02. Acetatos Medição de Grandezas Cinemáticas (1)

Instumentao e Controlo Medio de Grandezas Cinemticas

1

Instrumentao e Controlo

Medio deGrandezas Cinemticas


Deslocamento [m]

Velocidade [m/s]

Acelerao [m/s2]

MEDIO DE GRANDEZAS CINEMTICAS


2


Princpio de funcionamento varivel fsica a medir mesuranda provoca uma variao da resistncia elctrica do transdutor (ex.:determinar a posio de um objecto ou o seu deslocamento)

Transdutor resistncia varivel do tipo potencimetro cursor davariao da resistncia ligado ao objecto a ser monitorizado

Aplicar uma tenso aos terminais fixos da resistnciaMonitorizar a variao da tenso entre o terminal varivel e o dereferncia da resistnciaTenso de sada proporcional variao de resistncia


Transdutores resistivos de deslocamento potencimetros


Sensor passivo alimentado por uma fonte de tenso

Resistncia elctrica varivel resistncia com um contacto mvel

Material no condutor revestido por um fio condutor que contactacom outro fio condutor

Sinal de entrada (deslocamento linear ou angular) transformadoem variao de resistncia

Tenso de sada proporcional ao sinal de entrada




3


V tenso de alimentaoVo tenso de sadaxT deslocamento mximoxi deslocamento parcialRT resistncia totalRi resistncia parcial

V R I= i

i T

T

xR R

x=


V

Vo

+

RTRi

xTxi



i i i io o o T o

i T i T T T T

R R 1 x xV V V V V V R V V

R (R R ) R R x x= = = =

+

Tenso V limitada pela mxima dissipao de energia que os fios do potencimetro podem suportar

mx. V PRT , P a potncia dissipada [W]=

Vo

i

T

XV

X


V

Vo

+

RTRi

xTxi



4



Resistncia elctrica varivel

Haste mvel desliza ao longo daresistncia elctrica

Comprimento de deslizamento limitadoao comprimento da resistncia

Vi aplicada a todo o comprimento daresistncia (pontos A e C)

Vo medida entre A e B ou C e B




Resistncia elctrica varivel

Haste rotativa roda ao longo da resistncia elctrica

Vi aplicada a toda a resistncia elctrica (pontos A e C)

Vo medida entre A e B ou C e B



5


Deslocamento

Linear (0,1 20)

Angular(10 - 60 x 360)

multi-volta

uni-volta




Elementoresistivo

fio enrolado

cermet

plstico condutor

grafite

Fio metlico enrolado sobre base isolante de carto

Pista de material composto cermica + metal. No tem umarelao linear entre V e Vo. Mais sensvel temperatura.Apenas pode suportar correntes moderadas




6








7





Problemas de resoluo tenso de sada sob a forma de degraus

Problemas de rudo elctrico resultante da variao de resistnciade contacto devido ao atrito mecnico e vibrao de contacto

Vida til limitada desgaste da superfcie de contacto

Quando o elemento condutor o cermet o plstico condutor no tem problemas de resoluo.




8


Princpio de funcionamento alterar a resistncia ou o comprimentode um fio resistivo quando submetido a uma presso


R L A= Comprimento, Lrea, AResistividade do material,

R RK

L L

=

Factor de calibrao do extensmetro relao entre a variao daresistncia elctrica e do comprimento

Resistncia original, RComprimento original, L

Variao extensmetrica alongamento relativo do fio G L L=

Mdulo de elasticidade cte. de proporcionalidade entre a tenso e aextenso

E p G=

Transdutores resistivos de deslocamento extensmetros



Transdutores de deslocamento medir deformaes

Elemento sensor passivo extensmetro fio metlico

Seco muito pequena, geometria especifica, impresso numa placa



9



Fios metlicos condutores dos extensmetros Constantan (55%Cu, 45% Ni) ou liga Pt/W (92% Pt, 8% W)




LR

A=

Variao do comprimento LVariao da rea AVariao da resistividade do material

Alterao R na resistncia R

Deformao compresso ou extenso do fio metlico variao daresistncia elctrica



10


2

V AL V A L L A

V L(1 )A(1 ) AL

= = +

= +

Como pequeno, pode-se desprezar 2

2 2 2(1 ) 1 2 1 2 = +

2

L A( L L ) L AR . R

A A

+ = =


= +

= = + =

V L(1 )A(1 2 ) AL

LV AL (1 2 ) A L L A, com

L

V volumeR resistnciaL comprimentoA rea da seco transversal resistividade do material deformao na direco longitudinal mdulo de Poisson

(deslocamento transversal/longitudinal)



= = + = V A L(1 2 ) A L L A 2 A L L A

2

A( L L ) L AR

A

+ =

R L(1 2 )

R L

= + +

2

A L LA 2 A L L(1 2 ) LR R

A A A

+ + + = = +

LR .

A= R

RGF 1 2L L

L L

= = + +


Substituindo em

Dividindo por

Vem

Vem

GF: Factor do extensmetro



11


E mdulo de elasticidadepi coef. longitudinal de piezoresistncia


R

RGF 1 2L L

L L

= = + +

Variao de seco

Variao de comprimento

Factor do extensmetro sensibilidade (fabricante)

Efeito piezoresistivo

EL

L

= pi

Factor do extensmetro ou sensibilidade



Rvariao relativa da sada RS

Lvariao relativa da entradaL

= =

Valores tpicos S = 2 (Constantan) ; S = 4 (liga Pt/W)

Materiais semicondutores maior sensibilidade (50 a 200), mas tambmmais sensveis temperatura


Factor do extensmetro

Factor do extensmetro ou sensibilidade



12



Local de aplicao depende da aplicao a que se destinam




Configurao depende da aplicao a que se destinam

Uniaxiais uma malha de medio Medem em uma direco

Biaxiais duas malhas de medio Medem em duas direces

Rosetas trs malhas de medio Medem em trs direces

Uniaxial Biaxial Roseta



13




Extensmetro de roseta



Aplicao do extensmetro na estrutura a testar



14



Aplicados na estrutura que sofre deformao esttica ou dinmica






15



V

Extensmetros 2 e 4 situados na face inferior


Ligar ao circuito elctrico ponte de Wheatstone medio







16






Condio de equilbrio

VAC = 0 I1R1 = I2R2

= = =

+ +ex BD

1 4

1 14 4

V VI I

R R R R

= = =

+ +ex BD

2 3

2 23 3

V VI I

R R R R

=

+ +ex 1 ex 2

1 24 3

V R V R

R R R R1 2 1 3 1 2 4 2R R R R R R R R+ = +

1 2

4 3

R R

R R=

R1 R2

R3R4

Vex A

B

C

D

I1 I2

I3I4

Im


Ligao em ponte de Wheaststone


17



=

+ex

1

1 4

VI

R R= =

+ex

AB 1 1 1

1 4

VV I R R

R R

= =

+ex

CB 2 2 2

2 3

VV I R R

R R

AC AB BC AB CBV V V V V= + =

= + +

1 2AC ex

1 4 2 3

R RV V

R R R R

Relao no linear entre VAC e a variao das resistncias

+ + =

+ + + + + + 1 1 2 2

AC ex

1 1 4 4 2 2 3 3

R R R RV V

R R R R R R R R

Resposta da ponte

VA = VC Im = 0

=

+ex

2

2 3

VI

R R

Se as resistncias variarem



R1 R2

R3R4

Vex A

B

C

D

I1 I2

I3I4

Im



1 2 3 4R R R R= = =

1 2 3 4R R R R = = =

+ + =

+ + + + + + 1 1 2 2

AC ex

1 1 4 4 2 2 3 3

R R R RV V

R R R R R R R R

+ =

+ + + + 1 1 1 1

AC ex

1 1 1 1 1 1 1 1

R R R RV V

R R R R R R R R

+ =

1 1 1 1AC ex

1 1

R R R RV V

2R 2R

=

1AC ex

1

2 RV V

2R

=

1AC ex

1

RV V

R

Ponte completa

Condies de linearidade



R1 R2

R3R4

Vex A

B

C

D

I1 I2

I3I4

Im


18



1 2 3 4R R R R= = =

1 4R R = Meia ponte 2 3R R 0 = =

+ + =

+ + + + + + 1 1 2 2

AC ex

1 1 4 4 2 2 3 3

R R R RV V

R R R R R R R R

+ =

+ + + 1 1 1

AC ex

1 1 1 1 1 1

R R RV V

R R R R R R

+ =

1 1 1AC ex

1 1

R R RV V

2R 2R

=

1AC ex

1

RV V

2R

Condies de linearidade



R1 R2

R3R4

Vex A

B

C

D

I1 I2

I3I4

Im



Aquecimento devido s correntes variao do valor das resistncias

nos braos da ponte RT = R20 [1 + (T 20)]

Erros devido s resistncias dos fios condutores e dos contactosexternos ponte

Erros de medida

Erros nas especificaes das resistncias

Sensibilidade insuficiente do detector de 0



R1 R2

R3R4

Vex A

B

C

D

I1 I2

I3I4

Im


19



Exemplos de aplicao




Transdutores digitais de deslocamento encoders

Convertem movimentos lineares ou angulares em sinais de sadaelctricos de tipo digital

Sinais de sada transformados em informao binria convertidaem distncia, velocidade, etc.


20




Caixa de rolamento

Emisssor Mscara Foto-detector

Disco pticoCircuito electrnico

Disco(s) ptico(s) perfurados

Emissor de luz infravermelha de um dos lados do(s) disco(s)

Foto-detector do outro lado do(s) disco(s)




Deslocamento linear ou angular variar a luzemitida por uma fonte para um foto-detector

Rotao do disco raio luminoso atravessaum orifcio foto-detector gera um impulso


21






Aplicados em:

Medio das grandezas de forma directa ou indirecta

Posicionamento de motores elctricos, mesas rotativas, antenasparablicas, telescpios e radares

Controlo de velocidade de motores elctricos

Eixos de mquinas ferramentas

Eixos de robots



22






Disco Encoder incremental Disco Encoder absoluto

Encoders incrementais vs. absolutos

Princpio de funcionamento semelhante em ambos

Disco com janelas transparentes e opacas interrompem um feixede luz transformam impulsos luminosos em impulsos elctricos



23



Encoders incrementais vs. absolutos

Encoder incremental posio dada por impulsos a partir do zero

Encoder absoluto posio dada pela leitura de um cdigo nicopara cada posio



Transdutores digitais de deslocamento encoder incremental


Disco dentes igualmente espaados

Posio dada pela contagem do n de dentes que passa em frentedo foto-detector cada dente representa um ngulo conhecido


24




Sentido de rotao disco com duas pistas de orifcios desfasadosde 90 pistas A e B

Sentido horrio pista A adiantada em relao pista B

Sentido anti-horrio pista B adiantada em relao pista A

Pista C posio absoluta ou zero ou index




Impulso na pista A antes do impulso dapista B rotao no sentido horrio

Impulso na pista B antes do impulso dapista A rotao no sentido anti-horrio

Impulso na pista C ocorre uma vez porrevoluo


25




Resoluo dada pela quantidade de impulsos/volta

Resoluo encoder de 1024 impulsos/volta

Relao angular quociente entre 360 e o nmero de impulsos

Encoder de 1024 impulsos/volta relao angular 360/1024 = 0,35

Gera um impulso elctrico para cada 0,35


Transdutores digitais de deslocamento encoder absoluto


Disco com diferentes pistas concntricas

Vrias fontes de luz atravessam diferentes pistas captadas porfoto-detectores individuais

Combinao dos foto-detectores cdigo binrio distinto para cadaposio do disco


26




Disco com cdigo binrio com 4 bits

Posio dada pela leitura de um cdigo binrio

Cdigo nico para cada posio fornece a posio absoluta




Leitura feita na transio pode resultar num valor errado

Mau alinhamento dos receptores pticos eventuais erros de leiturana transio entre dois cdigos binrios seguidos

Cdigos binrios seguidos nmeros 8 (1000) e 7 (0111) variaode 0 para 1 e de 1 para 0 ocorre em todos os bits

20

21

22

23


27




Disco Foto-detector

Soluo disco com cdigo Gray




Transio de um nmero para outro apenas um bit sofre alterao

Disco com cdigo Gray com 3 bits


28




Converso cdigo Gray binrio

Cdigo Gray

2 transies 1 transio




Resoluo definida numa s volta ou em multi-volta

Encoders com uma s volta contagem reinicializada a cada volta

Encoders multi-volta contagem reinicializada aps um nmerodeterminado de voltas

Resoluo dada por contagem/volta

Disco com 12 pistas para o cdigo Gray 212 = 4096 combinaes

Gera uma combinao de cdigos para cada 0,0879


29


Sensores capacitivos


Sensores de proximidade dispensam o contacto fsico

Constitudos por duas placas paralelas submetidas a uma correnteelctrica e um material dieltrico colocado no seu interior

Material dielctrico isolante elctrico com elevada resistncia aofluxo da corrente elctrica evita o contacto entre as placas

Material dieltrico slido (ex.: borracha, porcelana, vidro, madeira,plstico), lquido (ex.: leo mineral) ou gasoso (ex.: ar)




Placas submetidas a uma d.d.p. passagem de corrente elctrica

Princpio de funcionamento variao da capacitncia elctrica

Capacitncia elctrica propriedade que os corpos tm de manteruma carga elctrica

Capacitncia elctrica mede a quantidade de energia acumuladanum corpo

Capacitncia elctrica variao da distncia entre placas e variaodo dieltrico

Variao do dielctrico aproximao de materiais metlicos/nometlicos (lquidos, poeiras, respingos, madeira, plstico, etc)


30




Condensador de placas paralelas capacitncia varia inversamentecom a distncia entre placas


C - capacitncia [F] - constante dielctrica ou permissividade* [pF/m]r - permissividade relativa (ar r1 ar; plsticos r3)0 - permissividade do vcuo (0 8,85)x - distncia entre as placas [m]A - rea das placas [m2]N - nmero de placas

( ) ( )= = r 0A AC N 1 N 1x x

x




Sensibilidade

( )= r 0 2dC A N 1dx x

*permissividade caracteriza a interaco entre o campo elctrico e o ambiente


31


Variao vertical da distncia entre placas

( ) ( )= +r 0A

C N 1x d

x

Placa fixa

d

Placa mvel

Sensibilidade




( ) ( )= +r 0 2dC A

N 1dx x d


Variao horizontal da distncia entre placas variao da rea

x

Placa fixa

dp

Placa mvel



Sensibilidade

Condensador de placas paralelas capacitncia varia inversamentecom a distncia entre placas ( ) ( )= r 0 A pdC N 1

x

( )= r 0dC 1 N 1dA x


32


Variao do dielctrico



Sensibilidadel

d

p

Placa fixa

Placa fixa


( )=

0

r

dC AN 1

d xx




Condensador de membrana transdutor de presso (ex.: microfone)


33


Sensores capacitivos diferenciais


Condensador de placas paralelas

Ligao com 3 fios duas ligaes a cada placa do condensador euma ligao placa comum da capacitncia numa seco na seco oposta


d+x

d-x

x

Placa fixa

Placa mvel

d

x

d+x

d-x

d

C2

C1V

= +1A

Cd x

=

2

AC

d x

Sensores capacitivos diferenciais


Condensador de placas paralelas

Placa fixa

Variao vertical da distncia entre placas


34




Exemplos de aplicao




Exemplos de aplicao


35


Sensores indutivos


Sensores de proximidade dispensam o contacto fsico

Deteco de objectos metlicos campo electromagntico


Sensores indutivos


Qualquer dispositivo capaz de gerar um campo magntico quandoinfluenciado por uma corrente elctrica tem uma indutncia associada

Princpio de funcionamento variao da indutncia

Indutncia capacidade de um condutor gerar uma tenso comsentido oposto variao da corrente elctrica qual submetido permite manter o fluxo de campo magntico

=

diV L

dt

V tenso [V]L indutncia [H]* = [Vs/A] *henryi intensidade de corrente [A]t tempo [s]

Tenso na bobine que produz o campo magntico proporcional variao da intensidade da corrente elctrica com o tempo


36


Sensores indutivos


Constitudo por uma bobine e oscilador geram um campo magntico

Aproximao de um objecto

Induo de pequenas correntes na superfcie interferncia com o campo magntico

Energia extrada do oscilador queda detenso do circuito deteco da queda detenso variao do estado do sensor


Sensores indutivos


Utilizados como sensores de informao para comando e controlo

Transmisso de sinais relativos a posies

Indicao do nmero de rotaes

Geradores de impulsos em tarefas de contagem


37


Sensores indutivos


Tenso de sada pode ser uma funo quase linear do deslocamento xi

Elemento ferroso na posio central bobines tm indutncias iguais equilbrio da ponte (e0 = 0)

Elemento ferroso afastado da posio central variao proporcionalna indutncia de cada bobina desequilbrio da ponte (e0 0)


Sensores indutivos


Aproximao de um corpo metlico alterao da permeabilidademagntica do meio alterao da indutncia da bobina


38


Sensores indutivos



Sensores indutivos


Sensor passivo alimentado electricamente

Extremidade do sensor bobine submetida a corrente gera umcampo magntico

Roda dentada de material ferroso solidria com um veio

Dentes da engrenagem passam em frente do sensor alterao dofluxo do campo magntico


39


Sensores indutivos


=

2

V nt

V tenso induzidan nmero de espiras da bobina fluxo do campo magntico

Aproximao de um corpo ferro-magntico variao no campomagntico do man corrente induzida na bobina do sensor


Sensores indutivos


Medir velocidade ou rotao detectar alterao sbita do campomagntico

Aplicaes industriais indstria automvel sistema ABS


40


Sensores indutivos


Roda dentada com 60 dentes contagem de impulsos durante 1 s velocidade dada em rev/min


Transdutores indutivos Linear Variable Differential Transducer


1 bobine primria + 2 bobines secundrias + 1 ncleo magntico mvel

Corrente elctrica aplicada na bobine primria fluxo magntico noncleo produz tenses elctricas nas bobines secundrias

Posio do ncleo variar a tenso elctrica nas bobines secundrias


41




Bobines secundrias em oposio de fase deslocamento do ncleomagntico provoca um aumento da tenso numa das bobinessecundrias, diminuindo a tenso na outra




Tenso de sada depende da posio do ncleo magntico mvel


42





Resoluo

Linearidade > 5%

Frequncia de excitao 50 Hz a 20 kHz

Gama de deslocamentos 210-6 m a 0,5 m

Sem atrito entre partes mveis

Tenso de sada dependente do deslocamento

Aplicaes elemento sensor primrio em transdutores de presso,fora, deslocamento, acelermetros, etc.




43




Aplicao de um LVDT gera sinal de sada proporcional diferenade presso entre dois pontos da conduta


Transdutores indutivos Rotational Variable Differential Transducer



44


Transdutores indutivos correntes de eddy


Induo electromagntica aplicada em materiais condutores

Originada pela variao do fluxo magntico que atravessa um materialcondutor devido aplicao de uma corrente elctrica alternada

Fluxo magntico alternado origina um redemoinho / turbilho decorrentes (eddy)

Induo de corrente de eddy corrente elctrica passa numa bobinaprxima da superfcie do material condutor variao naimpedncia* da bobina quando se aproxima do material (ex.:existncia de defeitos ou variaes no material)

*impedncia resistncia corrente varivel em frequncia (impedncia varia com a frequncia)




Variao da impedncia desequilbriono circuito em ponte Eo 0

Circuito elctrico com uma bobina alimentado com corrente alternada

Bobina produz um campo magntico alternado induzem correntesno material condutor influenciam a impedncia da bobina

Bobina activa influncia do fluxo magntico no material condutor

Bobina de equilbrio completa a ponte de Wheatstone e faz acompensao de temperatura


45




Tcnica electromagntica aplicada para detectar defeitos em materiais

Material defeituoso corrente de eddy tem um valor diferentequando comparado com um material em bom estado afecta demaneira diferente a impedncia do circuito

Aplicaes indstria aeronutica, automvel, naval, etc.





46


Transdutores indutivos efeito Hall (magneto-resistivos)


Legenda:1. Fluxo de electres2. Placa de material condutor3. Imanes4. Campo magntico5. Diferena de potencial

Efeito Hall diferena de potencial nos lados opostos de uma placade material condutor atravs da qual passa uma corrente elctricacriada por um campo magntico aplicado perpendicularmente placa




0e KIEcos=

e0 tenso de sadaK campo magnticoI intensidade de correnteEcos co-seno do ngulo entre o campomagntico e a intensidade de corrente

Caracterstica de alguns cristais quando usados como condutores

Cristais submetidos a um campo magntico diferena de potencialsegundo a direco transversal quela por onde passa a corrente

Tenso gerada proporcional ao produto entre campo magntico,intensidade de corrente e co-seno do ngulo entre ambas as grandezas


47



H H

IBE K

t=

EH tenso de sada [V]I intensidade da corrente [A]B intensidade do campo magntico [G]t espessura do condutor [cm]KH coeficiente de Hall [Vcm/AG]





Muito robustos insensveis a ambientes extremos e luminosidade

Sensor de proximidade variao no campo magntico


48


Sensores piezoelctricos


Princpio de funcionamento efeito piezoelctrico

Fora aplicada tenso nos elctrodos das placas do condensador




Deformao mecnica do material piezoelctrico variao na suaespessura gera uma tenso nas placas de um condensador


49




Cristais naturais (quartzo, sal de Rochelle) e sintticos (sulfato de ltio)Cermicas ferromagnticas polarizadas sintticas (titanato de brio)

Propriedades dos materiais


Entrada mecnica Sada elctricatransdutores de acelerao, fora, presso, deslocamentosgeradores de clockstransdutores acsticosgeradores de impulsos de alta tenso e baixa corrente

(velas de motores de combusto, isqueiros, etc.)

Entrada elctrica Sada mecnicaactuadores de micromovimentosmedidores de caudal ultrasnicossistemas de sonarindutores de vibrao




50


=V g.t.pg sensibilidade do material [(V/m)/(N/m2)]t espessura do material [m]p presso exercida [N/m2]



Tenso de sada


Elemento sensor de reduzidas dimenses

Elevada sensibilidade

Boa resposta a solicitaes estticas e dinmicas

Tecnologia sofisticada de produo

Desaparecimento do efeito piezoelctrico Ponto de Curie (temperaturaacima da qual a estrutura do material sofre alterao)



Vantagens e Desvantagens


51



Sensores pticos

Princpio de funcionamento emisso de um feixe de luz visvel ouinfra-vermelho (ex.: led) para um objecto ou elemento receptor foto-sensvel



Sensores pticos

Luz modulada ou pulsada com uma frequncia mxima de 1,5 kHz

Evitar interferncia da luz ambiente elemento receptor sincronizadocom essa frequncia

Aplicaes industriais contagem de peas, proteco do operador,sistemas de alarme, etc


52



Sensores pticos barreira

Possuem um grande alcance at 200 metros

Transmissor e receptor frontalmente alinhados receptor recebeconstantemente o feixe de luz do transmissor

Objecto a detectar interrompe o feixe de luz sensor accionado



Sensores pticos difuso

Possuem um alcance inferior at 10 metros

Transmissor e receptor montados na mesma unidade

Raios infra-vermelhos incidem sobre o objecto a detectar

Objecto a detectar reflecte o feixe de luz sensor accionado

Distncia ao objecto calculada de acordo com o tempo de resposta

Objectos a detectar no podem ser totalmente opacos


53



Sensores pticos retro-reflexo

Possuem um alcance inferior at 10 metros

Transmissor e receptor montados na mesma unidade

Raios infravermelhos incidem numa superfcie reflectora

Superfcie reflectora reflecte o feixe de luz para o objecto a detectarque por sua vez o reflecte para o receptor

Objecto a detectar interrompe o feixe de luz sensor accionado


Ultra-sons


Aplicaes indstria (medio, teste defeitos), medicina (ecografia)

Ondas acsticas com frequncias superiores a 20 kHz inaudveispara o ouvido humano


54


Ultra-sons


Ultra-sons emitidos e reflectidos num determinado meio (ex.: ar)

Distncia d para o objecto que causa o eco tempo t decorrido entreo sinal emitido e o seu eco

Tempo depende da distncia e da velocidade do som c (car = 343 m/s)

td c

2=

Indstria medio de espessura/pesquisa de defeitos em peas


Ultra-sons


Sinal elctrico convertido em vibraes mecnicas no transmissor vibraes geram ondas sonoras reflectidas pelo objecto

Eco do som reflectido provoca um sinal elctrico no receptor


55


Interferometria laser


Aplicaes medio de distncias com grande preciso, detecode imperfeies superficiais

Unidade de medida comprimento de onda da luz

Cada meio comprimento de onda de movimento de um corpocorresponde a um ciclo completo de luz

Contar nmero de ciclos determinar distncia entre quaisquer doispontos do corpo


Interferometria laser interfermetro de Michelson


Constitudo por dois espelhos perpendiculares entre si e um espelhocentral que faz um ngulo de 45 com ambos


56







Laser incide no espelho central divide o feixe de luz e cada feixeparcial incide num espelho

Feixes reflectidos pelos dois espelhos juntam-se novamente devidoao espelho central

Interferncia dos comprimentos de onda parciais convertida numcomprimento de onda detectado pelo interfermetro

Anis de Newton


57


Interferometria laser anis de Newton


Anis de Newton padro de interfernciacriado por lente plano-convexa iluminadapor luz laser vermelha (650nm)

Formao do padro de interferncia





58





vi

e0

Transdutores de velocidade induo electromagntica


man

bobinavi

e0

( ) 80 ie Blv 10=

e0 tenso de sada [V]B densidade do fluxo magntico [G]l comprimento da bobina [cm]vi velocidade relativa da bobina e do man [cm/s]

Tenso induzida na bobina quando se desloca ao longo do campomagntico provocado pelo man directamente proporcional velocidade do deslocamento


59


Transdutores de velocidade drag-cup


Correntes de eddy interagem com o campo magntico provocamum binrio proporcional velocidade relativa entre o man e o copo

Mola helicoidal converso do binrio em deslocamento angular

Tenso de sada proporcional velocidade angular do veio

Copo de material condutor no magntico(ex.: cobre) com um man no interior copocolocado entre o man e o ponteiro ligado ao veio de sada

Veio de entrada rotao do man e docopo induz correntes de eddy no copo




Correntes de eddy interagem com o campo magntico provocamum binrio proporcional velocidade relativa entre o man e o copo

Mola helicoidal converso do binrio em deslocamento angular

Tenso de sada proporcional velocidade angular do veio

Copo de material condutor no magntico(ex.: cobre) com um man no interior copocolocado entre o man e o ponteiro ligado ao veio de sada

Veio de entrada rotao do man e docopo induz correntes de eddy no copo


60




Velocmetros cabo flexvel ligado ao veio da caixa de velocidadesRotao do veio rotao do man dentro do copo de alumnio Rotao do man campo magntico gera correntes de eddyCampo magntico das correntes de eddy sofre atraco pelo campomagntico do man binrio exercido no copo proporcional velocidade de rotao do veioBalano entre os binrios exercidos no copo e na mola rotaodo ponteiro do velocmetro velocidade lida na escala




Elevada distncia entre o motor e o transdutor invivel usar caboflexvel

Usar gerador trifsico AC como transdutor converso da velocidadedo motor em frequncia AC

Sada AC do gerador ligar a motor trifsico instalado no transdutor

Rotao de entrada no transdutor igual aplicada ao gerador


61


Transdutores de velocidade fly-ball


Veio vertical movimentado pelo dispositivo aser controlado

Dois pesos esfricos ligados ao veio porhastes

Rotao do veio fora centrfuga pesosrodam em torno do veio

Aumentar velocidade de rotao pesosafastam-se ainda mais para o exterior

Inventada por James Watt controlar velocidade do motor a vaporde acordo com a carga aplicada


Transdutores de velocidade fly-ball


cout i

s

Kx

K=

2 2c c i mola s outF K F K x= = =

Sinal de sada lido numa escala comum ponteiro

Transdutor de deslocamento sinal desada elctrico

Fora centrfuga varia com o quadrado da velocidade angular

Resposta linear do transdutor usar uma mola com enrolamento noconstante relao quadrtica entre a fora Fmola e deslocamento xout

Equilbrio fora centrfuga = fora da mola


62


Transdutores de velocidade estroboscpio


Produz impulsos luminosos (flashs) intermitentes de alta intensidadedirigidos para um corpo em rotao

Frequncia da luz [Hz] pulsada ajustada at o corpo rotativo aparentarestar imvel impulso emitido a cada rotao completa do corpo

Frequncia da luz pulsada coincide com a velocidade de rotao docorpo [ciclos/s] corpo em rotao aparenta estar imvel





63




Corpo em rotao aparenta estar imvel ocorre tambm parafrequncias da luz pulsada = a submltiplos da velocidade de rotao




r1 valor do sincronismo mais elevador2 valor do sincronismo imediatamente inferior

1 2

1 2

r rn

r r=

Aplicados na medio de velocidade e frequncia de rotao

Ajustar a frequncia da luz pulsada para a frequncia mais elevada r1 qual ocorre o sincronismo

Ajustar a frequncia da luz pulsada para a frequncia imediatamenteinferior r2 qual ocorre novamente o sincronismo

Velocidade de rotao calculada por:


64


Grandeza Princpio de medida Grandeza Princpio de medida

Distncia linear Capacitivos (incrementais ou diferenciais)

Deslocamento angular

Capacitivos

Indutivos Indutivos Extensmetros Extensmetros LVDT RVDT

pticos e Fotoeltricos Resistivos Interferometria Laser Giroscpios Encoders Lineares Encoders Ultrasons Fotoelctrico Infravermelhos

Velocidade linear Massa Inercial - Campo Magntico Clinmetro Pndulo Potencimetro Pndulo - Mola - LVDT Acelermetro Integrador

Potencimetro Lquido Resistor

Indutivos Velocidade angular Gerador AC, DC pticos Estrobscopio Piezoelctricos Gerador de impulsos:

LDA (fluidos) - pticos Fio Quente (fluidos) - Magnticos

Acelerao linear Massa Ssmica: Encoders

- Piezoelctrico Acelerao angular Electromagntico diferenciador - Piezoresistivo Servo

- Extensmetros Encoders - LVDT - Indutivo - Capacitivo - Potencimetro Balana


Grandeza Princpio de medida Grandeza Princpio de medida

Fora Balanas por reposio de zero: Medidores de caudal Deslocamento positivo - Massas Diferencial de presso: - Electromagnticas - Orifcio calibrado Sistemas de deflexo: - Venturi - Extensmetros - Tubo de Pitot - LVDT Turbina velocidade - Piezoresistivos Magntico velocidade - Capacitivos rea varivel

- Indutivos Caudal mssico - Piezoelctricos - Trmicos

Momento Dinammetro - Diferencial de presso

Freios: Temperatura Termopar: - Extensmetros - K (Crmio-Aluminio) - LVDT - J (Ferro-Constantan)

- Encoder foto-elctrico RTD (Termoresistncia) - Alterao da permeabilidade NTC (Termistor)

Presso Fole Potencimetro Juno de semicondutores Cpsula - LVDT Pirmetro: Diafragma Extensmetros - Radiao Diafragma Piezoresistivos - ptico

Diafragma Piezoelctricos Humidade Cloreto de ltio, resistncia elctrica Diafragma Capacitivos Capacitivo Diafragma Indutivos Microondas

Som Piezoelctrico Capacitivos Indutivos (Relutncia varivel)

02. Acetatos Medição de Grandezas Cinemáticas (1)

Documents

Transcript of 02. Acetatos Medição de Grandezas Cinemáticas (1)