Introdução à Eletrônica Analógica: A Ponte de Wheatstone e Sensores

ELTA00 Introdução à Eletrônica Analógica Prof Décio Rennó A ponte de Wheatstone A ponte de Wheatstone é um arranjo de componentes que permite a medição com extrema precisão A ponte de Wheatstone Quando equilibrada a corrente no medidor galvanômetro é zero A ponte de Wheatstone As resistências R1RX e R2R3 formam divisores de tensão V1 V2 No equilíbrio V1 V2 A ponte de Wheatstone V1 V2 V 1V RX R1RX V 2V R3 R2R3 RX R1 R3 R2 Resolvendo A ponte de Wheatstone Utilizando um resistor ajustável em R2 e o de teste em RX RX R1 R3 R2 RX R3R1 R2 A ponte de Wheatstone Qualquer desequilíbrio produz uma diferença de potencial no ponto central Baseado nesse princípio ela é utilizada em Medições de resistências desconhecidas Medições de temperatura com transdutores Outros transdutores resistivos Strain Gauge A ponte de Wheatstone Exemplo de uso do Strain Gauge com ponte de Wheatstone Fonte Learnchanneltvcom Medições Diagrama de blocos de um sistema de medição Variáveis físicas Pressão temperatura etc Transdutores Sensores Tratamento Condicionamento Conversão AD Sistema digital Grandeza física Sinal elétrico analógico Sinal elétrico analógico Sinal elétrico digital Medições Sensores Respondem ao serem estimulados por um fenômento físico Medições Transdutores Convertem um tipo de energia em outra Medições Condicionamento do sinal Ajustam os sinais analógicos para conversão em digital Sensores Exemplo de sensores Luz Som Temperatura Pressão Radiação Resistência Corrente Potência Movimento Proximidade Outros Sensores Smart Sensor Sensor Interface analógica Conversor para sinal digital Interface de comunicação Sensor inteligente Autoteste Autoajuste Outros Sensores de distância Podem medir comprimento de peças níveis de reservatórios e muitos outros O Sensor ultrasom é muito utilizado em veículos para controle de distância Sensores de distância O tempo de retorno determina a distância Sensores de temperatura São vários tipos e depende a aplicação Medição por infravermelho Sensores de temperatura Termopar A diferença de potencial na junção de dois metais varia com a temperatura Sensores de Pressão A maioria se baseia em sistemas mecânicos A pressão ajusta a resistência Sensores de umidade Dependem do ambiente e da aplicação Umidade do ar Umidade do solo Sensores de proximidade Sensor de proximidade indutivo Imagem sensores Siemens Sensores de proximidade Sensor de proximidade indutivo Imagem sensores Siemens Sensores de proximidade Sensor de proximidade capacitivo Detectam vidro papelão plásticos e outros isolantes Possuem ajuste de sensibilidade Sensores de barreira Sensor de barreira óptica por difusão A luz é refletida pelo próprio objeto Sensores de barreira Sensor de barreira óptica por reflexão A luz é refletida por um espelho Sensores de barreira Sensor de barreira óptica por luz direta O transmissor e o receptor são separados Amplificador diferencial O amplificador diferencial utiliza um circuito subtrator para amplificação de sinais V oV 2 Rf 2 R2RF2 R1RF 1 R1 V 1 RF 1 R1 Amplificador diferencial Com a entrada não inversora aterrada podemos amplificar um sinal V oV 2 Rf 2 R2RF 2 R1RF1 R1 V 1 RF1 R1 V o V 1 RF1 R1 V o0 Rf 2 R2RF2 R1RF1 R1 V 1 R F1 R1 Amplificador diferencial O mesmo pode ser feito com a entrada inversora aterrada V oV 2 Rf 2 R2RF 2 R1RF1 R1 V 1 RF1 R1 V oV 2 Rf 2 R2RF 2 R1RF1 R1 0 RF1 R1 V oV i Rf 2 R2RF2 R1RF1 R1 Amplificador diferencial Além de amplificar podemos deslocar os sinais aplicando tensão contínua V oV iVR Rf 2 R2R F2 R1RF1 R1 Isso mostra a grande flexibilidade deste amplificador Amplificador diferencial No modo comum as duas entradas recebem o sinal de uma única fonte Amplificador em modo comum Amplificador diferencial O ruído é cancelado no modo comum Ruídos Impedância de entrada A entrada do amplificador drena corrente Zin Amplificador de instrumentação A utilização de buffers eleva a impedância Vi11 R 2 R1 Vi21 R2 R1 Amplificador de instrumentação Configuração melhorada Nesta configuração o modo comum é rejeitado no primeiro estágio Amplificador diferencial Formas de onda Ti me 0s 2ms 4ms 6ms 8ms 10ms 12ms 14ms 16ms 18ms 20ms V Vi V RL 1 12V 8V 4V 0V 4V 8V 12V Amplificador diferencial Circuito integrado para instrumentação