Baixe instrumentação e outras Notas de estudo em PDF para Automação, somente na Docsity!
ESCOLA NÁESCOLA NÁUTICA INFANTEUTICA INFANTE
D. HENRIQUED. HENRIQUE
Apontamentos Apontamentos
dede
INSTRUMENTAÇINSTRUMENTAÇÃOÃO
INSTRUMENTAÇ INSTRUMENTAÇÃOÃO
Corpo docente: Corpo docente:
- Luis Filipe Baptista (aulas teóricas)
- Carlos Augusto Silva (PG1/PG2)
- • Link da pLinkda pááginagina webweb do docente da disciplina:do docente da disciplina:
http://www.enautica.pthttp://www.enautica.pt/professores/Publico//professores/Publico/ Baptista/index.htmBaptista/index.htm
INSTRUMENTAÇINSTRUMENTAÇÃOÃO
Programa daPrograma da disciplinadisciplina
• INTRODUÇINTRODUÇÃOÃO ÀÀ INSTRUMENTAINSTRUMENTAÇÇÃOÃO
• •^ CONDICIONAMENTO DE SINAISCONDICIONAMENTO DE SINAIS
• •^ SENSORES E TRANSDUTORESSENSORES E TRANSDUTORES
• •^ CONVERSORES, ACTUADORES E ELEMENTOS DECONVERSORES, ACTUADORES E ELEMENTOS DE
CONTROLO FINALCONTROLO FINAL
• • CONTROLADORES CONTÍCONTROLADORES CONTÍNUONUOSS
• •^ CONTROLADORES DIGITAISCONTROLADORES DIGITAIS
• •^ EXEMPLOS DE APLICAÇEXEMPLOS DE APLICAÇÃO EM INSTALAÃO EM INSTALAÇÇÕESÕES
MARÍMARÍTIMASTIMAS
Bibliografia Bibliografia
- Curtis D. Johnson, Controlo de Processos - Tecnologia da Instrumentação, Edição da Fundação Calouste Gulbenkian, 1991
- Gustavo da Silva, Instrumentação Industrial, Edição da Escola Superior de Tecnologia de Setúbal, 1999
- António Creus Sole, Instrumentacion Industrial , Editora Marcombo Boixareau
- Gustavo Ribeiro da Costa Alves, Instrumentação e Medidas, ISEP, Instituto Politécnico do Porto
- Luis Filipe Baptista, Apontamentos de Controlo Contínuo e Digital, ENIDH/DMM, 2006
- Katsuhiko Ogata, Engenharia do controlo moderno, Editora Prentice-Hall do Brasil, 3a^ Edição, 1997
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DMM^7
Funç Função e constituião e constituiçção de umão de um
sistema de mediçsistema de mediçãoão
Constituiç Constituição de umão de um
dispositivo de medidadispositivo de medida
Bloco (ou elemento) sensorBloco (ou elemento) sensor
Elemento que se encontra em contactoElemento que se encontra em contacto
com o processo e que produz um sinal decom o processo e que produz um sinal de
saísaída que depende (de qualquer forma) dada que depende (de qualquer forma) da
variávariável sob medivel sob mediçção.ão.
Exemplo:Exemplo:^ um termopar, em que a f.e.m aosum termopar, em que a f.e.m aos
seus terminais depende da temperatura.seus terminais depende da temperatura.
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DMM^9
Bloco (ou elemento) de condicionamento deBloco (ou elemento) de condicionamento de
sinalsinal
Converte a saíConverte a saída de um elemento sensorda de um elemento sensor
numa forma mais apropriada para posteriornuma forma mais apropriada para posterior
processamento, geralmente uma tensãoprocessamento, geralmente uma tensão
contícontínua ou um sinal em frequência.nua ou um sinal em frequência.
Exemplos:Exemplos:
Ponte de WheatstonePonte deWheatstone que converte uma alteraçque converte uma alteraçãoão de resistência numa alterade resistência numa alteraçção de tensão contão de tensão contíínua.nua. Amplificador operacionalAmplificador operacional que converte uma tensãoque converte uma tensão dede miliVoltsmiliVolts em Volts.em Volts.
Constituiç Constituição de umão de um
dispositivo de medidadispositivo de medida
Bloco (ou elemento) de processamentoBloco (ou elemento) de processamento
de sinalde sinal
Converte o sinal de saíConverte o sinal de saída do bloco (ouda do bloco (ou
elemento) de condicionamento de sinalelemento) de condicionamento de sinal
numa forma mais apropriada para aprenuma forma mais apropriada paraapre--
sentaçsentaçãoão ou observaou observaçção.ão.
Exemplo:Exemplo: um conversor analóum conversor analógicogico--digital quedigital que
converte uma tensão analóconverte uma tensão analógica numa palavragica numa palavra
digital, passídigital, passível de ser lida por um computador.vel de ser lida por um computador.
Constituiç Constituição de umão de um
dispositivo de medidadispositivo de medida
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DMM^13
Caracterí Características dos aparelhossticas dos aparelhos
de medidade medida
Comodidade de emprego e portabilidadeComodidade de emprego e portabilidade
^ Calibre e gama dinâmicaCalibre e gama dinâmica
CalibreCalibre é o valor da grandeza medida que déo valor da grandeza medida que dáá,,
na escala, o desvio mána escala, o desvio máximoximo
gama dinâmicagama dinâmica ==
desvio máximo legível
desvio mínimo legível
Caracterí Características dos aparelhossticas dos aparelhos
de medidade medida
Robustez e capacidade de sobrecarga
Um aparelho é robusto desde que não seja susceptível a estragos devidos aos transportes e trepidações. Um aparelho está em sobrecarga quando a grandeza física aplicada ultrapassa o calibre.
Capacidade de sobrecarga =
Grandeza máxima não destrutível = sobrecarga que não faz variar, depois da sua aplicação, nem os erros, nem o limite de sensibilidade nem a precisão.
grandeza máxima não destrutiva
grandeza que dá o desvio máx. legível
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DMM^15
Simbologia referente a aparelhos Simbologia referente a aparelhos
de medidade medida
Relativamente à função:
Sí Símbolos relativosmbolos relativos ààs caracters caracteríísticassticas
eléeléctricas dos aparelhos de medidactricas dos aparelhos de medida
Relativamente às possibilidades de medida:
corrente contínua (c.c. ou DC em inglês)
corrente alternada (c.a. ou AC em inglês)
corrente contínua e alternada
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DMM^19
Sí Símbolos relativosmbolos relativos ààs caracters caracteríísticassticas
dos aparelhos de medida elédos aparelhos de medida eléctricosctricos
Relativamente àRelativamenteà sensibilidade, comosensibilidade, como
voltívoltímetrometro
ÉÉ indicada em ohms/volt (indicada em ohms/volt (ΩΩ/V) ou, mais frequentemente,/V) ou, mais frequentemente, em quiloemquilo--ohmsohms por volt (kpor volt (k ΩΩ /V). Numa escala de zero a/V). Numa escala de zero a N volts, a resistência interna do voltíN volts, a resistência interna do voltímetrometro éé NN multiplicado pela sensibilidade, atrámultiplicado pela sensibilidade, atrás referida, ems referida, em (^) ohmsohms por voltpor volt.. Exemplo:Exemplo: se a sensibilidade for de 10 000se a sensibilidade for de 10 000 ΩΩ /V/V
Numa escala de 0 a 0,1 VNuma escala de 0 a 0,1 V R1 = 10 000R1 = 10 000 ΩΩ /V x 0,1 V = 1 k/V x 0,1 V = 1 k ΩΩ
Numa escala de 0 a 300 VNuma escala de 0 a 300 V (^) R2 = 10 000R2 = 10 000 (^) ΩΩ (^) /V x 300 V = 3,00/V x 300 V = 3, MM^ ΩΩ
Sí Símbolos relativosmbolos relativos ààs caracters caracteríísticassticas
dos aparelhos de medida elédos aparelhos de medida eléctricosctricos
Relativamente a outros dados
Indica-se também, frequentemente, a tensão de ensaio, em KV, no interior de uma pequena estrela de 5 pontas.
Nos instrumentos de medida para corrente alternada indicam-se, por vezes, os limites de frequência dentro dos quais as leituras (das várias grandezas mensuráveis) podem ser feitas, dentro da classe de precisão estabelecida.
= 2 KV
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DMM^21
Sí Símbolos relativosmbolos relativos ààs caracters caracteríísticassticas
dos aparelhos de medida elédos aparelhos de medida eléctricosctricos
- Instrumento de bobina móvel, incorporando rectificador
- Pertence à classe 1,5 em corrente contínua e à classe 2,5 em corrente alternada
- Permite medidas (em c.a.) envolvendo frequências entre 20 e 700 Hz, na classe de precisão especificada - 2,
- Resistência interna, como voltímetro, de 20 k Ω /V em c.c.
- Impedância interna, como voltímetro de 10 k Ω /V em c.a.
- Deverá ser utilizado com a escala em posição horizontal
- A tensão de ensaio é de 2 kV
Exemplo
Caracterí Características de um elementosticas de um elemento
Alcance (mAlcance (mááximo e mximo e míínimo)nimo)
Gama (ou intervalo) de funcionamentoGama (ou intervalo) de funcionamento
LinearidadeLinearidade
SensibilidadeSensibilidade
ResoluResoluççãoão
HistereseHisterese
Tolerância aos efeitos ambientaisTolerância aos efeitos ambientais
Tolerância ao desgaste e envelhecimentoTolerância ao desgaste e envelhecimento
Intervalos de erro ou incertezaIntervalos de erro ou incerteza
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DMM^25
Caracterí Característicassticas de um elementode um elemento
Linearidade
Existem elementos que se afastam da lineari-
dade, i. e. possuem uma característica não
linear.
A não-linearidade é geralmente quantificada
em termos de não-linearidade máxima N,
expressa como uma percentagem da deflexão
de fim de escala (d.f.e.), i. e. como uma
percentagem da gama de funcionamento.
Caracterí Características de um elementosticas de um elemento
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DMM^27
Caracterí Características de um elementosticas de um elemento
Linearidade
Em muitos casos, S(E) e consequentemente N(E), pode ser expressa como um polinómio em E, i. e. :
Noutros casos, é mais adequado utilizar expressões diferentes das polinomiais. Por exemplo, a resistência R(T) de um termístor, com T em ºC, é dada por:
S E a a E a E am E a E
m q
q
q
q m
=
=
2
0
K
R T ( ) = , ⋅ e T +
⎛ ⎝⎜^
⎞ 0 04 ⎠⎟
3300 273
Caracterí Características de um elementosticas de um elemento
Sensibilidade
Indica a taxa de variação da saída em relação à
entrada, i. e.
dS/dE = K + dN/dE
Para um elemento ideal dS/dE = K. Quanto
maior for o valor de K, maior será a sensi-
bilidade do elemento.
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DMM^31
Caracterí Características de um elementosticas de um elemento
Tolerância aos efeitos ambientais
Em geral, a saída S não depende só do sinal de entrada E, como também depende dos efeitos do ambiente em que se encontra o elemento. Geralmente, as funções de transfe- rência são elaboradas para condições bem determinadas, como por exemplo, a 25º C de temperatura ambiente, pressão atmosférica a 1000 milibars e uma humidade relativa de 80 %. Se existirem desvios em relação a estas condições, então a nova função de transferência deverá reflectir o efeito destes desvios. Tipos de efeitos ambientais: efeito de modificação e efeito de interferência. O primeiro actua ao nível do K e o segundo ao nível do a. Exemplo: variação da resistência com a temperatura.
Caracterí Características de um elementosticas de um elemento
Tolerância ao desgaste e envelhecimento
O desgaste e o envelhecimento podem causar variações nas características de um elemento, i. e. em K e a. Estas variações são geralmente muito lentas, mas sistemáticas ao longo do ciclo de vida do elemento em causa. Exemplo: a rigidez de uma mola pode ser expressa pela seguinte equação k(t) = k0 - b x t Neste caso, b é muito pequeno e t é o tempo, contado desde o momento em que a mola foi fabricada.
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DMM^33
Caracterí Características de um elementosticas de um elemento
Intervalos de erro ou incerteza
Em muitos sensores e transdutores modernos, a não linearidade, histerese, e efeitos de resolução são tão pequenos que dificilmente (ou por irrelevância) se quantifica cada um destes efeitos individualmente. Nestes casos, o fabricante opta por definir a resposta do elemento em termos de limites de erro. Para cada valor de E, a saída S será definida como uma linha recta ideal centrada numa zona de erro definida por duas rectas paralelas à recta ideal, colocadas uma de cada lado, a uma distância igual ao erro absoluto máximo.
INSTRUMENTAÇ INSTRUMENTAÇÃOÃO
(M412)(M412)
CAPÍ CAPÍTULO ITULO I –– IntroduIntroduççãoão àà
InstrumentaçInstrumentaçãoão
Conceitos bConceitos báásicos sobresicos sobre
Controlo de ProcessosControlo de Processos
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DMM^37
Introduç Introdução ao controlo de processosão ao controlo de processos
Objectivo principal do controlo de
processos
Consiste em fazer com que uma variável
dinâmica se mantenha fixa ou perto de um
valor específico desejado.
Como as variáveis dinâmicas evoluem
constantemente ao longo do tempo, é
necessário efectuar constantes
correcções, de modo a que o valor da
variável dinâmica se mantenha constante.
Introduç Introdução ao controlo de processosão ao controlo de processos
Regulação (Regulation)
REGULAÇÃo consiste na operação de
manutenção num valor constante de uma
variável dinâmica
O controlo de processos tem por missão
principal efectuar a regulação de uma
variável dinâmica.
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DMM^39
Introduç Introdução ao controlo de processosão ao controlo de processos
Exemplo: Sistema térmico
Processo: conjunto constituído por um
permutador, tubagens de entrada e de
saída de fluido de um permutador
Variável dinâmica: é a temperatura do
fluido à saída do permutador
Regulação: operação de manutenção da
temperatura num determinado valor pré-
definido pelo operador.
Introduç Introdução ao controlo de processosão ao controlo de processos
Exemplo: Sistema térmico
Realimentação ou feedback: para fornecer
a informação relativa à temperatura do
fluido à saída do permutador, é necessário
medi-la através de um transdutor, de
modo a informar o sistema de regulação
acerca do seu valor.
Controlo em anel ou malha fechada: com
a introdução da realimentação, passamos
a ter um sistema de controlo em anel ou
malha fechada.
