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InstrumentaoCaptulo 6.Medio de
Presso
6.1Introduo
RespostaDinmica
DispositivosMecnicosde Mediode Presso eCalibrao
SensoresEletrnicosBaseados emDiafragma
InstrumentaoCaptulo 6. Medio de Presso
Universidade Federal do Cear
22 de setembro de 2014
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InstrumentaoCaptulo 6.Medio de
Presso
6.1Introduo
RespostaDinmica
DispositivosMecnicosde Mediode Presso eCalibrao
SensoresEletrnicosBaseados emDiafragma
Termos e definies
A presso expressa em unidades de tenso (F/A) e, emum sentido geral, pode ser considerada um dos tipos detenso (normal);Presso Absoluta: Valor absoluto de F/A exercido em umfluido;Presso Manomtrica: Diferena entre a presso absoluta ea presso atmosfrica local, a qual tomada comoreferncia.
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Principais Configuraes de Sensores/Instrumentos
Faixas de operao:
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Natureza da grandeza presso
Tem origem na transferncia de quantidade de movimento entreas molculas do fluido e a superfcie sobre a qual exercida.
Para um gs ideal:
p =13nmvrms (1)
onden a densidade em base molar;m a massa molar;vrms a velocidade molecular rms.
Tambm pode-se mostrar que:
vrms =
3kTm
(2)
ondek a constante de Boltamann;T a temperatura absoluta (K).
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Consideraes Importantes
A resposta dinmica de um instrumento de medio de presso dependente de dois fatores principais:
A resposta do elemento transdutor que sente a presso;A resposta do fluido transmissor da presso (canal, duto,etc...);A presso local na face do diafragma.
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Amortecimento: razo de amplitude de pressodevido frico
Considerando-se um escoamento laminar no tubo formado pelocanal de medio: pp0
= 1{[1 (w/wn)2
]2+ 4h2 (w/wn)
2}1/2 (3)
sendo a frequncia natural do canal de medio e o fator deamortecimento dados por:
wn =
3r2c2
4LVh =
2cr3
3LV
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Amortecimento: projeto do sistema de medio
Canais de medio podem operar como filtros passa baixa,como regra geral deve-se utilizar sistemas transdutor + canalcom frequencias caractersticas muito superiores s dofenmeno em medio. Tambm pode ocorrer erro de atraso defase. Observe-se o exemplo do livro:
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Dispositivos Mecnicos de Medio de PressoManmetro em U e Barmetro
O diferencial de presso em uma coluna de lquido dado por:
p pa = gh (4)
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O Calibrador de peso Morto
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O Tubo de Bourdon
Trata-se de um exemplo de sistema de medio generalizadobaseado em princpio mecnico. Possui alta confiabilidadedevido sua simplicidade (costuma travar!!!!).
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Princpio de Operao dos Sensores Baseados emDiafragma
O diferencial de presso entre a face externa e interna de umdiafragma aplica uma carga a ser detectada por meio dadeformao deste diafragma. Tenses de origem trmica (fluxode calor) e mecnica (deformao) podem interferir nasmedies.
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Transdutor por Extensometria ou PiezoeltricoAlta velocidade
Transdutores por extensometria no so utilizados atualmente,tendo sido substituidos por elementos piezorresistivos. Aaplicao de transdutores piezorresistivos predomina em casoscom baixas tenses/exigncias trmicas.
Quando se deve medir presso em situao de alta cargatrmica, o transdutor piezoeltrico o equipamento indicado.
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Transdutor Capacitivo ou IndutivoBaixa velocidade (1Hz)
Nestes dispositivos o deslocamento do diafragma medido comum LVDT ou com a variao de uma capacitncia. Nota-se quea inrcia do sistema detector/diafragma costuma ser bemelevada, prejudicando a resposta em frequencia do sensor. Umaconfigurao mais interessante pode empregar uma colunalaser+detector.
6.1 IntroduoResposta DinmicaDispositivos Mecnicos de Medio de Presso e CalibraoSensores Eletrnicos Baseados em Diafragma