Instrumentação Industrial — Apostila 2025

Sobre a Disciplina

Unidades Temáticas

4,7 MB

Apostila PDF

60h

Carga Horária

Apostila voltada à mensuração e controle de variáveis de processos industriais e agropecuários. Cobre sensores industriais clássicos (PT100, termopares, strain gauge), técnicas de calibração, incerteza de medição, condicionamento de sinais e sistemas de aquisição de dados (DAQ). Focada em Engenharia de Biossistemas e Biotecnologia do CDSA/UFCG, com ênfase em aplicações no semiárido.

Sensores Estudados

PT100 Termopares (J, K, T) Strain Gauge Célula de Carga Transmissor de Pressão Medidor de Nível Ultrassônico Caudalímetro Electromagnético DHT22 · SHT31 · BME280 Piranômetro SR05 Pluviômetro de Báscula

Sumário da Apostila

Da teoria da medição à implementação prática de sistemas DAQ, passando por calibração e incerteza.

Fundamentos de Metrologia

Grandezas físicas e unidades SI, erros sistemáticos e aleatórios, precisão, exatidão, sensibilidade e resolução. Vocabulário Internacional de Metrologia (VIM) e rastreabilidade metrológica.

Incerteza de Medição

Guia GUM (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement), incerteza Tipo A e Tipo B, propagação de incertezas, coeficiente de sensibilidade e intervalo de confiança. Aplicação em calibração de sensores de campo.

Sensores de Temperatura

Termopares (efeito Seebeck, tipos J, K, T, E, S), RTDs (PT100, PT1000 — curvas de Callendar-Van Dusen), termistores NTC/PTC e sensores digitais (DS18B20, SHT31). Circuitos de condicionamento e conversão A/D.

Sensores de Pressão e Força

Strain gauges e pontes de Wheatstone, células de carga, transmissores de pressão 4–20 mA, sensores piezoresistivos (MPX, BMP280). Aplicações em pesagem de animais, silos de grãos e medição de vazão.

Condicionamento de Sinais

Amplificadores de instrumentação (INA128, AD620), filtros analógicos passa-baixas (anti-aliasing), isolamento galvânico, laços de corrente 4–20 mA, conversores A/D (ADC) de alta resolução e circuitos de proteção.

Sistemas de Aquisição de Dados (DAQ)

Arquitetura de um sistema DAQ, multiplexação, amostragem simultânea e sequencial, módulos NI-DAQ e Arduino/ESP32 como DAQ de baixo custo. Integração com Python (nidaqmx), LabVIEW e Node-RED.

Calibração e Procedimentos

Procedimento de calibração passo a passo, ajuste de span e zero, curvas de calibração por regressão linear, certificados de calibração e rastreabilidade ao INMETRO. Calibração em campo de sensores de temperatura e umidade.

Instrumentação em Biossistemas

Estações meteorológicas automáticas, sensores de umidade do solo (TDR, FDR, capacitivo), medição de radiação solar (piranômetro), pluviômetros de báscula e sistemas de monitoramento de ambiência em aviários e estufas.

Exemplo: DAQ com ESP32

Leitura de um sensor PT100 via circuito de ponte de Wheatstone e amplificador INA128, com conversão A/D no ESP32, compensação de linearidade pela curva de Callendar-Van Dusen e publicação via MQTT.

Resolução de 12 bits (0,08 °C por bit)
Compensação de não-linearidade do PT100
Média de 16 amostras para redução de ruído
Publicação MQTT a cada 30 segundos

C++ / Arduino — ESP32 + PT100 + INA128

// Leitura PT100 via INA128 no ESP32
#define PIN_ADC   34
#define V_REF     3.3
#define R_REF     1000.0  // Ω
#define R0_PT100  100.0   // Ω a 0°C
// Coefs. Callendar-Van Dusen
#define A  3.9083e-3
#define B -5.775e-7

float lerTemperatura() {
  long soma = 0;
  for(int i=0; i<16; i++)
    soma += analogRead(PIN_ADC);
  float adc = soma / 16.0;

  // Tensão → resistência PT100
  float V   = adc * V_REF / 4095.0;
  float Rpt = (V * R_REF) / (V_REF - V);

  // Callendar-Van Dusen (T > 0°C)
  return (-A + sqrt(A*A - 4*B*(1 - Rpt/R0_PT100)))
         / (2 * B);
}
                    

Solicitar a Apostila Completa

A apostila completa (PDF · 4,7 MB) com todos os roteiros de calibração, procedimentos de laboratório e exemplos de código está disponível mediante solicitação.

Solicitar via Formulário

PT100 Termopar Strain Gauge Calibração Incerteza de Medição DAQ 4-20mA INA128 ESP32 Biossistemas

Automação Industrial

Processamento de Sinais →