Considere que a barra da questão 8 foi instrumentada com uma célula Strain Gauge através de uma configuração em Ponte de Wheatstone, gerando em sua saída um sinal de 100 mV / mm. Considere a deformação e o erro calculados na questão 8) e projete um circuito de condicionamento de sinal para leitura em Arduíno ATMEGA328 (entrada analógica de 0 a 5V) contendo as seguintes etapas:
a) Circuito amplificador;
b) Circuito de filtragem;
c) Circuito de proteção.
a) Circuito amplificador;
b) Circuito de filtragem;
c) Circuito de proteção.
Passo 1
Estamos projetando o condicionamento de um sinal de ponte de Wheatstone com célula Strain Gauge que gera
. Queremos ler esse sinal numa entrada analógica do Arduino (
–
V). Precisamos projetar três etapas: amplificador, filtro e proteção.
Passo 2
Amplificador de instrumentação
. Escolhemos um amplificador de instrumentação rail-to-rail (por ex. AD
ou INA
) alimentado em
–
V.
. Como o sinal varia de
a
(assumindo máximo
), queremos mapear
em
.
. Definimos o ganho como
Portanto, usamos
.
. Ligamos o ponto de referência (Ref) do AD
a
para que
quando
.
Passo 3
Filtro passa-baixo
. Para rejeitar ruídos de alta frequência (e eventuais interferências de linha
/
Hz), usamos um filtro RC de primeira ordem logo na saída do amplificador.
. Escolhemos frequência de corte
.
. A constante de tempo é
Arredondamos para
.
. O filtro é simplesmente resistor de
em série com a saída do amp. instr., seguido de
ligado ao terra.
Passo 4
Proteção da entrada do Arduino
. Colocamos em série com a saída do filtro um resistor
.
. Para clamping utilizamos duas diodos de Schottky no nó de entrada do Arduino:
- um diodo entre a entrada e
(cátodo no V), - outro diodo entre a entrada e o terra (ânodo no terra).
Estes diodos conduzem correntes limitadas porse a tensão tentar ultrapassar – V.
. Opcionalmente, pode-se adicionar um diodo Zener de em paralelo à entrada para reforçar a limitação.
Resposta
Projeto completo:
(a) Amplificador de instrumentação (AD ) com ganho
(
), Ref em
V.
(b) Filtro RC de ª ordem com
e
,
Hz.
(c) Proteção por em série e diodos de Schottky de clamp
–
V (ou Zener de
V).
(a) Amplificador de instrumentação (AD
(b) Filtro RC de
(c) Proteção por