Apostila de Instrumentação Eletrônica- rev0

Apostila de Instrumentação Eletrônica- rev0

(Parte 1 de 15)

tutorIE rev0.doc - 1 - A R Braga/ DAEE-CEFETMG C M Polito-Braga/ DELT/UFMG

Nota técnica

Anísio Rogério Braga, DAEE/CEFET-MG Carmela Maria Polito Braga, DELT/UFMG

Belo Horizonte, 10 março 2002

DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Av. Amazonas, 7675 - Belo Horizonte, MG-Brasil, 30.470-0 tutorIE rev0.doc - 2 - A R Braga/ DAEE-CEFETMG C M Polito-Braga/ DELT/UFMG

Prefácio4
Teoria de Circuitos Elétricos e Eletrônicos5
Alguns Conceitos e Convenções5

Sumário

Fonte de Tensão ideal9
Fonte de Corrente Real9
Fonte de Corrente Controlada por Corrente (F.C.C.C.)10

Dipolos Elétricos _ 8 Fonte de Tensão Real _ 9 Fonte de Corrente _ 9 Chave Aberta _ 10 Chave Fechada _ 10 Fonte de Corrente Controlada por Tensão (F.C.C.T.)_1

Modelamento de alguns Dispositivos Eletrônicos11
Diodo1
Transistor Bipolar1
Configuração de circuitos elétricos12
Lei de Kirchhoff das Correntes (LKC):13
Lei de Kirchhoff das Tensões (Voltagens) (LKV)13
Teorema da Superposição16
Circuitos de Condicionamento de Sinais20

Divisão de Tensão _ 13 Divisão de Corrente _ 14 Teorema de Thevenin _ 14 Teorema de Norton _ 16

Amplificadores Operacionais _ 20

Bloco Amplificador Operacional21
Regras de conexão de sistemas de medida35
Alguns conceitos estatísticos usados em instrumentação38

Princípios Básicos de Operação _ 20

Distribuição Gaussiana39

Distribuição estatística _ 38

Planejando um experimento: análise geral de incerteza42
Sensores e Atuadores45

Erros e incerteza _ 41

Instrumentação: definição e classes de aplicação46
Segurança Intrínseca49

Conceitos gerais sobre instrumentação _ 46 Características estáticas dos instrumentos _ 47 Características Dinâmicas dos Instrumentos _ 48

Selecionando sensores51
Medidas de movimento e dimensão70

Instrumentos espertos e inteligentes _ 50 Sistemas de Medidas _ 53 Dispositivos de Medição _ 70 Módulo para condicionamento de sinais de uma célula de carga___________________________80 tutorIE rev0.doc - 3 - A R Braga/ DAEE-CEFETMG C M Polito-Braga/ DELT/UFMG

Magnetoresistência _ 81 Bibliografia______________________________________________________________________ 83 tutorIE rev0.doc - 4 - A R Braga/ DAEE-CEFETMG C M Polito-Braga/ DELT/UFMG

Prefácio

Esta Nota Técnica - NT é um compêndio de notas de aula e transparências utilizadas pelos autores em aulas e palestras sobre instrumentação eletrônica. Assim sendo, esta NT é um texto em constante mutação. Para uma compreensão maior do tema é imprescindível a consulta a livros textos como os citados no item bibliografia. A organização dos textos não necessariamente segue uma ordem típica de apresentação formal do conteúdo.

Inicialmente é apresentado uma revisão de circuitos com o intuito de estabelecer uma convenção para a apresentação. Em particular, na experiência dos autores, é muito comum o erro de sinal de tensões e correntes em circuitos eletrônicos. Para se evitar tais equívocos os autores sugerem sempre associar as polaridades de tensões e correntes nos circuitos com os dos instrumentos de medição.

Por se tratar de notas de aula é comum os erros tipográficos, devendo o leitor estar atento e checar as dúvidas com textos de referência sobre o assunto. No caso de dúvida os autores podem ser consultados. Sugestões e correções do texto são sempre bem vindas.

Os autores podem ser contatados nos seguintes endereços eletrônicos: anisio@des.cefetmg.br carmela@cpdee.ufmg.br

Os autores.

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Teoria de Circuitos Elétricos e Eletrônicos

Alguns Conceitos e Convenções

• Carga Elétrica: Os elétrons, por convenção, possuem carga elétrica Negativa (-) e os prótons carga elétrica Positiva (+).

• Corrente Elétrica (Amperagem): Resulta do movimento de carga elétrica com uma direção associada.

É medida por meio de um amperímetro que tem uma polaridade de referência associada aos seus terminais. É comumente utilizada a representação do sentido da corrente por meio de uma seta, como

ilustrado na Fig.1b:[]

a b

Iab

Figura 1a a b

+ A _ Figura 1b

• Tensão Elétrica (Voltagem): O trabalho realizado para se deslocar uma carga positiva de um ponto a até um outro ponto b em um campo elétrico (E= Força/carga): [] []CQ aba b ab VVbaExdExd

A Tensão Elétrica é medida por meio de um voltímetro que tem uma polaridade de referência associada aos seus terminais.

a b

Vab

Figura 2

A medição da corrente que atravessa um elemento de circuito e da tensão sobre o mesmo elemento de circuito é realizada conectando-se o amperímetro em série e o voltímetro em paralelo com o elemento de circuito. Se a tensão for designada por um símbolo de quantidade (Vab) os sinais positivo e negativo atribuídos aos terminais a e b, conforme ilustrado na Fig.3, serão polaridades de referência para conexão dos terminais do voltímetro. A polaridade indicada pelo voltímetro dependerá evidentemente da condição de polarização do elemento do circuito. Portanto, assumindo-se que tanto o voltímetro quanto o amperímetro são instrumentos capazes de indicar valores positivos e negativos (lembre-se que multímetros analógicos normalmente indicam apenas valores positivos de tensão e corrente!) a polaridade do instrumento não precisa coincidir com a do circuito.

a b R

- + Figura 3

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A conexão dos instrumentos em um circuito é normalmente subentendida e portanto raramente indicada explicitamente nos diagramas de circuitos eletrônicos. As anotações de valores de correntes e tensões nos diagramas de circuitos é usualmente feita como se segue:

- + a b

+

Vab I

Vab = R . I Figura 4 polaridade do voltímetro polaridade real do circuito

Para evitar confusão entre as indicações da polaridade real do circuito e a de conexão dos instrumentos, os autores desta nota técnica preferem representar os instrumentos por setas como ilustrado na Fig.5. Um voltímetro é representado por uma seta curva que se estende sobre o componente ou parte do circuito, sendo o valor da tensão ou o nome do voltímetro indicado a seu lado e o terminal positivo associado com a ponta da seta. Um amperímetro é representado por uma seta reta em paralelo com o ramo do circuito, sendo o valor da corrente ou o nome do amperímetro indicado a seu lado, e a ponta da seta associada com o terminal negativo do instrumento. A corrente indicada no instrumento terá um valor positivo se o sentido indicado pelo amperímetro for o do deslocamento (aparente ou real) de cargas positivas e negativo se o sentido indicado for o do deslocamento de cargas negativas.

Vab = R . I a b R

I Vab

Figura 5

Na Fig.5 as leituras do voltímetro Vab e do amperímetro I serão ambas negativas. • Potência: A razão pela qual a energia é absorvida ou fornecida. Fontes geram energia e cargas

(Vale notar que a unidade de trabalho W, é Joule cuja pronúncia correta é "djule".) IVP⋅=

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