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  • Lista de exerccios ENG04042 REA DE INSTRUMENTAO - PROF VALNER NOME:_______________________________________TURNO: 1.Desenhe duas curvas normais ou gaussianas com a mesma mdia X . Uma delas, voc deve desenhar (e identificar) com um desvio padro maior que a outra. Em 2 linhas, explique com um exemplo prtico o que as duas curvas significam. Utilize o exemplo de uma medida com um paqumetro. 2.Desenhe um grfico que representa a caracterstica sada x entrada de um sensor de temperatura. Desenhe uma faixa de entrada de -20 a 150C O sensor linear entra 0 a 100C e no linear no restante dessa faixa (a funo no linear no importa!) A sensibilidade desse sensor (na faixa linear de 10 mV/C) Explique como fica a sensibilidade no trecho no linear. 3.Considere que um sinal de entrada de um amplificador definido por 1mx x= unidades. Este sinal entra em um condicionador, cuja funo de transferncia 1 5y x= , no qual adicionado um rudo

    3 0.5r = unidades. Este sinal somado ao rudo entra em outro amplificador que possui a seguinte equao 1(10 2)y x= unidades. Considere que ambas as variveis de entrada possuem graus de liberdade infinitos e nvel de confidncia de 68% (lembre-se!! Isso quer dizer que a incerteza no est expandida e a mesma dada por 1 desvio padro) e calcule a sada deste sistema com o respectivo erro propagado.

    4.Qual a resoluo (considerando o instrumento livre de qualquer rudo externo) de um voltmetro digital de 4 e dgitos na escala de 20 V? (explique e faa o esboo do display). 5.Considere que voc tem um sensor de temperatura LM35 que tem uma sensibilidade de 10 mV/C. Considere que voc precisa fazer um termmetro para a disciplina de instrumentao com uma faixa de entrada de -20 a 100C. Calcule a resoluo (livre de rudo externo e considerando as condies ideais) se o sensor for ligado diretamente a uma placa AD de 12 bits com uma faixa de entrada de: 5 V a + 5 V:

  • Lista de exerccios ENG04042 Considere agora que seja utilizado um amplificador ideal com ganho 5 (multiplica a sensibilidade do sensor por 5). Recalcule a resoluo da medida: 6.Considere que voc possui um galvanmetro com corrente de fundo de escala de 1 mA e resistncia interna de 10. a) projete um ampermetro com fundo de escala de 5 A e 20 A b) Um voltmetro com 100 e 200 V de fundo de escala. 7.Considerando que voc possui 2 Ampermetros (A)2 Voltmetros (V) e 2 Wattmetros (P), insira os mesmos no circuito abaixo, medindo tenso de R5 e R4, corrente de R5 e R2 potncia em R5 e na fonte.Por favor redesenhe o circuito para inserir os instrumentos.

    R1 R2

    R30,01

    0,01

    0,01

    A

    V

    P

    R4

    VI

    R6 R7

    R8

    0,01

    A

    0,01

    V

    0,01

    PVI

    8. Explique o funcionamento de um termostato e cite aplicaes do mesmo. 9. Responda com V (Verdadeiro) ou F (Falso). ( ) A curva de resposta do Termopar (Tenso eltrica x Temp) linear. ( ) A variao de temperatura causa uma variao de resistncia nos termopares. ( ) O PT100 apresenta 100 em 100C. 10. Uma das alternativas, ao utilizar um PT100 utilizar uma ponte de Wheatstone. Que outra alternativa possvel para implementar um medidor de temperatura com um PT100? OBs: considere que o sinal de sada seja tenso eltrica. 11. Geralmente um PT100 possui 3 fios. Desenhe um PT100 com os 3 fios e explique qual a razo do mesmo. 12. Imagine um termopar medindo a temperatura de metais fundidos, por exemplo o Alumnio. Uma vez que os dois metais do termopar

  • Lista de exerccios ENG04042 entram em contato com o Al, explique se ocorre interferncia ou algum problema decorrente deste fato? 13. Utilizando a tabela de dados fornecida e conhecendo a tabela do termopar utilizado (abaixo), determine os valores em TEMPERATURA dos pontos dados, sabendo que a medida foi feita com um termopar a temperatura ambiente de 15C:

    14. Considere a tabela do termopar acima, calcule a sensibilidade aproximada para a faixa de 0 a 100C. 15. Tem-se abaixo uma tabela com dados reais. Calcule o Beta (do NTC) e o Alpha (do PT100) e por fim calcule as resistncias correspondentes T=130C. Termmetro PT100() NTC(K)

    85C 132,6 16,2 94C 137 10,3

    16. Como podemos linearizar a resposta de um NTC? A reposta torna-se, de fato linear? Justifique (fornea uma resposta completa e convincente!) 17. Cite um tipo, faa um esboo e d um exemplo aplicao de: um sensor de presso, um sensor de nvel e um de fluxo (explique o seu princpio de funcionamento). 18. O que mdulo de Poisson e o que o mdulo de Young (ou mdulo de elasticidade)? Mostre sua importncia na medida de uma fora em uma clula de carga. 19. Considere a clula de carga, sofrendo os esforos mostrados na figura abaixo: a) Disponha os extensmetros na ponte de wheatstone, de forma adequada. b)Determine a relao o

    fonte

    EE

    (literal) para a clula de carga

    tipo coluna da figura.

    Termopar (mV)- 0,158

    0,93 2,95

    DADOS

  • Lista de exerccios ENG04042

    20. Desenhe duas distribuies normais (a) e (b). Ambas possuem o mesmo valor de mdia aritmtica, porm a curva (a) possui um desvio padro maior que a curva b. b. Explique qual o significado fsico desta diferena. 21. Esboce a curva de sada x entrada de um sensor: a. Este sensor mede presso (0 a 100 bar) e tem uma sada em tenso. b. Dentro da faixa de 0 a 80 bar, o sensor possui uma resposta linear com sensibilidade 10 mV/bar. De 80 a 100 bar, a resposta no linear neste trecho, a entrada equivale ao dobro da raiz quadrada da sada. (identifique cuidadosamente os pontos, colocando valores em x e y) c. Na letra b), como fica a sensibilidade a partir de 80 bar? d. No mesmo grfico, considere agora que 5 pontos foram medidos (n vezes), em pontos diferentes de 0 a 80 bar. Sabendo que todos resultaram em desvios padres diferentes e que o trecho do grfico foi construdo baseado nestes pontos (atravs de uma regresso linear), represente (aleatoriamente) os cinco pontos e os desvios neste grfico e interprete. 22. O professor de instrumentao precisa fazer uma clula de carga, a qual utiliza um cilindro. Ele pediu para o monitor da disciplina conseguir algum material na sucata e trazer as medidas. Sabendo que a medidas do dimetro foi feita com um micrmetro com uma incerteza de 0.01 mm e a altura com um paqumetro com incerteza (para simplificar) de 0,1 mm, calcule a rea desta total deste cilindro, com sua respectiva incerteza, sabendo que as medidas foram: (dimetro) d=10 mm e (altura) h= 25 mm. 23. Qual a resoluo (considerando o instrumento livre de qualquer rudo externo) de um voltmetro digital de 6 e dgitos na escala de 20 V? (explique e faa o esboo do display).

  • Lista de exerccios ENG04042 24. Considere que voc tem um sensor de temperatura que tem uma sensibilidade de 1 mV/C. Considere tambm que voc precisa fazer um termmetro para a disciplina de instrumentao com uma faixa de entrada de -20 a 100C. Calcule a resoluo (livre de rudo externo e considerando as condies ideais) se o sensor for ligado diretamente a uma placa AD de 12 bits com uma faixa de entrada de: a) 5 V a + 5 V: b) Considere agora que seja utilizado um amplificador ideal com ganho 20 (multiplica a sensibilidade do sensor por 20). Recalcule a resoluo da medida: 25. Projete um voltmetro com escalas de 100 V e 20 V, utilizando um galvanmetro. Voc est livre para fazer a o circuito. Considere, no entanto que o galvanmetro possui uma resistncia interna de 10 e um fundo de escala de 1 mA. 26. Refaa a questo anterior, no entanto, montando 2 ampermetros simples com apenas uma escala de 5 A e outro de 30 A. Utilizando o mesmo galvanmetro. 27.Considerando que voc possui 2 Ampermetros (A)2 Voltmetros (V) e2 Wattmetros (P), insira os mesmos no circuito abaixo, medindo tenso de R5 e R2, corrente de R5 e R2 potncia de R5 e da fonte.Por favor redesenhe o circuito para inserir os instrumentos. 28. Conhecendo o conceito de rastreabilidade, cite um exemplo de aplicao onde se faz uso da mesma. 29. Cite 5 sensores explicando o seu princpio de funcionamento. 30. Considerando, na figura abaixo que o rudo apresenta uma excurso de 20 mV, calcule o valor RMS desse sinal.

    31. Fornea as unidades de sensibilidade dos seguintes sensores: PT100, termopar, extensmetro de resistncia eltrica, rgua resistiva para medio de deslocamento. 32. Defina histerese e zona morta. 33. Cite 3 exemplos de resoluo de entrada e resoluo de sada.

  • Lista de exerccios ENG04042 34. A Figura abaixo mostra a curva de resposta de um sensor. Observe que a mesma no linear. Porm foi traada uma reta que a melhor representao linear daquela curva. Calcule a sensibilidade deste sensor (baseado na reta ajustada). Sabe-se que E1=10, E4=50, S3=30, S2=20, S0=-15.

    35. Um resistor tem resistncia (medida) R=100. aplicado neste resistor uma tenso de (medida) 10V. Sabendo que o instrumento utilizado (nas medidas da resistncia e tenso) um multmetro Tektronix TEKDMM 155 (3 DGITOS), cujas especificaes esto na tabela abaixo. Calcule o valor da potncia e sua incerteza., utilizando a seguinte relao: .

    2EPR

    =.

    Escala de resistncia - 200 Escala de tenso DC 20V

    1.2% da leitura + 2 dgitos 0.7% da leitura + 2 dgitos Para efetuar o clculo da incerteza relativa ao instrumento e a sua escala proceda calculando o erro quadrtico dos parmetros fornecidos:

    ( ) ( )2 2%incerteza leitura dgitos= + onde n dgitos significam a variao de n unidades no dgito menos significativo (mais a direita). exemplo: escala de 200 com o ohmmetro medindo 100, o visor do instrumento mostra 100,0 (pois este um instrumento 3 e dgitos). Neste caso:

    ( ) ( )2 21, 2 0, 2 1, 2incerteza = + 36. Voc tem um equipamento que tem uma sada de -200 a 200 mV que indica fora de -500 a 500 Kgf (compresso e trao). Calcule a resoluo desta me

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