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MIEM – Inst. para Medição FGA 2014 2
Cadeia de Medição
É composta por dois grandes blocos:
Transdutor
Sistema deAquisição,Registo e Apresentaçãode Dados
mensurada(grandeza física a medir)
Sinal, eléctrico, de saída do Transdutor:tensãocorrentepalavra binária
medida
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Cadeia de Medição
Transdutor:
Corpode
Prova
Condicionamentode
SinalSensor
mensurada(grandeza física a medir)
grandeza físicamensurável
Sinal, eléctrico,de saída do Sensor:impedânciacargatensãocorrentefrequência ...
Sinal, eléctrico, de saída do Transdutor:tensãocorrentepalavra binária
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Cadeia de Medição
Sistema de Aquisição, Registo e Apresentação de Dados:
Osciloscópio
Multímetro (amperímetro, voltímetro e ohmímetro)
Frequencímetro
Instrumento Virtual• Computador• Placas de aquisição de dados• Software – Interface gráfica
“Data Logger”
Registador em Papel
...
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Aquisição, Registo e Apresentação de Dados
Apresentam, hoje em dia, uma arquitectura comum:
Digitalizador• realiza a conversão Analógico - Digital• é responsável pela Aquisição de Dados
Sistema informático• composto por um ou mais microcomputadores• é responsável pelo Registo e Apresentação de
Dados• permite a interligação entre diferentes
instrumentos
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Sistemas de Aquisição
Conversão Analógico - Digital
Realizada por um conversor analógico-digital (“A/D converter” ou ADC)
• Dispositivo que converte um sinal de tempo contínuo e amplitude contínua, v(t), num sinal de tempo e amplitude discretos
• v(t) está compreendido numa gama definida, VFS
• É usada uma lei de quantização que representa todos os valores analógicos da entrada num número finito de códigos digitais na saída
• Cada código representa um intervalo da gama analógica total da entrada
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Sistemas de Aquisição
Conversão Analógico - Digital
Amostragem Quantização Codificação
v(t) v(k) V(k) 0010 1001
Tempo contínuoAmplitude contínua
Tempo discretoAmplitude contínua
Tempo discretoAmplitude discreta
Sinal digital
VFSfs
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Conversão Digital - Analógica
Alguns tipos de ADCs usam DACs
Qual a função pretendida?
Exemplo:• Conversor D/A,
unipolar, de 4 bits
• A cada um dos 16 códigos em binário natural corresponde uma tensão diferente
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Conversão Digital - Analógica
Uma implementação conceptual
Vo = -Rf
[(vr ·MSB/R1 )+ (vr ·BIT2/R2 )+ (vr ·BIT3/R3 )+ (vr ·LSB/R4 )]
Vo = 10
[(1/2 )
MSB + (1/4 )
BIT2 + (1/8 )
BIT3 + (1/16 )
LSB]
A tensão Vo pode variar entre:
(0000)2
0 V, e
(1111)2
(15/16 )
10 V• max Vo = ((2n-1)/2n)
VFS
• LSB
(1/2n)
VFS
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Conversão Analógico - Digital
Qual a função pretendida?
Exemplo:• Conversor A/D,
unipolar, de 4 bits• A cada um dos 16
intervalos de tensão corresponde um código binário diferente
• Resolução da conversão:• 1 LSB
(1/2n)
VFS
• Incerteza da quantização:• ±½LSB
±(½)·VFS /2n
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Conversão Analógico - Digital
Conversor A/D de aproximações sucessivas
A tensão a converter é amostrada (sampled) e memorizada (held)
• Mantém-se constante durante a conversão
É comparada com a saída de um DAC
É feita uma procura do código a inserir no DAC que conduz a uma diferença mínima entre as duas tensões
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Conversão Analógico - Digital
Conversor A/D de aproximações sucessivas
Como procurar o código a inserir no DAC?• Contador up-down• Bissecções sucessivas
• O tempo de conversão cresce linearmente com o nº de bits
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Digitalizadores
Parâmetros mais relevantes
Número de canais de entrada
Tipo de entrada• Referida a zero• Diferencial
Taxa ou frequência de aquisição (kHz ou kSamples/s)
Resolução do conversor A/D (n – nº de bits do ADC)
Gama de entrada• Unipolar (0 a 5 V ou 0 a 10 V, por exemplo)• Bipolar (-5 a +5 V ou -10 a +10 V, por exemplo)
Resolução da conversão• gama de entrada / 2n