelo fato de que sua ação de controle é independente da saída.
Nos sistema de elo fechado a ação de controle depende de alguma maneira da saída.
A diferença entre valor da magnitude controlada e o da magnitude de referência origina uma ação cuja finalidade é a anulação desta referência.
Na fig. C17.4 mostra o esquema de bloco de um sistema de controle com realimentação negativa.
O significado dos blocos e os sinais é o seguinte:
Controlador: está constituído pelo conjunto de dispositivos necessários para gerar o sinal de controle ao efeito, que se aplica ao amplificador e ao processo.
Transdutor e Condicionador de Sinal: são os dispositivos que convertem a magnitude física da saída controlada em uma magnitude homogênea com o valor desejado (“Set-Point).
Sinal de Erro: é o sinal que se obtém da diferença entre o sinal de “Set-Point” e o de realimentação proporcionada pelo condicionador de sinal.
Distúrbio:é um sinal (de entrada) não desejada que modifica o valor da saída.
As vantagens fundamentais dos sistemas de controle de elo fechado em relação aos de elo aberto e que justificam sua utilização, se sintetizam da seguinte maneira:
Menor sensibilidade nas variações dos parâmetros
Menores efeitos das magnitudes de distúrbio.
Estas duas vantagens são muito importantes já que as variações dos parâmetros e os distúrbios geralmente são de caráter aleatório; ou seja, previsíveis do ponto de vista estatístico.
Sensibilidade de um sistema de controle
A sensibilidade se define como a menor variação da magnitude de referência que provoca variações na magnitude de saída, ou melhor, como o menor erro que dá lugar a uma ação de controle.
Precisão de um sistema de controle
A precisão indica a aproximação com que a magnitude controlada mantém-se coincidente com o valor de referência.
A diferença entre o valor de referência e o valor efetivo da magnitude controlada denomina-se erro.
A precisão e os erros podem medir-se tanto em regime estático como em regime transitório; no primeiro caso, falaremos de erros estáticos e no segundo de erros dinâmicos.
�
Velocidade de resposta - Tempo de resposta
A velocidade de resposta representa a rapidez do sistema em alcançar uma nova posição de equilíbrio. Depende das constantes de tempo; ou seja, dos retardos introduzidos pelos diferentes componentes do sistema.
Do mesmo modo, se define tempo de resposta ao tempo necessário para alcançar a posição de equilíbrio.
O tempo de resposta pode se medir de dois modos diferentes, como mostra-se na fig. C17.5. Se não se especificar de outro modo, se fará referência ao primeiro.
Estabilidade de um sistema de controle
A estabilidade indica a capacidade do sistema para alcançar a posição de equilíbrio com uma evolução do tipo aperiódica ou oscilatória amortecida.
Pelo contrário, quando as oscilações são de amplitude permanente ou incluso crescente, se diz que o sistema é instável.
O fenômeno da instabilidade se origina pela presença dos componentes de retardo nos componentes do sistema de controle, o que dá lugar a um fenômeno de sobre regulação que pode provocar oscilações permanentes.
Na fig. C17.6 mostra a evolução de três tipos de regime transitório; aperiódico, periódico amortecido e periódico permanente.
No caso de oscilações amortecidas, é necessário conhecer o valor máximo alcançado pela magnitude controlada durante o regime transitório (Vcm) e sua relação com respeito a seu valor no final deste regime transitório (Vc() (fig. C17.7).
Denomina-se “sobrelongação* a relação:
Se = Vcm - Vc(
 Vc(
Análise dos sistema de controle
O objetivo principal da análise de um sistema de controle realimentado é o de determinar as seguintes características:
a resposta ao regime transitório
a resposta em regime permanente
o grau de estabilidade
Geralmente não é suficiente saber se um sistema é estável, sendo que também necessita determinar sua estabilidade relativa; ou seja, saber qual é sua estabilidade.
Por outro lado, a estabilidade relativa está relacionada com a resposta transitória do sistema, por esta razão a resposta transitória desempenha um papel fundamental na análise das características globais do sistema.
Dado que no domínio do tempo é difícil analisar (ou seja, resolver diretamente a equação diferencial) sistemas superiores do segundo, existem diversos MÉTODOS GRÁFICOS que permitem analisar os sistemas de controle realimentados, que são:
o lugar das raízes (estudo no domínio de s);
o diagrama de Bode (estudo no domínio de w);
o diagrama de Nyquist (estudo no domínio de w);
o mapa de Nichols (estudo no domínio de w).
Desenho do sistema de controle
Em relação ao desenho, o objetivo principal é de obter as características de comportamento desejadas, em termos de velocidade de resposta, precisão e estabilidade, que se podem expressar dos dois modos seguintes:
características no domínio da freqüência.
características no domínio do tempo
Os dados no domínio da freqüência normalmente se apresentam nos seguintes termos:
a) margem de ganho
b) margem de fase
c) largura de banda
d) “cutoff rate” (velocidade de corte)
e) amplitude de pico de ressonância
f) freqüência de ressonância.
Os dados no domínio do tempo se definem em termos de resposta escalão unitário. Esta última terá um componente em regime permanente e outro em regime transitório.
O comportamento em regime permanente proporciona um índice da precisão do sistema, e em regime transitório proporciona indicações sobre a velocidade de resposta e a estabilidade relativa.
Os dados característicos no domínio do tempo são:
a) o “overshoot”
b) o tempo de retardo
c) o tempo de subida
d) o tempo de ajuste
e) a constante de tempo determinante.
Para obter os dados desejados, considerando que é difícil modificar a função de transferência do processo, terá que introduzir no sistema de controle um bloco ao efeito denominado “CONTROLADOR”.
O controlador pode ser do tipo ativo (amplificador, integrador, derivador ou de duas ou três posições) e do tipo passivo (rede antecipadora ou retardadora).
Modificando os dados de um controlador standard podem se obter do processo as respostas desejadas (ajustamento do controlador).
Os controladores standard que se empregam normalmente na indústria são do tipo ativo e englobam as ações proporcionais, integral e derivada, com parâmetros ajustáveis que dão lugar às ações que se ilustram a seguir.
Em algumas aplicações é suficiente utilizar um controlador de duas posições (ON/OFF) para os sistemas unidirecionais, ou de três posições para os sistemas bidirecionais.
A intervenção de um controlador deste último tipo permite aplicar ao dispositivo de acionamento de maneira escalonada toda a potência, obtendo-se uma evolução “triangular” da variável controlada.
C15.3 QUESTIONÁRIO
Q1. Qual é o melhor sistema para descrever um BLOCO FUNCIONAL?
 SET
 A B
 1 2 mediante um diagrama elétrico.
 2 4 mediante a função de transferência.
 3 1 mediante a resposta a uma entrada de rampa.
 4 3 mediante a evolução temporária da saída para entrada senoidal.
Q2. O que é a função de transferência?
 SET
 A B
 1 2 é a razão entre a função que representa a saída e a que representa a entrada de um bloco.
 2 4 é a representação elétrica do bloco.
 3 1 é o diagrama elétrico do bloco.
 4 3 é uma representação gráfica de um bloco.
Q3. Como se consegue dividir os sistemas de controle?
 SET
 A B
 1 2 em sistemas de elo aberto e de elo fechado.
 2 4 em sistemas estacionários e não estacionários.
 3 1 em sistemas estáveis e instáveis.
 4 3 em sistemas lineares e não lineares.
Q4. Quando se define um sistema de controle de elo aberto?
 SET
 A B
 1 2 quando o controle não é do tipo automático.
 2 4 quando não existe algum tipo de controle.
 3 1 quando a saída depende unicamente da entrada.
 4 3 quando a entrada depende unicamente da saída.
Q5. Quando se define um sistema de controle de elo fechado?
 SET
 A B
 1 2 quando o controle é do tipo automático.
 2 4 quando não existe um controle do tipo manual.
 3 1 quando a saída depende unicamente da entrada.
 4 3 quando a ação de controle depende de alguma maneira da saída.
LIÇÃO C18
CONTROLE AUTOMÁTICO DE ILUMINAÇÃO
Objetivos:
Análise do controle automático de elo aberto e de elo fechado.
Variação das prestações* ao variar o controlador.
Material
Unidade básica para sistema IPES (fonte de alimentação mod. PSU/EV, suporte para módulos mod. MU/EV, Unidade de Controle Individualmod. SIS1/SIS2/SIS3);
Módulo de experimentação mod. MCM-12/EV;
Gerador de funções;
Osciloscópio de traço duplo;
Multímetro digital.
�
C18.1 GENERALIDADES
O controle automático de iluminação se realiza mediante os blocos SET POINT & ERROR DETECTOR, PID CONTROLLER, POWER AMPLIFIER E LIGHT PROCESS & TRANSDUCER.
Na figura C18.1 mostra-se o esquema de blocos que o realiza.
Conectando o terra o borne 10 se realiza um controle automático do borne aberta, já que a magnitude que controla o controlador depende unicamente da entrada. O borne se conecta ao terra para não deixar a entrada inversora aberta.
Desconectando o borne 10 do terra e conectando o jumper J25 se realiza um controle automático de elo fechado, já que neste caso a magnitude que controla o controlador se estabelece tanto na entrada como na saída.
Regulagem com controlador do tipo P
Com este tipo de controlador o sinal de saída (sinal de controle do amplificador de potência) é proporcional ao sinal de entrada (sinal de erro).
Do ponto de vista do efeito no desenvolvimento do processo, cabe observar que para este controlador o erro nunca é nulo, sendo que depende do coeficiente KP e por conseguinte do valor do ganho do controlador. Pode-se dizer também que o erro diferente de zero é necessário para obter uma tensão de saída diferente de zero.
Cabe observar que um ganho muito alto (que reduziria o erro) conduziria o sistema para a instabilidade: é por isso que não se pode aumentar da maneira que se quer.
Neste caso, o ganho se determinará mediante a seleção entre as resistências R22, R23 e R24.
Regulação com controlador integral
Vimos que a principal desvantagem do controlador de ação proporcional é de requerer uma tensão de entrada diferente de zero (e por conseguinte, um erro diferente de zero). Com a ação integral pode-se obter uma saída diferente de zero com entrada nula, por conseguinte pode-se reduzir a zero o erro em regime permanente.
Pode suceder que a inércia do sistema seja notável, mesmo que a ação integral provoque defasagens que conduzem o sistema para a instabilidade (surgimento de oscilações).
Neste caso, a constante de tempo do integrador se determina pela seleção entre as resistências R26 e R27 e entre os capacitores C1, C2 e C3.
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Regulagem com controlador derivado
No controlador do tipo derivado a saída é a derivativa da função de entrada e por conseguinte, este controlador é sensível somente aos sinais que variam rapidamente, e pouca sobre as que variam lentamente (nula para os sinais de entrada constantes).
À medida que o processo evolui no tempo e por conseguinte, se dirige para o valor de regime, a ação derivada decai, pois este controlador não tem efeito no valor de regime.
A ação derivada se utiliza para acelerar a evolução da magnitude controlada durante as fases transitórias e para estabilizar processos que apresentem oscilações causadas pelo controlador integral. Neste último caso a defasagem introduzida pelo controlador derivado tende a balancear o (oposto) introduzido, por exemplo, pelo controlador integral.
Este controlador se utiliza muito pouco no processo de iluminação, já que as defasagens introduzidas pelos outros controladores geralmente não levam o sistema para a instabilidade.
Regulagem com controlador PID
Reunindo as ações proporcional, integral e derivativa obtém-se o controlador PID. As vantagens de cada ação reduz as duas desvantagens. Por exemplo, para evitar o problema da instabilidade que pode introduzir o controlador integral, pode-se introduzir a ação proporcional, a ação derivativa (que introduz uma defasagem oposta) ou mudar a constante de tempo do controlador integral.
EXERCÍCIOS
MCM12 Desconectar todos os jumpers
SIS1 Colocar todos os interruptores na posição “OFF”
SIS2 Digitar o código da lição: C18
Calibração do condicionador de sinal para fototransistor
Levar a tensão variável da fonte de alimentação até 30 Vcc.
Montar o circuito da fig.C18.6: para isto conectar os jumpers J27, J28, J31, J33, J35, J49, J51 e conectar o terra o borne 10 através de um cabo. Aplicar uma tensão de 0 V a R17 através de P1.
Conectar J7, J8, J9 e J10.
Regular RV1 até que a tensão de saída de IC1 esteja em 0 V(Ajuste de Off-set)
Levar P1 ao valor de 8 V.
Regular RV2 até que a saída esteja em 8 V. 
Controle automático de iluminação de elo aberto
Levar a tensão variável da fonte de alimentação até 30 Vcc.
Desconectar todos os jumpers eventualmente conectados.
Montar o circuito da fig. C18.7: para isto, conectar os jumpers J27, J28, J31, J33, J35, J49, J51, J7, J8, J9 e J10.
Indicar mediante o set-point uma tensão de 0 V.
Medir a tensão de saída do condicionador de sinal do fototransistor (IC1) e mostrar a medida na tabela C18.1.
Repetir a medida realizada anteriormente para todos os valores de SET-POINT mostrados na tabela C18.1.
Levar a tensão da fonte de alimentação variável a 27 Vcc e repetir as medidas anteriores para todos os valores de SET POINT mostrados.
Mostrar em uma figura os diagramas tensão de set-point/tensão de IC1, para os valores obtidos em ambos os casos com alimentação diferente.
Comparar os valores obtidos em ambos os casos.
SET-POINT
IC1 out (30Vcc)
IC1 out (27Vcc)
0 V
1 V
2 V
3 V
4 V
5 V
6 V
7 V
8 V
Tabela C18.7.1
Q1. Porque a saída do condicionador de sinal em ambos os casos apresenta valores diferentes, embora tenham a mesma tensão de set-point?
 SET
 A B
 1 3 porque no controle de elo aberto a saída é insensível nas variações dos parâmetros do circuito.
 2 4 porque a variação da tensão de alimentação do amplificador de potência influi sobre o valor do set-point.
 3 1 porque no controle de elo aberto a saída não considera as variações dos parâmetros.
 4 2 porque no controle de elo aberto a entrada e a saída não estão relacionadas.
Controle automático de iluminação de elo fechado
Levar a tensão variável da fonte de alimentação até 30 Vcc.
Desconectar todos os jumpers eventualmente conectados.
Montar o circuito da figura C18.8: para isto, conectar os jumpers J25, J27, J28, J31, J33, J35, J37, J40, J41, J43, J49, J51, J7, J8, J9 e J10.
Indicar uma tensão de 0 V utilizando o set-point.
Medir a tensão de saída do condicionador de sinal do fototransistor (IC1) e mostrar a medida na tabela C18.2.
Q2. Porque se escolheu a constante de tempo R28*C3 para o controlador integral?
 SET
 A B
 1 2 porque esta constante de tempo conduz a qualquer tipo de processo para a estabilidade.
 2 3 porque esta constante de tempo agiliza a resposta do sistema.
 3 4 porque esta constante de tempo reduz o erro no valor de regime.
 4 1 porque a constante de tempo do controlador integral tem que ser compatível com a do processo (a temperatura é um processo muito lento).
Repetir a medida efetuada anteriormente para todos os valores de SET-POINT mostrados na tabela C18.2.
Levar a tensão da fonte de alimentação variável a 27 Vcc e repetir as medidas anteriores para todos os valores de SET POINT mostrados.
Mostrar em uma figura os diagramas tensão de set-point/ tensão de saída de IC1, para os valores obtidos em ambos os casos com alimentação diferente.
Comparar os valores obtidos em ambos os casos.
SET-POINT
300 lux
370 lux
1 V
2 V
3 V
4 V
5 V
6 V
7 V
8 V
Tabela C18.2
SIS1 Colocar o interruptor S1 na posição “ON”
SIS2 Pressionar “INS”
�
Q3. Foi introduzida uma falha no circuito. Repetir algumas das medidas realizadas anteriormente no fototransistor. Que falha se conseguiu?
 SET
 A B
 1 2 a tensão gerada pelo fototransistor nãoestá conectada com o amplificador operacional.
 2 3 o fototransistor não está alimentado.
 3 4 o emissor do fototransistor está em curto-circuito com o terra.
 4 1 mudou o valor de R4.
SIS1 Colocar o interruptor S1 na posição “OFF”
Controle automático de iluminação em elo fechado: efeito dos diferentes componentes do controlador PID
Levar a tensão variável da fonte de alimentação até 30 Vcc.
Desconectar todos os jumpers eventualmente conectados.
Montar o circuito da figura C18.9: para isto, conectar os jumpers J25, J28, J31, J32, J35, J37, J40, J43, J49, J51, J7, J8, J9 e J10.
Aplicar entre a vela 11 e o terra, através do gerador de sinais, uma tensão de amplitude 3 V pico-pico, forma de onda quadrada, valor médio 4 e freqüência 50 Hz.
Conectar uma ponta do osciloscópio com a vela 11 e a outra na saída de IC1.
Medir a tensão de saída do condicionador de sinal do fototransistor (IC1).
Variar as constantes de tempo e proporcionalidade do controlador PID, substituindo os diferentes componentes através dos jumpers correspondentes.
Desconectar o jumper J43 (conectada unicamente a ação proporcional). 
Q4. Para qual resistência de realimentação se mede o erro menor?
 SET
 A B
 1 4 R23
 2 1 R24
 3 2 R25
 4 3 o erro é independente do valor da resistência de realimentação.
Conectar novamente J43.
Levar a tensão da fonte de alimentação variável a 27 Vcc e repetir as medidas anteriores para todos os valores de SET-POINT mostrados.
Mostrar em uma figura os diagramas tensão de set-point/tensão de saída de IC1, para os valores obtidos em ambos os casos com alimentação diferente.
Comparar os valores obtidos em ambos os casos.
Variar as constantes do controlador PID e observar as trocas. Em particular, conectar também o componente derivado.
C18.3 QUESTIONÁRIO
Q5. Em um controlador PID, que sinal de saída tem maior amplitude?
 SET
 A B
 1 2 o do controlador P.
 2 4 o do controlador I.
 3 1 ambos os sinais são iguais.
 4 3 depende do tipo de processo.
Q6. Qual é a característica do processo de iluminação?
 SET
 A B
 1 2 ser sempre estável.
 2 4 não ter erro em regime.
 3 1 ter uma constante de tempo grande.
 4 3 contestar rapidamente as solicitudes de entrada.
�
LIÇÃO C19
CONTROLE AUTOMÁTICO DE TEMPERATURA
Objetivos:
Análise do controle automático de elo aberto e elo fechado.
Variação das prestações ao variar o controlador.
Material
Unidade básica para sistema IPES (fonte de alimentação mod. PSU/EV, suporte para módulos mod. MU/EV, Unidade de Gerenciamento Individual mod. SIS1/SIS2/SIS3);
Módulo de experimentação mod. MCM-12/EV;
Gerador de funções;
Osciloscópio de traço duplo;
Multímetro digital.
�
C19.1 GENERALIDADES
O controle automático de temperatura se realiza mediante os blocos de SET POINT & ERRO DO DETECTOR, PID CONTROLLER, POWER AMPLIFIER E TEMPERATURE PROCESS & TRANSDUCER.
Na figura C19.1 mostra-se o esquema de blocos que o realiza.
Conectando o terra à vela 10 se realiza um controle automático de elo aberto, já que a magnitude que controla o controlador depende unicamente da entrada. A vela 10 se conecta ao terra para não deixar a entrada inversora aberta.
Desconectando a vela 10 do terra e conectando o jumper J26 se realiza um controle automático de elo fechado, já que nesta caso a magnitude que controla o controlador se estabelece tanto na entrada como na saída.
�
Regulagem com controlador do tipo P
Com este tipo de controlador o sinal de saída (sinal de controle do amplificador de potência) é proporcional no sinal de entrada (sinal de erro).
Do ponto de vista do efeito produzido no processo, cabe observar que para este controlador o erro nunca é nulo, sendo que depende do coeficiente KP e por conseguinte do valor do ganho do controlador. Pode-se dizer que é preciso um erro diferente de zero para obter uma tensão de saída diferente de zero.
Cabe observar que um ganho muito alto (que reduzirá o erro) conduziria o sistema para a instabilidade: é por isso que não se pode aumentar da maneira que se quer.
Neste caso, o ganho se determinará através da seleção entre as resistências R22, R23 e R24.
Regulagem com controlador integral
Vimos que a principal desvantagem do controlador de ação proporcional é requerer uma tensão de entrada diferente de zero (e por conseguinte, um erro diferente de zero). Com a ação integral pode-se obter uma saída diferente de zero com entrada nula, por conseguinte, pode-se reduzir a zero o erro em regime permanente.
Pode ocorrer que a inércia do sistema seja notável, mesma que a ação integral provoque defasagens que conduzem o sistema para a instabilidade (surgimento de oscilações).
Neste caso, a constante de tempo do integrador se determina pela seleção entre as resistências R26 e R27 e entre os capacitores C1, C2 e C3. A seleção inicial, vistas as características do processo analisado, poderia ser R26 e C1.
Regulagem com controlador derivado
No controlador do tipo derivado a saída é a derivada da função de entrada e por conseguinte, este controlador tem muita influência sobre os sinais que variam rapidamente e pouca sobre as que variam lentamente (nula para as constantes).
À medida que o processo evolui no tempo e se dirige para o valor de regime, a ação derivada decai, pois este controlador não tem efeito em regime.
A ação derivada se utiliza para acelerar a evolução da magnitude controlada durante as fases transitórias e para estabilizar processos que apresentem oscilações causadas pelo controlador integral. Neste último caso, a defasagem introduzida pelo controlador derivado tem a tendência de balancear o (oposto) introduzido, por exemplo, pelo controlador integral.
Este controlador se utiliza muito pouco no processo de temperatura, pois devido a sua lentidão, sua contribuição resulta muito escassa.
Regulagem com controlador PID
Reunindo os diferentes componentes do controlador PID trata-se de obter as vantagens de cada ação e eliminar ou atenuar as desvantagens. No caso da temperatura será necessário utilizar uma constante de tempo do controlador integral muito larga (comparável a do processo) e um ganho do controlador proporcional amplo.
Condicionador de sinal para termoresistência
O circuito elétrico mostra-se na fig. C19.6.
A termoresistência tem uma variação por volta de 30 Ohm para uma variação de 80(C (100 ( a 0(C, 130,89 ( a 80(C). Esta variação provoca uma variação de tensão por volta de 290 mV na entrada inversora IC2, causada pelo divisor de tensão formado por R12 e a termoresistência.
No condicionador de sinal (IC2) o trimmer RV3 serve para levar a 0 V a saída de IC2 para temperatura de 0(C, e o trimmer RV4 serve para levar a saída de IC2 a 8 V para temperatura de 80(C. Por conseguinte, a constante de proporcionalidade do condicionador de sinais vale 100 mV/(C.
Devido não ser possível obter uma temperatura de 0(C (a temperatura mínima alcançável corresponde à temperatura do ambiente), para a calibração terá que operar mediante operações mais complexas que as realizadas para a iluminação.
�
As ações são:
considerar a temperatura do ambiente como 0 fantasma.
medir a resistência da termoresistência e obter o valor da temperatura (T1) do ambiente utilizando as tabelas correspondentes.
levar a 0 (mediante RV3) a saída de IC2.
esquentar a alguns 10(C o processo de temperatura através do amplificador de potência.
medir a resistência da termoresistência e deduzir a temperatura alcançada (T2) utilizando as tabelas correspondentes.
levar a saída de IC2 ao valor (T2-T1)*10 (mediante RV4)
levar a saída de IC2 ao valor T2*10 (mediante RV3).
Para medir a resistência da termoresistência

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