Técnicas de Instrumentação
Objetivos
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
Carlos Jorge Mariano Miranda Dias
Horas
Semanais - 4
Totais - 76
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: