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NOTA: Os presentes testes aparecem como exame final com a simples perspectiva integradora de conhecimentos, aps a avaliao distribuda que decorre durante o curso de E&I, de acordo com as seguintes normas descritas na ficha da disciplina.

Obteno de Frequncia: (Respeitando as normas em vigor) Verificao simultnea de:

no ter excedido o limite de faltas;

classificao mdia igual ou superior a 8,5 valores no desempenho laboratorial (DL);

classificao mdia ponderada nas provas laboratoriais (PL) igual ou superior a 8,5 valores (40% - 1 prova, 60% - 2 prova);

entrega de um Poster temtico (P) Classificao de Frequncia (CFreq): CFreq = 0,25 * DL + 0,5 * PL + 0,25 * P Clculo da Classificao Final: Mdia ponderada entre a Classificao de Frequncia (CFreq) e o Exame Final (EF): C.Final = 0,7*CFreq + 0,3 * EF

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Electrnica e Instrumentao Mestrado Integrado em Engenharia Mecnica 4 ano

17 de Janeiro de 2008

Durao: 2h Prova sem consulta

Para todas as questes apresente os clculos que efectuar.

1. (3,0 valores)

Considere o diagrama de blocos de um transdutor de deslocamento e respectivo condicionamento de sinal, representado na figura 1.

Figura 1

a) De que tipo de transdutor se trata? Justifique.

b) Associe entrada/sada de cada bloco o correspondente sinal do conjunto apresentado na figura 2. Justifique sucintamente.

Figura 2

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2. (2,0 valores)

Explique de um modo claro os conceitos de sensibilidade e resoluo de um sistema de medio de fora.

3. (2,0 valores)

Considere uma barra de seco rectangular encastrada numa das extremidades e solicitada em flexo, com dois extensmetros, teoricamente iguais, colados na sua face superior; um segundo a direco longitudinal e o outro segundo a direco transversal.

Para cada afirmao indique se verdadeira ou falsa, justificando devidamente a sua escolha.

a) Estando cada um dos extensmetros inserido numa ponte de Wheatstone distinta, a razo entre VT / VL, quando a barra carregada, conduz determinao directa do coeficiente de Poisson.

b) Estando os dois extensmetros integrados numa nica ponte de Wheatstone, em braos adjacentes, a sensibilidade vem amplificada por um factor 2 relativamente que resulta da integrao de apenas um elemento sensor.

4. (6,0 valores)

A figura 3 representa um sistema de medio de temperatura de um banho constitudo por dois equipamentos digitais de medio, um registador e um termopar do tipo K. Um dos equipamentos est preparado para leituras de temperatura com resoluo de 0,1 C, incluindo compensao de juno fria para este tipo de termopares. O outro, um voltmetro, apresenta uma resoluo elevada, de 10 V, na medio da fora termoelctrica proveniente do termopar. Nota: tome como sensibilidade mdia do termopar tipo K: 40 V/ C

Figura 3

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a) Sabendo que a temperatura ambiente de 25 C, qual a tenso lida pelo voltmetro?

b) Qual dos equipamentos de medio conduz a uma melhor resoluo na medio de temperatura? E qual o seu valor?

c) Sabendo que o banho mantido numa temperatura entre 54,5 C e 55,5 C e que a sensibilidade do registador de 1 cm/mV, qual dever ser o ganho G do amplificador, de modo a obter um registo das oscilaes da temperatura com 50 mm de amplitude?

5. (3,0 valores)

Um transdutor de deslocamento foi caracterizado contra uma referncia padro existente no laboratrio. Para analisar a sua histerese foi efectuado um conjunto de medies, que se apresentam na tabela seguinte:

Deslocamento (mm) Sada transdutor (V) Evoluo crescente

Sada transdutor (V) Evoluo decrescente

0,0 0,004 0,004 1,0 0,230 0,167

2,0 0,420 0,355

3,0 0,630 0,544

4,0 0,820 0,735

5,0 1,000 0,921

6,0 1,126 1,126

Determine a histerese associada a este transdutor de deslocamento.

6. (4,0 valores)

Considere o sistema de medio de velocidade de rotao de um motor representado na figura 4. Ao veio do motor est acoplado um disco metlico com uma pequena reentrncia na sua periferia. Um detector de proximidade (sada 0 / 5 V) capta o sinal que se visualiza no osciloscpio.

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Figura 4

a) Qual a velocidade do motor em rpm? Justifique com os clculos necessrios.

b) Suponha agora que o motor est em funcionamento a 1500 rpm. Quantas reentrncias, na periferia do disco, devero ser feitas para que, ao ligar um frequencmetro aos terminais A e B, a leitura da frequncia em Hz d directamente o valor da velocidade de rotao em rpm? Justifique.

c) Tem possibilidade de, com este detector, saber o sentido da rotao do veio do motor? Justifique.

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Electrnica e Instrumentao Mestrado Integrado em Engenharia Mecnica 4 ano

9 de Fevereiro de 2008

Durao: 2h Prova sem consulta

Para todas as questes apresente os clculos que efectuar.

1. (2,0 valores)

Considere dois transdutores de deslocamento: um transdutor indutivo do tipo LVDT e um transdutor indutivo por correntes de Foucault. Diga, justificando, quais as principais diferenas entre estas duas solues na medio de deslocamento.

2. (3,0 valores)

Considere um sistema de medio de temperatura baseado num Pt100.

a) Quando se pretende obter o valor da temperatura atravs da medio directa da resistncia do Pt100 por que se utiliza o mtodo dos quatro condutores?

b) Por que que um tal sistema de medio de temperatura no inclui, normalmente, no seu condicionamento de sinal, uma ponte de medio?

3. (2,0 valores)

Considere uma barra encastrada numa das extremidades e solicitada em flexo, com dois extensmetros, teoricamente iguais, colados na sua face superior segundo a direco longitudinal.

Para cada afirmao indique se verdadeira ou falsa, justificando devidamente a sua escolha.

a) Estando os dois extensmetros integrados numa nica ponte de Wheatstone, em braos opostos, resulta minimizada a influncia de variaes de temperatura sobre a barra.

b) Estando os dois extensmetros integrados numa nica ponte de Wheatstone, em braos adjacentes, a sensibilidade vem amplificada por um factor 2 relativamente que resulta da integrao de apenas um elemento sensor.

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4. (6,0 valores)

Considere que, para a medio de temperaturas com um termopar do tipo K ( S=40 V/C) num determinado processo industrial, foi utilizada a montagem representada na figura 1.

Figura 1

O transmissor de corrente para termopar, com compensao de juno fria, fornece um sinal de sada em corrente de 4 a 20 mA, para uma gama de medio de temperaturas de 0 a 1000 C. A temperatura ambiente de 20 C.

a) Sabendo que a f.e.m. do termopar registada no voltmetro (3 dgitos) de 1,200 mV e que a placa de aquisio de dados regista um valor de 2,4 V, determine a temperatura da juno quente do termopar e o ganho do amplificador?

Se no respondeu a a), considere G=6 para responder s alneas seguintes.

b) Qual a sensibilidade da cadeia de medio constituda pelo transmissor de corrente, termopar e amplificador?

c) Sabendo que a placa de aquisio de dados apresenta uma resoluo de converso de 4,88 mV, qual a resoluo conseguida na leitura de temperatura pela cadeia de medio apresentada?

5. (4,0 valores)

No sentido de obter a caracterstica de um LVDT e respectivo condicionamento de sinal foi efectuado um conjunto de medies que se apresentam na tabela seguinte.

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Deslocamento (mm) Sada LVDT+condicionamento de sinal (V)

-2,00 -1,012 -1,50 -0,759

-1,00 -0,506

-0,50 -0,251

0,00 0,000

0,50 0,258

1,00 0,510

1,50 0,759

2,00 1,018

A caracterstica obtida est representada na figura 2, tendo sido ajustada uma regresso linear aos pontos experimentais.

Figura 2

a) Qual a no linearidade do conjunto LVDT e condicionamento de sinal?

b) Este LVDT foi utilizado para instrumentar uma clula de carga do tipo anel dinamomtrico que apresenta a caracterstica representada na figura 3. Qual a sensibilidade do conjunto anel dinamomtrico+LVDT?

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Figura 3

6. (3,0 valores)

Pretende-se medir a velocidade de rotao de um motor ao qual est acoplado um veio metlico duplamente facetado, como representado na figura 4. O estado da sada do detector de proximidade (0 ou 5 V) sofre alterao sempre que varia a sua proximidade ao veio. Considere que o sinal proveniente do detector introduzido num osciloscpio, onde observada a forma de onda conforme representada na mesma figura.

Figura 4

a) Qual a velocidade de rotao do veio em rpm? Apresente o clculo.

b) Suponha que na extremidade do veio acoplado um taqumetro electromagntico apresentando uma sensibilidade de 3,8 mV/rpm. Quando a velocidade de rotao do motor for 3000 rpm qual o sinal de sada do taqumetro electromagntico e qual a frequncia do sinal proveniente do detector e visualizado no osciloscpio?

MTR, FGA, MFC, JGM, AML

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