Lista de Exercícios sobre Sensores de Temperatura e Transdutores

14112017 1 Lista de Exercícios 1 Um sistema de medição de temperatura onde aplicase um termopar do tipo K esta operando com uma temperatura de 600C Qual o valor da tensão que será gerada pelo sensor Resp 25 mV 2 Um sistema de medição de temperatura onde aplicase um termopar do tipo J esta gerando uma tensão de 10 mV Qual o valor da temperatura de operação do processo Resp 200C 3 Um processo opera com a temperatura de 800C foi solicitado para projetarmos uma malha de medição de temperatura com as seguintes premissas melhor resolução e a temperatura de trabalho não deve ser maior que 70 da faixa de medição do sensor qual sensor deverá ser aplicado Resp Tipo K 4 Considere a seguinte situação em um teste para seleção de um candidato é solicitada a substituição de um sensor do tipo PT100 Entretanto no almoxarifado todos os sensores estão misturados PT100 NTC e termopar Considerando que você pode utilizar uma fonte de calor de 0 a 100 C um termômetro de mercúrio e um multiteste que procedimento você deve seguir para escolher o PT100 entre os outros sensores 14112017 2 Ω C 5 A curva abaixo foi levantada e linearizada em laboratório Informe Este sensor é do tipo PT100 Justifique Este sensor é do tipo NTC Justifique Este sensor é do tipo PTC Justifique Qual a função de transferência que representa a curva abaixo Resp R 1285 x T 22857 Utilizando a função de transferência determine a resistência equivalente para a temperatura de 32C Resp R 18745 Ω 0 50 100 150 200 250 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 14112017 3 6 A curva abaixo foi levantada e linearizada em laboratório Informe Este sensor é do tipo PT100 Justifique Este sensor é do tipo NTC Justifique Este sensor é do tipo PTC Justifique Qual a função de transferência que representa a curva abaixo Resp TC 15800 x R 175 Utilizando a função de transferência determine a resistência equivalente para a temperatura de 22C Resp 240Ω 7 Um transdutor tem uma sensibilidade de 002VC Determine a tensão gerada pelo sensor o numero de bits adequado para medição da temperatura de 0 a 100C com 01C de resolução o erro de quantização em tensão Determine também o ganho do amplificador se utilizar um conversor AD com tensão de entrada igual a 10V Resp 2V 10 bits erro de quantização em volts 4878 mV e ganho igual a 5 14112017 4 8 Um sensor esta instalado a 100 m de distância da ponte de Wheatstone na instalação utiliza um fio condutor com 1 mm de diâmetro a resistividade do material é de 3925 X 10 5 Ωm na condição inicial a resistência do sensor tem valor igual a 10kΩ R1 e R2 igual a 5kΩ na posição R3 instalamos um potenciômetro de 30kΩ determine o valor ajustado em R3 para que a tensão de saída seja igual a zero Considere E 10V qual a tensão de saída quando a resistência do sensor for igual a 5 e 25 kΩ Resp R3 deve ser ajustado para 20 kΩ VS 05 e 0857 V 9 O Sensor instalado no circuito abaixo irá operar com a temperatura de 120 a 320C considerando os dados abaixo Determine a tensão de excitação para que a potencia máxima dissipada pelo sensor seja 005W a tensão de saída da ponte para os valores de operação Dados Função de transferência do sensor RΩ TC x 1 320 Sinal de saída do amplificador 120C 0V e 320C 5V R1 R2 R3 1kΩ Resp E 1535 V VS para 120C 2985V e 320C 1685V 14112017 5 10 Considerando um sistema digital para indicação de tensão alternada com valor máximo de 220 VRMS aplicado como sensor um TP 100010 o sinal será enviado a um conversor digital analógico com tensão máxima de entrada igual a 10VCC Para o projeto considere todos os elementos como ideais Elabore o desenho do circuito de condicionamento indique os valores de cada componente Determine o numero de bits do conversor para obter uma resolução de 01 do fundo de escala do sistema de medição Cuidado o sinal é senoidal e a entrada do conversor é sinal contínuo 220 Vca 0991 Vcc 909 kΩ 1k Ω μP 10 Vcc Numero de bits 10 22 Vca 14112017 6 11 Após levantamento de dados de um sensor de temperatura obtivemos as seguintes funções yΩ 01046 x C 14497 e R2 0687 yΩ 7652 ln x C 16514 e R2 09079 Iremos utilizar este sensor para montagem de um indicador de temperatura que irá operar de 30 a 100C caso seja necessário o sinal será linearizado via software uma Ponte de Wheatstone e um amplificador será utilizado para converter o sinal em tensão e adequar a tensão ao valor máximo do conversor binário que terá 7 bits Considere tensão de excitação igual a 10 V R1 R2 e R3 150Ω Tensão máxima de entrada no conversor 5Vcc Determine a potencia máxima que será fornecida pela fonte de excitação a tensão de saída para o valor mínimo e máximo a resolução do conversor em C o erro relativo ao fundo de escala a configuração e o ganho do amplificador a ser utilizado Elabore o desenho do circuito de condicionamento indique os valores de cada componente Resp VS para 30C 1885 mV e 100C 3591 mV ganho 1392 resolução 055C erro relativo 028 Pot máx 6906mW 12 O circuito a seguir possui um sensor de força instalado na ponte de Wheatstone com função de transferência RΩ 01 x F 120 força em N e o sensor LM 335 é um sensor de temperatura com sensibilidade de 11 ΩC Determine Para as condições apresentadas no circuito qual a força aplicada no sensor Resp Força 0N Qual o valor de saída quando aplicado uma força de 100N e temperatura igual a 20C Resp Vo 1727V 14112017 7 25 Ω 25 Ω Resposta 130 Ω 22 Ω 100 mV 266 V 10 V 973 V 1727 V 14112017 8 13 Circuito de medição de temperatura utilizando um PT 100 com tensão de excitação igual a 5V RL1 RL2R1R2100Ω R3 250 Ohms valor do potenciômetro ajustado para compensar RL1 e RL2 e equilibrar a ponte quando PT100 for 0C Qual o valor de RL1 Resp 75Ω Qual será a tensão EAB quando a temperatura no sensor for 0 100 e 300 C Resp 141 mV e 3537 mV Considerando que o sistema de medição irá operar medindo de 20 a 150C qual a potencia máxima e mínima fornecida pela fonte e consumida pelo sensor Resp 1413 mW 1327 mW 237 mW e 2101 mW Determine o ganho do amplificador e a configuração do amplificador para adequar o sinal de entrada do microprocessador mas 150C deverá equivaler a 75 do fundo da escala de indicação Resp ganho igual 1857 14112017 9 14 Um sistema utiliza um termopar para medir a temperatura de uma caldeira A relação tensão x temperatura do termopar esta representada no gráfico abaixo Projete um circuito de condicionamento para atender a relação tensão x temperatura apresentada no gráfico da direita Considerando um erro de 1C defina o numero de bits do conversor AD Resposta 1415 k Ω 1k Ω 10 k Ω 10 k Ω 10 k Ω 10 k Ω 303 mV 350 mV 5 303 V 5 V Numero de bits será igual a 8 14112017 10 15 Um sistema para a medição de força possui uma relação tensão x força conforme gráfico apresentado Desejase utilizar um display que possui uma relação corrente x unidade de acordo com o gráfico apresentada Projete um circuito condicionador para um medidor de força de 0 a 200N considere a resistência interna do display igual a 5000Ω Vo mV U 5 500 0 400 100 0 200 N F N I mA mV Resposta 3333 k Ω 1k Ω 10 k Ω 10 k Ω 10 k Ω 10 k Ω 333 V 400 mV 1333 V 2 mA μP 5 k Ω 10 V