Conceitos básicos Instrumentação

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Instrumentação A
 
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CONCEITOS BÁSICOS
Erro de uma medida: é a diferença entre o valor obtido e o valor exato.
Precisão: é a concordância de valores das repetidas medidas entre si.
Exatidão: é a concordância de valores
das repetidas medidas com o valor
 exato.
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Sensibilidade: é a relação entre o número de unidades medidas e a escala de um instrumento ou é a menor variação incremental que ele pode detectar.
Histerese: um instrumento apresenta histerese, quando para um mesmo valor de excitação dá diferentes valores medidos para medidas ascendentes e descendentes. 
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Tempo de resposta de um instrumento: é o tempo necessário para a indicação de 63,2% do valor estável. Para instrumentos analógicos: 2s. Para instrumentos digitais: 0,2 s. É o tempo para indicação do valor da grandeza, quando ela varia de 0 até o 
valor estável.
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SISTEMA GENERALIZADO DE MEDIÇÃO
Etapa de detecção-transdução: a qual detecta a variável física e efetua uma transformação.
Modificação de sinal: filtragem, amplificação.
Indicação: registro, controle da variável.
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ANÁLISE DE DADOS EXPERIMENTAIS
CAUSAS E TIPOS DE 
ERROS EXPERIMENTAIS:
Erros reais: são aqueles fatores indeterminados e que possuem incerteza.
Incerteza experimental: representa o valor possível que pode ter um erro.
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Tipos de erros:
1) falhas graves nos aparelhos ou na montagem. Podem ser eliminados.
2) erros fixos ou sistemáticos: aparecem em leituras repetidas com o mesmo valor por razões desconhecidas.
3) erros aleatórios: têm distribuição estatística e aparecem devido a problemas do tipo flutuação de rede, atrito, etc.
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ANÁLISE DE ERROS DEVIDO 
AO SENSO COMUM.
Significa um meio rápido para detectar erros e variações absurdas em resultados experimentais. Exemplo:
P = V.I V = (100+2) V I =(10+0,2) A
Pmax= 1040,4 W Pmin = 960,4 W.
quando as leituras do voltímetro estiverem no extremo superior não há razão para que as do amperímetro estejam no inferior 
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ANÁLISE DE INCERTEZAS
Designando DR como a incerteza de R e Dx! , Dx2, ..... , Dx n as incertezas das variáveis independentes 
Exemplo: calcule a incerteza da grandeza Z que é calculada por Z = A*B, sabendo que A = 100+3 e B = 45+2
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MEDIÇÕES ELÉTRICAS BÁSICAS
o tipo de instrumento baseado na deflexão de um elemento móvel com um ponteiro associado e um escala denomina-se instrumento de ponteiro
a transformação dos sinais de grandezas medidas em movimento de um ponteiro, cuja posição deve indicar o valor destas grandezas, requer sempre uma energia elétrica fornecida pelo próprio sinal.
os instrumentos digitais reduzem os 
 erros de leitura ao mesmo tempo que 
 aumentam a sua velocidade.
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Deve-se observar sempre nos instrumentos:
o tipo de grandeza medida;
a escala em unidades desta grandeza;
os valores máximos em fim de escala;
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precisão;
a posição em que deve ser usado;
a rigidez dielétrica;
o tipo de elemento.
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MULTÍMETRO E MUTITESTE: voltímetro, amperímetro e o ohmímetro
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RESISTOR: 
- diminuir a intensidade da corrente elétrica em um circuito ou então para fazer cair a tensão a um valor mais conveniente, 
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DIODO: 
Os diodos fazem parte de um grupo de componentes denominados "ativos" nos quais se encontram os materiais semicondutores.
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Esses materiais possuem a capacidade de conduzir corrente elétrica com uma certa facilidade. Situam-se entre os condutores, como os metais e os isolantes, que são aqueles que não conduzem corrente, entre eles estão o plástico, a borracha e a madeira. 
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INSTRUMENTOS DIGITAIS
Contínua redução dos custos de produção destes instrumentos e maior rapidez da leitura que eles proporcionam, faz deles dispositivos cada vez mais utilizados. O uso de transdutores com saída em corrente contínua, torna mais fácil a conversão analógica/digital, viabilizando muito o seu uso.
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VANTAGENS DE CIRCUITOS DIGITAIS
é mais fácil construir um sistema que trabalha apenas com dois valores, se este for comparado a um sistema que trabalha com dez valores diferentes, 
10 níveis de tensão, enquanto na 
 base 2 pode-se manipular apenas 
 com a presença ou a ausência de tensão; 
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VANTAGENS DE CIRCUITOS DIGITAIS
possibilita um estabelecimento prévio de precisão; 
elimina a possibilidade de erros por confusão de escalas; 
são velozes; 
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VANTAGENS DE CIRCUITOS DIGITAIS
permite a detecção e eliminação de erros de transmissão ou recepção e, 
pelo fato da lógica humana ser binária; ou seja, trabalha com falso ou verdadeiro, sim ou não, ligado 
 ou desligado. 
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TRANSISTOR
é um dispositivo semicondutor, porém mais complexo. 
Funções: amplificar e produzir sinais, controlar diversos dispositivos como chave eletrônica, entre outros. 
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CAPACITOR
Os capacitores são componentes eletrônicos formados por um conjunto de placas de metal e entre elas existe um material isolante. 
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Este elemento possui a capacidade de armazenar cargas elétricas, a qual chama-se capacitância. Além da capacitância, ele isola a tensão.
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TRANSDUTORES
Dispositivos que transformam uma forma de energia em outra, ou seja, sofrem um determinado tipo de excitação (entrada) e fornecem uma resposta (saída). 
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Classificação:
passivos: operam sem a necessidade de fonte externa (termopares, alto-falantes);
ativos: necessitam de fonte externa (transmissores, registradores);
entrada: (microfone);
saída: (alto-falante).
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Características:
resolução: é a menor variação incremental que ele pode detectar. Por exemplo, se um medidor analógico tem uma resolução de 0,5 mA, significa que qualquer variação inferior a este valor resulta em movimento desprezível de ponteiro.
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precisão: é baseado na leitura de fundo de escala e a imprecisão cresce quando o valor do fundo de escala decresce e depende da resolução e da calibração do transdutor.
sensibilidade: o valor mínimo de entrada que gera um sinal de saída detectável.
tempo de resposta
vida útil: horas de utilização
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Tipos de 
transdutores
Resistência variável: possui um contato que se move sobre uma bobina, linear ou angularmente, ou ainda, sobre um condutor sólido, como uma barra de grafite. Converte deslocamento em sinal elétrico.
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Transformador 
diferencial linear 
variável (LVDT): 
Consiste de três bobinas dispostas linearmente, igualmente espalhadas, com um núcleo magnético que pode se mover livremente, colocado axialmente no interior deste conjunto.
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Energizando-se o centro ou a bobina primária com corrente alternada, é induzida tensão nas duas bobinas secundárias, as quais são conectadas opostas em série, de modo que as duas tensões induzidas sejam de fases opostas. Assim, a saída resultante do transformador é a diferença entre estas duas tensões
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Tirando-se o núcleo do ponto de equilíbrio, onde a tensão de saída é nula, a tensão induzida aumenta na bobina em cuja a direção o núcleo é movimentado e diminui na bobina oposta, produzindo um tensão diferencial. Indicado para medidas de P. 
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Transdutores capacitivos: indicados para medição de deslocamento e de nível de líquidos. Permite medir a variação da distância d na área de coincidência A ou ainda da constante dielétrica k da substância que se encontra entre as placas através da variação da capacitância aplicada 
no dispositivo.
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C = k.A/d
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Transdutores piezoelétricos: ao aplicar-se um força sobre um cristal piezoelétrico, produz-se uma deformação a qual gera uma ddp na sua superfície. Colocando-se o cristal entre duas placas, que funcionarão como eletrodos, pode-se medir a ddp. 
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ANÁLISE QUÍMICA CONTÍNUA
Performance do Analisador
seletividade
tempo de resposta
precisão
range e sensibilidade
linearidade
repetibilidade e estabilidade
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ANALISADORES CROMATOGRÁFICOS
Podem separar muitos tipos de misturas, mas são lentos e caros, necessitando de sistemas de amostragem
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São baseados no princípio de que diferentes substâncias se moverão através de uma coluna recheada em diferentes velocidades (os mais leves deixam a coluna primeiro, os mais pesados depois)
Detecção: condutividade térmica, fotômetro de chama, espectômetro de ultra-violeta
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CROMATOGRAFIA GASOSA
A amostra é retirada do processo, aquecida em uma instalação acessória (câmara de amostragem), misturada com o gás de arraste e alimentada em uma coluna recheada em forma de mola. Como detecção, os métodos mais utilizados são a condutividade térmica e ionização de chama 
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CROMATOGRAFIA 
LÍQUIDA
Líquidos com alta temperatura de vaporização (polímeros). 
Coluna adsorvente: gel, resina trocadora de íons.
Detecção: infra-vermelho, ultra-violeta, espectrometria de massa
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ESPECTRÔMETROS
Baseados no princípio da química quântica de que moléculas absorvem comprimentos de onda de radiação que causam transições em estruturas químicas específicas (C=O)
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A extensão a qual um comprimento de onda específico é absorvido por uma amostra indica a concentração de moléculas que possuem estas estruturas
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ESPECTRÔMETROS DE MASSA
Fornecem resultados muito rápidos
A amostra é ionizada e os íons são propelidos em um campo magnético onde são defletados em uma proporção carga/massa, causando alteração em coletores.
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O sinal de cada coletor é proporcional à concentração de íons, tendo uma massa particular
Aplicação: controle de balanço de massa, monitoramento de ar, destilação, etc
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INFRA-VERMELHO 
(NÃO-DISPERSIVO)
Baseados no princípio da absorção de infra-vermelho em comprimentos de onda específicos.
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Assim, comparando o absorção de uma amostra com um fluido de referência, resulta a medida da concentração da substância
Utilizados para verificação de emissões, combustão, monitoração atmosférica, etc. 
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FOTÔMETROS
Absorção de luz visível e luz próxima do ultra-violeta (abaixo de 400 nm)
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Na prática, luz passa através de uma amostra líquida ou gasosa através de uma roda contendo dois filtros. Um filtro transmite o comprimento de onda da amostra e o outro, de referência.
O instrumento compara a intensidade e calcula a concentração
NOx, SOx, Cl2, F2 presentes no ar 
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ULTRA-VIOLETA
Mesmo princípio dos fotômetros com comprimentos de onda mais curtos
Na prática, luz passa através da célula de amostragem, separando-a em dois feixes e mandando-a para dois fotosensores
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Um mede a substância e o outro a referência
Indicado para hidrocarbonetos aromáticos, carbonilas e sais inorgânicos 
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pHMETROS
Medem o potencial que cruza dois elétrodos imersos em uma solução que está relacionado com a concentração de íons H +
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VISCOSÍMETROS
Capilaridade:
10- 25000 cP
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Rotacionais: o líquido é tensionado entre uma superfície estacionária e uma rotativa (cilíndricas). Um motor é conduzido com velocidade constante. Um torque é medido e a viscosidade é encontrada