Técnicas de Instrumentação
Código
7474
Unidade Orgânica
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento
Departamento de Ciências dos Materiais
Créditos
6.0
Professor responsável
Rodrigo Ferrão de Paiva Martins, Rui Alberto Garção Barreira do Nascimento Igreja
Horas semanais
5
Total de horas
100
Língua de ensino
Português
Objectivos
A disciplina de Instrumentação pretende dar formação em análise de circuitos e uma visão global sobre os diferentes instrumentos utilizados para medir grandezas, em que a base fundamental consiste em se transformar o sinal a medir num sinal eléctrico. Neste sentido, é imprescindível que os alunos saibam analisar circuitos eléctricos passivos e activos, em regime estacionário e transiente. Para além disso, é importante que os alunos conheçam a simbologia eléctrica e de desenho de circuitos que se utiliza.
Em termos de medidores, é importante que os alunos saibam como funcionam os medidores analógicos e digitais e o que os distingue, para além de saberem que tipos de transdutores de sinal existem e como interactuam com a grandeza a medir.
Finalmente pretende-se dar uma visão dos sistemas de medida e da sua necessidade, no campo vasto da Engenharia de Controlo e Teste.
Pré-requisitos
Conhecimentos básicos de análise matemática I e de Física.
Conteúdo
1. Componentes Básicos e Circuitos Eléctricos
Quantidades eléctricas e suas unidades: carga, corrente, voltagem e potência. Direcção da corrente e polaridade da tensão. Fontes ideais de tensão e corrente. Fontes dependentes. Resistência e Lei de Ohm.
2. Leis das Correntes e das Tensões
Noções de nó, caminho, malha e ramo. Leis de Kirchhoff (KCL e KVL). Análise de circuitos série e paralelo. Combinação em paralelo e série de IGNOREes. Divisor de tensão e de corrente. Ligações de massa.
Instrumentos de medida. Erros em instrumentação. Medidores DC: circuito potenciométrico, medidor d''''''''Arsonval, voltímetro, amperímetro a ohmimetro, sensibilidade dos instrumentos de medida, resistência interna e resistência de carga.
3. Análise Nodal e de Malhas
Análise nodal. A técnica dos supernós. Análise de redes. A técnica das superredes. Diferenças entre a análise nodal e de redes.
Transistores bipolares (BJT) em DC.
4. Técnicas de Análise de Circuitos
Sobreposição. Transformação de IGNOREes na simplificação de circuitos. Teoremas de Thévenin e Norton. Máxima transferência de potência. Transformações estrela triângulo para redes resistivas.
Medidas de resistência: ponte de Wheatstone. Circuitos em meia ponte e um quarto de ponte. Ponte de Kelvin.
5. Amplificadores Operacionais
Unidades constitutivas do Amplificador Operacional (par diferencial, circuitos de amplificação de tensão, estágios finais de amplificação de potência). O modelo ideal. Aplicações: Seguidor de tensão. Amplificador inversor e não inversor. Somador.
Amplificador de Instrumentação. Amplificação do sinal proveniente de uma ponte de Wheatstone. Conversor corrente-tensão.
6. Condensadores e Indutores
Relação tensão-corrente no condensador ideal. Relação corrente-tensão num indutor ideal. Cálculo de energia armazenada em condensadores e indutores. Análise da resposta temporal em condensadores e indutores. Combinações série e paralelo em condensadores e indutores. Constante de tempo em circuitos RC e RL.
Circuitos diferenciadores e Integradores.
Resposta natural e forçada de circuitos. Circuito RLC. Frequência de ressonância e factor de amortecimento em circuitos RLC série e paralelo. Amortecimento crítico e subamortecimento.
Circuitos de atraso, de disparo e de ignição.
7. Análise sinusoidal
Características das funções sinusoidais. Representação em forma de fasor. Conversão entre o domínio do tempo e da frequência. Impedância e Admitância. Combinação série e paralelo no domínio da frequência. Aplicação das técnicas no domínio da frequência à análise de circuitos.
Utilização do medidor d''''''''Arsonval para medição de sinais AC. Rectificadores. Pontes de medida em AC: balanceamento de uma ponte de impedâncias, ponte de Wien, ponte de Maxwell, ponte de Schering.
Potência instantânea, potência média. Valor quadratico médio. Potência reactiva. Relação entre a potência complexa, média e reactiva. Factor de potência e de carga.
8. Aparelhos e técnicas de Medida (Introdução)
Multímetro digital, osciloscópio, electrómetro, lock-in.
9. Transdutores (Introdução)
Classificação dos transdutores. Transdutores de posição (resistivos) , deformação (extensómetros), capacitivos, indutivos, piezoeléctricos, temperatura, ultra-sons, fotoeléctricos.
Técnicas de condicionamento de sinal para os vários transdutores.
Bibliografia
- Folhas de sumários alargados organizados por Rodrigo martins e respectiva bibliografia apensa
- Fundamentals of Electric Circuits, Charles K. Alexander, Matthew Sadiku, MacGraw-Hill, 2004
- The Art of Electronics, Paul Horowitz, Winfield Hill, Cambridge University Press 2001
- Electronic Instruments and Measurements, Larry Jones, Foster Chin, Prentice-Hall.
Método de ensino
O método de ensino assenta em três tipos de aulas: Teóricas, com presença registada para efeitos estatísticos e com descriminação positiva (valorização pontual entre 0,5 a 1 valor para quem participe em 100% ou 90% das aulas); aulas teórico práticas (resolução de problemas) e de laboratório, de presença obrigatória e que determina a frequência dos alunos.
Método de avaliação
Frequência
Para a obtenção de frequência, os alunos devem ter aproveitamento (nota >=9,5) à componente prática (MA1 e MA2 - ver abaixo) e ter realizado todos os trabalhos Laboratoriais. A não realização de qualquer dos momentos de avaliação 1 ou 2 exclui os alunos da possibilidade de obter frequência.
Avaliação Continua
- MA1 - Realização de mini-relatórios dos trabalhos práticos em grupo
- MA2 - Discussão individual (teórica e prática) sobre os mini-relatórios.
- MA3 e MA4 - Dois testes escritos.
- AS - Avaliação sumativa (presença e participação dos alunos nas aulas).
A nota final é calculada do seguinte modo:
NT (nota dos testes) = (MA1+MA2)/2 arredondado às décimas
NF = 0,50*NT +0,25*MA1+0,20*MA2+0,05*AS
Se a presença do aluno ao conjunto das aulas for inferior a 60% do número de aulas AS será zero.
Dispensa de exame
Serão dispensados de exame os alunos que cumulativamente obtenham as seguintes condições:
1. NF igual ou superior a 9,5 valores.
2. Nota de ambos os testes >= 8 valores
Avaliação por exame
São admitidos a exame todos os alunos com frequência.
A nota final, neste caso será calculada da seguinte forma
alunos c/ frequência 2012/2013:
NF = 0,55*nota de exame + 0,25*MA1+0,2*MA2
alunos c/ frequência anterior a 2012/2013:
NF = 0,55*nota de exame + 0,45*nota de frequência
Em ambos os casos para obter aprovação a nota de exame deve ser >= 9,5 valores.