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
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, tensãoe 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.
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.
Transistores bipolares (BJT) em DC.
3. Técnicas de Análise de Circuitos
Sobreposição. Teoremas de Thévenin e Norton. Máxima transferência de potência.
Medidas de resistência: ponte de Wheatstone. Circuitos em meia ponte e um quarto de ponte. Ponte de Kelvin.
4. Transistores bipolares (BJT) - Introdução
Transistores bipolares (BJT) em DC.
5. Amplificadores Operacionais
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.
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.
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);avaliação continua da componente teórica através da resolução de questões, a realizar em sala de aula após a sua exposição ou como trabalho tutorial dos alunos, um conjunto por grande área lecionada. Perspetivam-se a realização de 8 grandes conjuntos, dos quais 4 serão tipo inquérito de resposta verdadeiro ou falso; 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).
- AC- avaliação continua da componente teórica, traduzida em questões dadas aos lunos para serem resolvidas. Os alunos com avaliação tutorial positiva estão dispensados da componente teórica dos testes. Para o primero teste contam as avaliações tutoriais até ao primeiro e para o segundo teste, as avaliações tutoriais que decorrem entre o primeiro e o segundo teste. Os alunos que não obedecerem a estas condições terão de efetuar os testes a as médias são obtidas de acordo com ass formas que se seguem:
A nota final é calculada do seguinte modo:
NT (nota dos testes) = (MA3+MA4)/2 arredondado às décimas
NF = 0,40*NT +0,17*AC+ 0,25*MA1+0,15*MA2+0,03*AS
Se a presença do aluno ao conjunto das aulas for inferior a 60% do número de aulas AS será zero.
Para alunos com frequência:
NF = 0,40*NT + 0,17*AC+0,40*nota de frequência+0,03*AS
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 em pelo menos um dos testes > 8.5 valores
Avaliação por exame
A nota final, neste caso será calculada da seguinte forma
alunos s/ frequência:
NF = 0,55*nota de exame + 0,25*MA1+0,2*MA2
alunos c/ frequência:
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.