Técnicas de Instrumentação

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.

Caracterização geral

Código

7474

Créditos

6.0

Professor responsável

Rodrigo Ferrão de Paiva Martins, Rui Alberto Garção Barreira do Nascimento Igreja

Horas

Semanais - 5

Totais - A disponibilizar brevemente

Idioma de ensino

Português

Pré-requisitos

Conhecimentos básicos de análise matemática I e de Física.

Bibliografia

- Powerpoints das aulas teóricas.

- 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 laboratorial.

Componente Laboratorial

Para ter aproveitamento à componente laboratorial os alunos têm que ter realizado todos os trabalhos práticos no laboratório e apresentar relatórios desses trabalhos (MA1). Será ainda realizada uma discussão individual sobre os trabalhos práticos e correpondentes relatórios (MA2)

MA1 - Mini-relatórios dos trabalhos práticos em grupo

MA2 - Discussão individual sobre os TPs e mini-relatórios.

A nota da componente laboratorial é dada por:

NP = 0,6*MA1+0,4*MA2 (arredondado às décimas)

Componente Teórico-Prática

A avaliação teórico-prática é realizada através de dois testes escritos. (T1 e T2)

A nota da componente teórico-prática é dada por:

NTP = 0,5*T1+0,5*T2 (arredondado às décimas)

Componente Sumativa

A componente de avaliação sumativa envolve um conjunto de momentos de avaliação que compreendem a presença nas aulas teóricas e teórico-práticas, chamadas ao quadro para resolução de problemas, etc. A média ponderada desses elementos de avaliação determina a nota da avaliação sumativa (AS). Se a presença do aluno nas aulas teóricas ou teórico-práticas for inferior a 60% do número de aulas a AS será de zero valores. 

Dispensa de exame

Serão dispensados de exame os alunos que obtenham frequência e NTP (média dos testes) e nota final (NF) ambas superiores a 9,5 valores. Em que a NF é calculada segundo a expressão:

          NF = 0,55*NTP +0,40*NP+0,05*AS (arredondado às unidades)

Avaliação por exame

A nota final, neste caso será calculada da seguinte forma

         NF = 0,60*nota de exame + 0,40*NP (arredondado às unidades)

Para o aluno ter aprovação a nota de exame tem que ser >= 9,5 valores.

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.

Cursos

Cursos onde a unidade curricular é leccionada: