UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA NÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Circuitos Eletrônicos de Instrumentação Circuitos Eletrônicos de Instrumentação Circuitos Eletrônicos de Instrumentação Circuitos Eletrônicos de Instrumentação 11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 1
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA
Circuitos Eletrônicos de InstrumentaçãoCircuitos Eletrônicos de InstrumentaçãoCircuitos Eletrônicos de InstrumentaçãoCircuitos Eletrônicos de Instrumentação
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 1
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA
T i t d li d di d– Transistores podem ser ligados como diodos (base-coletor curto circuitado)
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 15
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Sensores de TemperaturaSensores de TemperaturaSe so es de e pe a u aSe so es de e pe a u a
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Sensores MecânicosSensores MecânicosSe so es ecâ cosSe so es ecâ cos
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Sensores MecânicosSensores MecânicosSe so es ecâ cosSe so es ecâ cos
• Capacitivos• PiezoelétricoPiezoelétrico
– AcelerômetroS d ã– Sensor de pressão
• IndutivosAcelerômetro
• Extensômetros
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 20
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA PiezoPiezoelétricoelétricoe oe oe é coe é co
Cristais de quartzo, Cerâmicas piezoelectricas
Quando determinados materiais se deformam, geram, internamente, cargas
q pTurmalina, Litio ...
elétricas. Se, nos mesmos materiais, forem aplicadas cargas elétricas, estes
deformam-se mecanicamente.
Tipos de esforço mecânico (segundo o corte dos materiais):
As cargas são polarizadas :
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 21
• Força em uma direção – V positiva• Força na direção contrária – V negativa
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA PiezoelétricoPiezoelétricoe oe é coe oe é co
• C CCC piezotot +=C
V i
+ 1 RF+1
e1
Vpiezo
–
R1RF
• R 1
1R
v Fo +=
τ t
e1
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 22
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Sensores MecânicosSensores MecânicosSe so es ecâ cosSe so es ecâ cos
• Piezoelétrico• IndutivosIndutivos
– posição, aceleração, força e pressão• Extensômetros
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 23
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA
LVDT Linear LVDT Linear VariableVariableDiferentialDiferential TransformerTransformere e ae e a a s o ea s o e
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 24
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA LVDTLVDT
Se o secundário for lido por um voltímetro AC,
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 25
– não se consegue detectar a mudança de 180º de fase (i.e. a leitura é a mesma para qualquer um dos lados)
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA LVDTLVDT
VpVs1 + Vs2
Vs2Vs1
Vp
Vs2
Vs1
Vp
Vs1 + Vs2
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 26PROBLEMA ! - como se sabe qual o lado ?
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA LVDTLVDT
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 27
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA LVDTLVDT
R1
AI1 I2R
2C2
R4
B
C
D
C3
R3
22
Ponte de Wien
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 28
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA
LVDT LVDT DesmoduladorDesmoduladorsensível à fasesensível à fasese s e à asese s e à ase
+
++
O sentido da corrente, em R,é sempre o mesmo (c → d)é sempre o mesmo (c → d)
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 29
Deixa passar a baixa frequência associada com xiRejeita a alta frequência associada com a modulação
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Sensores MecânicosSensores MecânicosSe so es ecâ cosSe so es ecâ cos
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA ExtensômetrosExtensômetrose sô e ose sô e os
llRA
ρ= Alteração deresistividadematemática
dR dl dA dR l A
ρρ
= − +
Alteração demecânica
Alteração deComprimento - ε
área
p
(1 2 )dR dR
ρυ ερ
= + ⋅ +
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 31
R ρNúmero de Poisson
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA ExtensômetrosExtensômetrose sô e ose sô e os
• Definindo o fator de deformação, G:alteração fraccional de resistênciaG alteração fraccional de resistência
alteração fraccional de tensãoG =
– Define a sensibilidade do sensor, ou seja:
( ) 1 2dR R dGdl l dl l
ρ ρν= = + +Variação de R,devido ao efeitopiezoresistivo
Variação de R,1 dRG
R=
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 32
ç ,devido a variação da áreae do comprimento
Rε
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA ExtensômetrosExtensômetrose sô e ose sô e os
10
G = 2R = 120 Ω
0,5
mm
10 mm
Esforço -> dl = 1 μm essu
ra ~
0
ç μ
R G RεΔ = ⋅ ⋅
Esp
e
6
3
1.102 12010 10
R−
−Δ = × ×10.10
0,024 RΔ = Ω
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 33
Extensómetros de folha (metálica)
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA ExtensômetrosExtensômetrose sô e ose sô e os
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 34
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA
Sensores de Campo Sensores de Campo MagnéticoMagnéticoag é coag é co
• Bússola– Intensidade do campo entre duas bobinasp– Compensar o campo da Terra
Fonte de alimentação externa– Fonte de alimentação externa• Efeito Hall• Rogowski• Resistores magnéticos• Resistores magnéticos
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 35
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA
Sensores de Campo Sensores de Campo MagnéticoMagnéticoag é coag é co
• Bússola• Efeito HallEfeito Hall
– Corrente, Posição e VelocidadeA t ã d íd é i l– A tensão de saída é proporcional ao campo magnético
• Rogowski• Resistores• Resistores
magnéticos
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 36
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Efeito HallEfeito Halle o ae o a
ee
I e
HV
BI
B(f)
saturação
eBIKV HH
⋅=H(I)
saturação
Nota: o facto de alguns sensores de Hall se basearem
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 37
gem Silício, permite que este seja integrado com os restantes circuitos de acondicionamento, no mesmo integrado
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Efeito HallEfeito Halle o ae o a
Vantagens:E t d ólid• Estado sólido
• Rápido ( > 100 kHz)Vid útil l (30 109 õ )• Vida útil longa (30.109 operações)
• Funciona com AC ou DCNã t t ó i• Não tem partes móveis
• Níveis eletrônicos compatíveis B f i d t t ( 40ºC 150ºC)• Boa faixa de temperaturas ( –40ºC a +150ºC)
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 38
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Efeito HallEfeito Halle o ae o a
TC’s• Não devem ter o secundário em aberto• Não devem ter o secundário em aberto• Apenas medem AC (Lenz-Faraday)
Trafos de efeito Hall• Podem ter o secundário em aberto• Podem ter o secundário em aberto• Medem AC e DC
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 39
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA
Sensores de Campo Sensores de Campo MagnéticoMagnéticoag é coag é co
• Bússola• Efeito HallEfeito Hall• Rogowski
– Corrente AC– Linear
• Resistores magnéticos
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 40
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA RogowskiRogowskiogo sogo s
⇒ não há histerese⇒ não há histerese⇒ não há saturaçãonúcleo ≡ ar
dtdI
M p=
Susceptível a camposSusceptível a campos magnéticos externos !
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 41
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA RogowskiRogowskiogo sogo s
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 42
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Sensores de CorrenteSensores de CorrenteSe so es de Co e eSe so es de Co e e
Shunt x Shunt x TCTC´́s x Hall x s x Hall x RogowskiRogowski
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 43
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Sensores de CorrenteSensores de CorrenteSe so es de Co e eSe so es de Co e e
Shunt x Shunt x TCTC´́s x Hall x s x Hall x RogowskiRogowski
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 44
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA
Sensores de Campo Sensores de Campo MagnéticoMagnéticoag é coag é co
• Resistores magnéticos
11/08/2009 18:14 Prof. Douglas Bressan Riffel 45
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPECENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIANÚCLEO DE ENGENHARIA MECÂNICA Precisão Exatidão