Técnicas de Medida e Instrumentação

Código:

F413

Sigla:

F413

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Física

Ocorrência: 2009/2010 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Física
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Física

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
M:AST	0	Plano de Estudos do Mestrado em Astronomia	1	-	7,5	-	202,5
M:F	3	Plano de Estudos do Mestrado em Física	1	-	7,5	-	202,5
			2
MI:EF	5	Plano de Estudos a partir de 2007	4	-	7,5	-	202,5

Língua de trabalho

Português

Objetivos

OBJECTIVOS GERAIS

 O objectivo central da disciplina consiste em os alunos aprenderem os conceitos e estruturas gerais do processo da medição, assim como as técnicas fundamentais e instrumentação que lhe estão associados.

 Conhecimento da problemática subjacente ao conceito da medição quer no contexto da física clássica quer no âmbito da física moderna.

 Conhecimento operacional dos princípios de funcionamento e das características dos principais tipos de elementos sensores (transdutores) actualmente disponíveis e dos elementos condicionadores de sinal mais importantes.

 Compreensão da origem e características das principais fontes de ruído que afectam os sistemas de medição e instrumentação, e das técnicas que se utilizam para a minimização dos seus efeitos.

 Conhecimento dos factores que determinam a integração adequada dos vários blocos que constituem um sistema de medição.

 Em geral, construção duma base de conhecimento que possibilite ao aluno a aquisição de competências que lhe permitam exercer, em boas condições, actividade profissional na área ou o prosseguimento para estudos mais avançados.


COMPETÊNCIAS PRINCIPAIS A ADQUIRIR

 Conhecimento dos factores condicionantes do processo da medição.
 Capacidade para a concepção e implementação de sistemas de medição e instrumentação.
 Competências para trabalhar num ambiente de ciência experimental ou num ambiente industrial.
 Cultura em Física e em Física Tecnológica.

RESULTADOS DE APRENDIZAGEM

Obtenção de conhecimentos estruturantes na área da instrumentação dirigida ao processo de medição.

Programa

1) Estrutura Geral dum Sistema de Medida

• Conceito de Medida; Perspectiva Histórica
• Limitação do processo da medida no contexto da Física Clássica
• O problema da medida no âmbito da Física Quântica

• Elementos Gerais dum Sistema de Medida
• Apresentação Sumária dos Assuntos a Tratar na Disciplina


2) Características Estáticas dos Sistemas de Medida

• Características Sistemáticas dum Sistema de Medida
• Características Estatísticas
• Calibração
• Padrões de medida
• Cadeia de padrões de medida
• Sistema Internacional de Unidades: resumo histórico; unidades base.


3) Precisão dos Sistemas de Medida no Estado Estacionário

• Definição de Precisão dum Sistema de Medida
• Erro de Medida
• Técnicas Gerais de Redução de Erros de Medida
• Introdução às Características Dinâmicas de Sistemas de Medida


4) Características Dinâmicas dos Sistemas de Medida

1º Parte: Sinais e Sistemas

• Técnicas matemáticas para o estudo de sistemas SLIT
• Transformadas de Laplace e de Fourier e os Sistemas SLIT
• Resposta em frequência de um Sistema SLIT

2º Parte: Sistemas de Medida

• Sistemas de 1º ordem; Função de Transferência
• Sistemas de 2º ordem; Função de Transferência

5) Transdutores

• Transdutores como Máquinas de Informação; Transdutores e Sensores
• Transdutores Passivos e Activos
• Aspectos Gerais da Descrição Física dos Transdutores
• Transdutores compostos; relações termodinâmicas
• Tipos de Transdutores

6) Efeitos de Carga em Sistemas de Medida

• Identificação do Problema
• Efeito da carga do elemento transdutor sobre a grandeza a medir


7) Ruído em Sistemas de Medida
• Definição de Ruído
• Tipos de Ruído
• Ruído em Elementos Básicos de Instrumentação

8) Técnicas Gerais de Redução de Ruído

9) Técnicas de Redução do Ruído Electromagnético

• Identificação do Problema
• Fontes de Ruído de Interferência
• Acoplamento indutivo
• Acoplamento capacitivo
• Terras múltiplas
• Percursos típicos de ruído e factor de isolamento
• Métodos de Eliminação/Redução do Ruído Electromagnético


10) Blocos Básicos da Instrumentação Analógica

• Amplificadores Operacionais
• Filtros Activos
• Phase-Locked Loops
• Circuitos de Fotodetecção e Amplificação


11) Instrumentação no Domínio Digital
• Conversão Analógico-Digital
• Teorema da Amostragem
• Quantificação e codificação
• Tipos de conversores analógico-digitais
• Interfaceamento com o Microprocessador/Computador
• Processamento digital de sinal
• A plataforma LabView; principais características e funcionalidades
• Algumas Reflexões sobre a Instrumentação no Futuro

12) Instrumentos de Medida
• O Amplificador Lock-in
• O Analisador de Espectros Eléctrico
• O Analisador de Espectros Óptico
• O OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)

Bibliografia Obrigatória

John P. Bentley; Principles of Measurement Systems, Prentice Hall (4º edição), Prentice Hall (4º edição), 2004 (Este é um dos livros com mais sucesso no domínio do ensino da instrumentação, que tem como consequência estar já na 4º edição. Nesta disciplina é o que está mais próximo do conceito “Livro Recomendado”. )
J. Fraden; Handbook of Modern Sensors, Springer (3º edição), 2003 (Um livro de referência sobre todo o tipo de elementos sensores e princípios físicos associados. Também aborda a integração de sensores em sistemas de medida e apresenta detalhadamente um leque alargado destes sistemas com importância tecnológica actu)
E. R. Davies; Electronics Noise and Signal Recovery, Academic Press, 1994 (Um livro bem conseguido sobre a relevância do ruído em electrónica, apresentando conceitos e técnicas dirigidas à minimização dos seus efeitos. Em algumas secções é talvez demasiado descritivo. O último capítulo Putting It All in Perspective é excele)
, Bernd Girod, Rudolf Rabenstein, Alexander Stenger; Sinais e Sistemas, Livros Técnicos e Científicos, 2001 (Existe literatura vasta sobre sinais e sistemas, com descrições detalhadas do conjunto de técnicas matemáticas que são utilizadas na descrição das suas propriedades. Assim, o aluno tem ampla margem de escolha e de consulta cruzada. O título aqui suge)
Isabel Lourtie; Sinais e Sistemas, Escolar Editora, 2º edição, 2007 (Este livro resultou da leccionação por parte da autora da disciplina Teoria dos Sinais e Sistemas do Curso de Engenharia Electrotécnica e Computadores do Instituto Superior Técnico. Está bem estruturado, de apresentação fluida e com um excelente conj)
F. R. Connor; Noise, Edward Arnold, 1973 (Um pequeno livro mas muito bem escrito. Aborda com claridade o que se entende por ruído, analisando também os tipos de ruído mais importantes em instrumentação com descrição das suas propriedades estatísticas. Para além disso, é rico em exemplos nos )
J. Travis, J. Kring, Prentice Hall; LabView for Everyone (3º Edição), 2006 (Este é um daqueles livros que definem uma referência numa determinada área, neste caso no domínio da programação gráfica e da instrumentação virtual. A plataforma LabView é hoje em dia generalizadamente utilizada na instrumentação e no processo da me)
Addison-Wesley Publishing Company; The Feynman Lectures on Physics (Vol I, Cap. 38), Addison-Wesley Publishing Company (A questão da interpretação das consequências decorrentes da axiomática da Mecânica Quântica continua mais premente do que nunca, em particular a questão central do papel do observador no processo da medida. Como seria de esperar.)

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Método habitual, com as adaptações que se justifiquem em face do perfil dos alunos.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Participação presencial (estimativa)	Participação presencial	63,00
	Total:	-	0,00

Obtenção de frequência

Os alunos necessitam de ter frequência às aulas teórico-práticas.

Fórmula de cálculo da classificação final

A componente da avaliação contínua terá um peso da ordem dos 10%, que poderá ou não ser considerado em face do desenrolar do semestre.

Provas e trabalhos especiais

Os alunos terão um teste no final do semestre que proporciona dispensa de exama caso a classificação seja igual ou superior a 9.5. Caso o aluno vá a exame, a classificação final será a majorante das duas.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Conforme as disposições regulamentares.

Melhoria de classificação

Conforme as disposições regulamentares.