Departamento de Engenharia Mecânica Secção de Automação, Instrumentação e Controlo Exame da UC Electrónica e Instrumentação 2011-01-31

Duração: 2h Cotação: 20 Valores Sem Consulta

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Para todas as questões apresente as justificações e/ou os cálculos que efectuar.

ESCREVA COM CANETA E LETRA BEM LEGÍVEL (ESCRITA ILEGÍVEL NÃO SERÁ CORRIGIDA)

1. (2,0 valores) A figura 2 apresenta o diagrama de blocos da cadeia de medição integrada num transmissor de pressão.

Este utiliza um corpo de prova metálico tubular, instrumentado com extensómetros de resistência, e

apresenta uma gama de medição de 0 a 240 bar.

Figura 2 De acordo com a figura, p é a pressão a medir, ε é uma deformação, Δv é uma tensão eléctrica diferencial

de baixo valor e vi é uma tensão eléctrica de valor mais elevado. i(p) é a corrente de saída, que pode

variar entre 4 e 20 mA.

a) Identifique os quatro blocos representados na figura, explicitando a função que cada um desempenha.

b) Descreva os princípios de funcionamento dos blocos 1 e 2.

2. (2,0 valores)

Os detectores de proximidade são elementos extremamente importantes na automação de processos de

fabrico, de montagem, de inspecção e outros. Um dos tipos de detectores de proximidade mais utilizado é

o detector indutivo, utilizando correntes de Foucault.

a) Descreva o princípio de funcionamento deste tipo de detectores.

b) Tendo em conta o princípio de funcionamento que descreveu na alínea anterior, indique o ou os tipos

de materiais que podem ser detectados por este detector de proximidade. Justifique a sua resposta.

p ε Δv vi 1 2 3 4

i(p)

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3. (2,5 valores)

O transdutor de pressão e respectivo condicionamento de sinal representado na figura 1, é usado no

controlo de uma válvula de um circuito de ventilação. O elemento primário deste transdutor é do tipo fole

e o elemento secundário é um LVDT, apresentando o conjunto uma gama de funcionamento de 0-50 kPa e

um sinal de saída de 0 a 1 V.

Figura 1

a) Descreva sucintamente o funcionamento deste transdutor.

b) Quais os blocos funcionais que deverá conter o condicionamento de sinal deste transdutor de pressão?

Justifique.

c) A gama dinâmica de utilização de um LVDT está relacionada com (assinale a(s) resposta(s)

correcta(s)):

i) a frequência do sinal de excitação do seu primário;

ii) o valor da tensão da sua alimentação;

iii) a frequência da onda transportadora ou portadora;

iv) a modulação em amplitude do seu sinal de saída;

v) a modulação em frequência do sinal de saída.

4. (1,5 valores)

Considere a característica normalizada de uma ponte de medição.

a) Esboce essa característica.

b) Essa característica é função dos valores dos componentes que a constituem? Justifique.

Fole

Entradapressão

Condicionamento de sinal

Multímetro

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5. (4,0 valores) Suponha que pretende avaliar o desempenho de um actuador linear entre duas posições, a 10 e a 90 mm

de um dos seus extremos, e que para o efeito tem disponível um transdutor potenciométrico, com uma

gama de 100 mm e tensão de alimentação de 5 V, e um multímetro de 41/2 dígitos (escalas de 200 mV, 2V,

20V, 200V).

a) Determine a sensibilidade do transdutor potenciométrico.

b) Represente graficamente o sinal de saída do transdutor potenciométrico que se obteria no intervalo

de deslocamento referido.

c) Determine a melhor resolução do sistema de medição de deslocamento, admitindo que utiliza a

mesma escala do multímetro para toda a gama.

6. (4,0 valores) Considere o sistema de medição de temperatura representado na figura 3. O sistema de aquisição de

dados integra uma carta de conversão A/D de 12 bits que possui as seguintes gamas de tensão de entrada:

Unipolares: 0/1,25 V; 0/2,5 V; 0/5 V; 0/10 V;

Bipolares: ±1,25 V; ±2,5 V; ±5 V; ±10 V.

Figura 3

a) Qual a gama de tensão de entrada da carta de conversão A/D que deve ser seleccionada de modo a

obter a melhor resolução na medição de temperaturas entre 20 e 50 ºC? Justifique.

b) Na situação da alínea anterior, qual a resolução na medição de temperatura permitida com a cadeia

de medição representada?

7. (4,0 valores)

Considere que é utilizado um taquímetro electromagnético DC para medir a velocidade de rotação de um

veio, figura 4. O taquímetro apresenta uma característica linear, com uma sensibilidade média de

3 mV/rpm.

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Motor

Detectoróptico

Disco

Taquímetro DC

Voltímetro

ω ω

Frequencímetro

Figura 4

a) Qual o valor da tensão de saída do taquímetro caso a velocidade de rotação do veio seja 2700 rpm?

b) Suponha que, para confirmar resultados, foi também integrado na montagem um taquímetro digital

baseado em detector óptico do tipo barreira. Se o valor de frequência apresentado no display for

720 Hz, qual será o número de ranhuras do disco acoplado ao veio?

MTR, FGA, MFC, JGM, AML