Aula03_InstrumentacaoDigital

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Disciplina: Medidas E Instrumentações Elétricas
Data: 16/03/2020
1). O que é um transdutor?
Na definição mais geral, um transdutor é um dispositivo que recebe um sinal e o retransmite, independentemente de conversão de energia. Porém, em uma definição mais restrita (e bastante utilizada) é de que transdutor é um dispositivo que transforma um tipo de energia em outro, utilizando para isso um elemento sensor. Por exemplo, o sensor pode traduzir informação não elétrica (velocidade, posição, temperatura, pH) em informação elétrica (corrente, tensão, resistência).
2). Quais as principais características dos sensores/transdutores? 
	- Tempo de resposta: é o tempo requerido para o sensor responder completamente à uma mudança na sua entrada.
	- Resposta em frequência: Qualquer sistema eletrônico que manuseia sinais elétricos tem suas limitações em frequência, isto é, sinais em determinadas frequências são reproduzidos e em outras não.
	- Atraso ou tempo morto: 
	- Linearidade: é o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza física. Quanto maior a linearidade, mais fiel é a resposta do sensor ao estímulo.
	- Histerese: Um sensor ideal deve responder às variações tanto quando elas ocorram num sentido como no outro. Para um sensor de temperatura, por exemplo, uma subida de 1°C na temperatura deve ser replicada com uma variação de sua resistência da mesma forma que uma descida de 1°C, a partir do mesmo valor. No entanto, na prática isso não ocorre com muitos sensores que se comportam de maneiras diferentes quando a grandeza aumenta ou diminui de valor tomando como referência um mesmo ponto. Se colocarmos isso num gráfico, veremos que o "trajeto" das variações em num sentido é diferente do “trajeto” obtido quando ela varia no sentido oposto.
	- Faixa de atuação: Escala, range ou faixa de atuação são termos empregados como sinônimos e é o intervalo de valores da grandeza em que pode ser utilizado o sensor, sem causar sua destruição ou imprecisão na leitura. Esta especificação indica quais são os maiores e menores valores da grandeza medida que podem ser aplicadas ao sensor e, portanto, medidos. Veja que os valores desta faixa não precisam ser obrigatoriamente elétricos em relação a zero. Para um sensor de temperaturas, por exemplo, pode-se indicar -40° C a +125° C.
	- Sensibilidade: A sensibilidade de um transdutor indica a menor variação da grandeza medida que cause uma alteração sensível do sinal elétrico de saída. Este sinal pode ser uma tensão, uma corrente, uma resistência ou ainda uma frequência. Também devemos levar em conta os sensores digitais em que a variação mínima na saída que eles podem produzir é de 1 bit.
	- Offset: O erro de offset de um transdutor é definido como um valor de saída existente quando deveria ser zero ou, alternativamente, a diferença entre o valor de saída real e o valor de saída especificado sob um determinado conjunto de condições.
	- Isolação Galvânica: Um sensor possui isolação galvânica quando não existe conexão elétrica (terras em diferentes potenciais) entre o sistema medido e o sensor. Essa isolação protege se surtos de tensão, fluxo de corrente entre os circuitos e interferências indesejáveis na medição. Um transformador é um exemplo mais comum de isolação. Os dispositivos ópticos e os dispositivos de Efeito Hall também podem ser utilizados para se obter uma isolação galvânica.
	- Classe de Proteção: indicadas por um símbolo composto por duas letras – IP (International Protection) e dois dígitos que definem o grau de proteção.
	- Sinais de saída: As saídas analogias típicas dos transdutores disponível no mercado são as seguintes:
0 a 10 Volts (para Controlador Lógico Programável)
0 a 20 mA (para Controlador Lógico Programável)
4 a 20 mA (para Controlador Lógico Programável)
0 a 5 Volts (para microcontroladores)
Em alguns casos a saída dos transdutores são em mV ou em ohms, onde é necessário um dispositivo eletrônico de conversão ou amplificação.
3). Resolução dos exemplos 1 e 2 da aula 3 (amplificador de instrumentação: slides 31 e 32)
	Exemplo 1). Calcule a expressão da tensão de saída para o circuito apresentado abaixo.
	Exemplo 2). Calcule Vo da figura abaixo.
4). Quais as principais etapas de um circuito de condicionamento de sinais?
	- Amplificador/Redutor: Circuito que condiciona o sinal de saída do sensor com a tensão de entrada do conversor A/D. Constituído geralmente por amplificadores operacionais.
	- Amplificador de instrumentação: é uma configuração muito utilizada na aquisição de sinais. Possui uma impedância de entrada é elevada, ideal em um circuito de instrumentação. Possui uma impedância de saída baixa, também ideal para um circuito de instrumentação. Sinais de ruídos comuns as duas entradas não são amplificadas. Possui elevado ganhos para pequenos sinais.
	- Amplificador operacional: também chamado de amp-op, nada mais é do que um circuito integrado (CI), capaz de amplificar um sinal de entrada, o amplificador operacional também é capaz de realizar operações matemáticas, como por exemplo soma, subtração, derivação, integração e multiplicação.
	- Filtros Analógicos: Circuito que tem a finalidade de filtrar ruídos e frequências indesejadas provenientes do sensor. Constituído geralmente por resistores, capacitores e amplificadores operacionais. Tipos de filtros: passa baixa, passa alta, passa faixa e rejeita faixa.
5). Quais as características básicas de um conversor A/D?
	O conversor A/D transforma o sinal analógico proveniente do circuito de condicionamento em um sinal digital. Possui as seguintes características:
- A máxima excursão do sinal na entrada do conversor A/D (0-5V, 0-10V, etc).
- Taxa de amostragem (amostras/segundo) do conversor A/D.
- Resolução (8, 10, 12, 16 e 24 bits) e precisão (%) do conversor A/D.
- A impedância de entrada do conversor A/D.
- A máxima impedância de saída do sensor/circuito que pode ser aplicada ao conversor A/D para que o conversor possa trabalhar dentro das suas especificações.
6). O que é o Teorema da Amostragem?
	O número de amostras que o microcontrolador deve realizar é calculado através da Teoria da Amostragem (Teorema de Nyquist). Esta teoria nos diz que para ser realizada uma discretização (conversão do sinal analógico para digital) do sinal é preciso ter pelo menos uma frequência de amostragem duas vezes maior que a frequência do sinal a ser medido.
7). O que é fenômeno do Aliasing?
	Denominação do fenômeno em que ocorre a distorção do sinal devido a uma taxa insuficiente na amostragem de dados.
8). Qual a finalidade do filtro anti-aliasing?
	É um circuito passa-baixa com a finalidade de filtrar frequências maiores que a metade da frequência de amostragem e evitar a sobreposição espectral e erro de aquisição devido a distorções, interferências e ruídos presentes no sinal medido.