Instrumentação cap 2 - Conceitos - Conceitos de Instrumentação
Instrumentação e Controle Capitulo 02 Conceito de Instrumentação 2
2- CONCEITOS DE INSTRUMENTAÇÃO 23
2.2 – CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES 25
2.4 – CLASSIFICAÇÃO DOS INSTRUMENTOS 28
2.4 – SÍMBOLOS e IDENTIFICAÇÃO 28
Índice 2.1 - DEFINIÇÕES _ 23 2.5 - EXERCÍCIOS _ 30
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Capítulo 02 2- CONCEITOS DE INSTRUMENTAÇÃO
A instrumentação é a área da engenharia que engloba as atividades relacionadas a medição de grandezas físicas para monitoração ou controle de sistemas de automação. Trata também do desenvolvimento de novos dispositivos de medição e controle.
Ao longo do processo de industrialização que nossa sociedade presencia foi surgindo a necessidade da medição das mais diversas grandezas físicas. Quanto mais mais competitivas se tornam as economias, mais complexos se tornam os processos industriais. A instrumentação é uma área que está sempre em desenvolvimento e é cada vez mais utilizada, principalmente com a massificação de processos automatizados.
Na grande maioria dos processos automáticos é necessário uma realimentação do processo. A realimentação consiste na medição de variáveis de saída do sistema controlado e na comparação destas variáveis com valores de referência. A diferença é informadas ao controlador do processo para que o mesmo gere uma ação de controle adequada (conforme visto no capítulo 01).
A instrumentação viabiliza o processo de realimentação. Como existem inúmeros processos envolvendo as mais diversas grandezas físicas foram desenvolvidos instrumentos de medição para atender as exigências de cada aplicação.
No estudo da instrumentação é necessário que sejam verificados certos conceitos gerais que englobam um grande número de dispositivos. Desta forma ficará facilitada a compreensão do uso da instrumentação nos sistemas de controle.
São dispositivos, que modificam a variável manipulada, com o objetivo de corrigir a variável controlada. Recebem portanto um sinal proveniente do controlador e agem sobre o sistema controlado. Trabalham com um nível de potência elevado. Exemplo de atuadores:
- Válvulas (Pneumáticas, Hidráulicas) - Relés (Estático, Eletromecânico)
- Cilindro (Pneumáticos, Hidráulicos)
- Motores (Step-motor, Syncro, Servomotor)
- Solenóides
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Termo empregado para dispositivos sensíveis a alguma forma de energia sensibilizante. Esta energia sensibilizante (luz ,calor, movimento,) traz informação sobre uma grandeza que precisamos medir (temperatura, pressão, velocidade, corrente, aceleração, posição, etc.).
Um sensor nem sempre tem as características elétricas necessárias para ser utilizado de imediato em um sistema de controle. Normalmente o sinal de saída deve ser trabalhado antes do seu emprego. Diz-se neste caso que segue-se ao sensor propriamente dito um circuito de interface para adequação do sinal.
Suponha que a saída de um sensor ao ser sensibilizado por uma energia externa, é dada por um nível de tensão muito baixo. Torna-se necessário uma amplificação do mesmo. Esta interface seria então um amplificador capaz de elevar o nível do sinal para sua efetiva utilização.
É a denominação de um dispositivo completo, usado para transformar uma grandeza qualquer em outra que pode efetivamente ser utilizada pelo dispositivos de controle. Neste sentido podemos considerar um transdutor como uma interface entre o sensor e o circuito de controle ou eventualmente entre o controle e o atuador.
Os transdutores transformam uma grandeza física (temperatura, pressão, etc) em um sinal de tensão ou corrente que pode ser facilmente interpretado por um sistema de controle.
2.1.4 - Transmissor:
Dispositivo que prepara o sinal de saída de um transdutor para utilização a distância, fazendo certas adequações ao sinal.
Estas adequações são os chamados padrões de transmissões de sinais.
Um exemplo bastante conhecido é o "loop" 4 à 20mA, que um padrão de transmissão de sinais em corrente.
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Figura 2.1 - Possibilidades de configurações dos sensores 2.2 – CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES
Há uma série de características relacionadas aos sensores que devem ser levadas em consideração na hora da seleção do instrumento mais indicado para uma dada aplicação.
2.2.1 : Tipos de saída:
- Digital ou Binária: A saída do dispositivo (transdutor ou sensor) é discreta ou seja só assume valores "0" ou "1" lógicos. (Também denominadas saída liga-desliga ou On-Off). Este tipo de sensor só é capaz de indicar se uma grandeza física atingiu um valor pré-determinado (ex: Pressostatos, termostatos, chaves de nível, fluxostato, etc.).
Fig.2.2: Sensor binário: A saída só varia quando a entrada atinge um valor predeterminado
Transdutores com este tipo de saída são largamente utilizados em controle de sequência de eventos com uso de controladores lógico programáveis.
Grandeza Física na entrada
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Existem sensores digitais cujas saídas são codificadas (BCD, código
Gray, etc.) ou simplesmente uma seguencia de pulsos cuja freqüência nos informa quantitativamente a grandeza a ser medida.
- Analógicas : O Transdutor possue uma saída contínua. Neste caso a saída do Transdutor é quase uma réplica da grandeza física de entrada. Ex. : Célula de carga, transdutor de pressão analógico, etc.
Figura 2.3: O gráfico da saída de um Transdutor analógico (em tensão ou corrente) é a réplica do sinal de entrada.
Sensibilidade (ou ganho) é a razão entre saída e entrada para um dado sensor ou transdutor: S = {Entrada / Saida }
No caso de sensores analógicos, a sensibilidade está ligada a relação entre uma variação na grandeza em questão e a variação na medida fornecida pelo instrumento, ou seja, um sensor muito sensível é aquele que fornece uma variação na saída para uma pequena variação da grandeza medida(de entrada).
É o erro da medida realizada por um transdutor, em relação a um medidor padrão. Segundo o VOCABULÁRIO INTERNACIONAL DE TERMOS
FUNDAMENTAIS E GERAIS DE METROLOGIA exatidão é a aptidão de um instrumento de medição para dar respostas próximas a um valor verdadeiro.
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É a característica relativa ao grau de repetibilidade do valor medido por um transdutor.
Apesar destas definições serem atualmente padronizadas, existem autores e principalmente fabricantes, que se referem a essa característica como sendo o erro relativo máximo que o dispositivo pode apresentar.