Resumo Sobre Sensores

8/18/2019 Resumo Sobre Sensores

1/13

Celio de Andrade Junior

Informática Industrial (Resumo sobre sensores)

Belo Horizonte

Faculdade Pitágoras

1º semestre/2016


2/13

Celio de Andrade Junior

Informática Industrial (Resumo sobre sensores)

Trabalho apresentado a Faculdade it!"orasna data de 11 de abril de 2016# sob orienta$%o

do pro&essor Fernando 'i(rio# como re)uisitoparcial para a apro*a$%o na disciplina+n&orm!tica +ndustrial do Curso de ,n"enharia,l-trica e Controle e Automa$%o.

Belo Horizonte

Faculdade Pitágoras

1º semestre/2016


3/13

Introdução

ensores s%o dispositi*os )ue mudam seu comportamento sob a a$%o

de uma "randeza &sica# podendo &ornecer diretamente ou indiretamente um

sinal )ue indica esta "randeza. uando operam diretamente# con*ertendo uma

&orma de ener"ia neutra# s%o chamados transdutores. s de opera$%o indireta

alteram suas propriedades# como a resist3ncia# a capacit4ncia ou a indut4ncia#

sob a$%o de uma "randeza# de &orma mais ou menos proporcional.

sinal de um sensor pode ser usado para detectar e corri"ir des*ios

em sistemas de controle# e nos instrumentos de medi$%o# )ue &re)uentemente

est%o associados aos C de malha aberta 5n%o autom!ticos# orientando ousu!rio.

As aplica$7es tpicas de sensores s%o as de monitora$%o em "eral#

incluindo detec$%o e medi$7es de in&orma$7es. ,ntretanto# al"uns

e)uipamentos eletr8nicos podem usar sensores para prop(sito de detec$%o

nas prim!rias.

Al"umas das *ari!*eis &sicas )ue podem ser medidas com sensores

comerciais s%o9• Flu:o9 &luidos em "eral como consumo de combust*el# *elocidade e

dire$%o do *ento# etc.• For$a9 como cisalhamento# peso# compress%o# tra$%o# tor)ue;• Concentra$%o9 l)uidos ou "ases como di(:ido de azoto# de en:o&re# de

carbono# etc.;• 'imens7es9 dist4ncia# altura# *olume;• recipita$%o9 detec$%o do ponto de or*alho# plu*i8metro;• ress%o9 absoluta ou di&erencial# press%o em meios "asosos# em meios

l)uidos# etc.;•


4/13

Atualmente# e:iste uma *asta disponibilidade de sensores no mercado.

Al"uns deles >! est%o prontos para uso direto# contendo &ontes de alimenta$%o

e componentes eletr8nicos compat*eis com a entrada de re"istradores#

computadores e controladores. A sele$%o do sensor ade)uado a uma aplica$%o

ou pro>eto de*e ser realizada atendendo as se"uintes )uest7es9

• ual propriedade se dese>a medir?• ual a &ai:a de medi$%o dese>ada?• ual resolu$%o e precis%o dese>ada?• ual a *elocidade de resposta?• ual o tipo de entrada e sada?• ual o n*el de alimenta$%o?

Ap(s a escolha das )uest7es b!sicas# a escolha do modelo e &abricante do

sensor de*e ser e&etuada atra*-s da documenta$%o t-cnica correspondente.

Características dos sensores

Linearidade: @ o "rau de proporcionalidade entre o sinal "erado e a

"randeza &sica. uanto maior# mais &iel - a resposta do sensor ao estmulo. s

sensores mais usados s%o os mais lineares# con&erindo mais precis%o ao C.

s sensores n%o lineares s%o usados em &ai:as limitadas# em )ue os des*ioss%o aceit!*eis# ou com adaptadores especiais# )ue corri"em o sinal.

Faixa de atuação: @ o inter*alo de *alores da "randeza em )ue pode

ser usado o sensor# sem destrui$%o ou imprecis%o.

Sensibilidade: - a rela$%o de trans&er3ncia do sensor# ou se>a# a

rela$%o entre a *aria$%o do sinal el-trico entre"ue na sada pela *aria$%o da

"randeza &sica medida.

Ranger (faixa): de&inese uma &ai:a ou ran"e todos os n*eis de

amplitude da "randeza &sica medida.

isterese: - a rela$%o em porcenta"em do ponto de opera$%o e o ponto

de modi&ica$%o da sada correspondente.


5/13

!xatidão ou erro: dada uma determinada "randeza &sica a ser medida#

a e:atid%o - a di&eren$a absoluta entre o sinal de sada entre"ue pelo sensor e

o *alor do sinal ideal )ue o sensor de*eria &ornecer para esse determinado

*alor de "randeza &sica.

Relação sinal " ruído: - a rela$%o entre a pot3ncia de um sinal )ual)uer

entre"ue na sada do instrumento e a pot3ncia do sinal de rudo a"re"ado ao

sinal ori"inal.


6/13

das bobinas se mo*e em dire$%o G outra# aumentando o acoplamento e o

sinal C.A. captado nesta outra.

Todos os sensores induti*os at- a)ui s%o n%o lineares# o )ue limita o

uso. J! o E'T 5Einear ariable 'i&&erential Trans&ormer# trans&ormador

di&erencial linear *ari!*el# tem esta caracterstica# dentro de uma &ai:a em

torno de metade do comprimento do ncleo m(*el# &erroma"n-tico. =sa I

enrolamentos &i:os# alinhados# sendo aplicada a alimenta$%o no central# os 2

outros est%o em s-rie# mas com os terminais in*ertidos# de modo )ue as

tens7es se subtraem. uando o ncleo &ica na posi$%o central# a tens%o

induzida nos 2 enrolamentos s%o i"uais# se cancelando. Ao se deslocar o

ncleo# o acoplamento entre o enrolamento central e cada um dos outros *aria#

e as tens7es n%o se cancelam# resultando uma tens%o de sada cu>a &ase -

di&erente# con&orme o ncleo penetre mais numa ou outra bobina.

E'T - usado em posicionadores de precis%o# desde &ra$7es de mm

at- dezenas de cm. %o usados em m!)uinas &erramentas# CC e rob8s

industriais.

Sensor Caaciti#o


7/13

A capacit4ncia depende da !rea das placas A# da constante diel-trica do

meio# # e da dist4ncia entre as placas# d9

D

C $ ' " d

os sensores Capaciti*os podemos *ariar )ual)uer destes &atores#

sendo mais pr!tico alterar a dist4ncia entre uma placa &i:a e uma m(*el# ou a

!rea# &azendo uma placa m(*el cilndrica ou em semicrculo 5ou *!rias

paralelas# como no capacitor *ari!*el de sintonia se mo*er em dire$%o G outra

&i:a.

A *aria$%o na capacit4ncia pode ser con*ertida num des*io na

&re)u3ncia de um oscilador# ou num des*io do e)uilbrio 5tens%o numa onte

&eita com dois capacitores e dois resistores# alimentada com C.A.. des*io de

tens%o ser! in*ersamente proporcional ao des*io na capacit4ncia# neste caso#

e usando um sensor por dist4ncia entre as placas# ser! proporcional ao

deslocamento entre as placas.

,ste m-todo - usado em sensores de posi$%o# &or$a e press%o# ha*endo

uma mola ou dia&ra"ma circular suspenso por borda el!stica 5como o cone de

um alto&alante# suportando a placa m(*el.

H! tamb-m o sensor por di&eren$a de capacit4ncia# )ue - um capacitor

duplo# com duas placas &i:as e uma m(*el no centro. Tamb-m - usada a onte

para con*erter a di&eren$a de capacit4ncia em tens%o.

Sensor de *arreira


8/13

Baseiase na interrup$%o ou incid3ncia de um &ei:e luminoso sobre

um &otorreceptor# o )ual pro*oca uma a$%o 5comuta$%o eletr8nica. A emiss%o de luz - pro*eniente da emiss%o de raios in&ra*ermelhos

em "rande parte das aplica$7es# bem como laser.

ara conse"uirse m!:ima e&ici3ncia a luz - modulada ou pulsada auma &re)u3ncia m!:ima de 1#KLhz# &re)u3ncia )ue ser! interpretada por um

receptor (ptico sincronizado a essa &re)u3ncia o )ue imuniza o sistema de

inter&er3ncias da recep$%o luminosa ambiente.@ um sistema &ormado por sensores alinhados9

Al-m das aplica$7es habituais# como conta"em de pe$as# prote$%o do

operador# etc.# o sistema pode trabalhar com emiss%o de luz *is*el# para

sistemas de alarme tanto em ambientes internos )uanto e:ternos# &ormando

uma barreira )ue ao ser interrompido# pode causar di*ersos acionamentos

no sistema.

Sensor Retroreflexi#o

@ um sistema &ormado pelo dispositi*o emissor de luz e dispositi*os

receptores montados no mesmo con>unto# neste caso o &ei:e de luz emitido -

re&letido em uma super&cie re&letora e retorna ao ponto de ori"em atin"indo o

dispositi*o receptor )ue est! ao lado do dispositi*o emissor.

e>a dia"rama de blocos9


9/13

s tipos re&leti*os ou por di&us%o s%o comumente utilizados onde um

espelho ou a pr(pria pe$a a ser detectada re&lete os raios in&ra*ermelhos.

,*identemente )ue as pe$as n%o poder%o ter suas super&cies opacas# >! )ue

pre>udicar%o a detec$%o. s sensores (pticos pelo sistema a de barreira

possuem um alcance maior )ue os re&leti*os# che"ando a distancias de at- 200metros# en)uanto os re&le:i*os e por di&us%o a apenas I0 metros.

Sensor +ifuso

sensor fotoel,trico +ifuso - um sensor )ue - dotado de um emissor

e um receptor de luz acoplada lado a lado dentro do mesmo in*(lucro. =m&ei:e de luz - emitido# e )uando entra em contato com al"um ob>eto - re&letido

de *olta para o receptor; o receptor ent%o trans&orma esta a$%o em dados e

con*erte em comuta$%o de contatos A ou F# ou transistor para corrente

contnua ou alternada.


10/13

Sensor de Fumaça

s detectores de fumaça s%o aparelhos encarre"ados de &azer a *i"il4nciapermanente de um local. Constituem a parte sens*el da instala$%o de

detec$%o autom!tica de inc3ndio.

,:istem dois tipos9 o detector &otoel-trico# )ue mede *aria$7es pro*ocadas

pela &uma$a em um &ei:e de luz# e o i8nico. ,sse se"undo modelo - mais

comum em casas e edi&cios# por)ue# al-m de mais barato# - tamb-m mais

sens*el G &uma$a. ,le usa um material radioati*o# o amercio2M1# )ue emite

partculas al&a. ,ssas partculas ionizam os !tomos do ar ou se>a# arrancam

deles os el-trons# separando os !tomos# )ue antes eram neutros# em car"as

positi*as e ne"ati*as. Ao entrar no aparelho# a &uma$a atrapalha essa

ioniza$%o e a interrup$%o &az soar um alarme. detector tamb-m pode ser

pro"ramado para alertar os bombeiros ou acionar >atos dN!"ua. uso do

amercio2M1 "era pol3mica# mas a maioria dos especialistas descarta o peri"o

de contamina$%o. Al-m de a )uantidade empre"ada ser mnima# a

radioati*idade do material se d! principalmente na &orma de partculas al&a# )ue

n%o atra*essam as paredes do detector.

J! o detector de &uma$a &otoel-trico s%o constitudos

por c-lulas &otoel-tricas )ue emitem uma corrente *ari!*el se"undo o

&lu:o luminoso )ue recebem. A &uma$a )ue precede e acompanha um inc3ndio

&az *ariar o &lu:o luminoso.

'uas monta"ens s%o poss*eis9

1. A c-lula - iluminada diretamente e de &orma permanente por uma &onte

luminosa. uando n%o h! )ual)uer &uma$a na atmos&era a c-lula emite

corrente m!:ima. A presen$a da &uma$a reduz o &lu:o luminoso

pro*ocando a )ueda na corrente e acionamento do alarme.

2. A c-lula# ao contr!rio# - montada de &orma a n%o receber diretamente o

&lu:o da &onte luminosa. ,m caso de atmos&era clara ela n%o emite

https://pt.wikipedia.org/wiki/Inc%C3%AAndiohttps://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lulahttps://pt.wikipedia.org/wiki/Ilumina%C3%A7%C3%A3ohttps://pt.wikipedia.org/wiki/Atmosferahttps://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lulahttps://pt.wikipedia.org/wiki/Ilumina%C3%A7%C3%A3ohttps://pt.wikipedia.org/wiki/Atmosferahttps://pt.wikipedia.org/wiki/Inc%C3%AAndio


11/13

)ual)uer corrente. e a &uma$a atra*essa o &lu:o luminoso# suas

partculas s%o iluminadas. A ilumina$%o assim criada e di&undida

impressiona a c-lula &otoel-trica e aciona o alarme.

s detectores de c-lula &otoel-trica n%o s%o con*enientes# e*identemente#

para atmos&eras )ue contenham p(s em suspens%o ou emiss%o de *apores.

%o reser*ados a risco de &o"o incubado ou de e*olu$%o lenta# mas )ue

emitem su&iciente )uantidade de &uma$a# por e:emplo9 dep(sito de materiais

t3:teis ou de pap-is# etc.

Sensor -ermoar

Termopares s%o sensores de temperatura simples# robustos e de bai:o

custo# sendo amplamente utilizados nos mais *ariados processos de medi$%o

de temperatura. =m termopar - constitudo de dois metais distintos )ue unidos

por sua e:tremidade &ormam um circuito &echado. termopar desta maneira

"era uma For$a ,letromotriz 5F,# )ue )uando conectada a um +nstrumento

de Eeitura conse"ue ler a temperatura do processo destes Termopares.'i&erentes tipos de Termopares possuem di&erentes tipos de Cur*a F, :

Temperatura.

,m 1O22# o &sico Thomas eebecL descobriu 5acidentalmente )ue a

>un$%o de dois metais "era uma tens%o el-ctrica em &un$%o da temperatura.

&uncionamento dos termopares - baseado neste &en8meno# )ue - conhecido

como ,&eito de eebecL. ,mbora praticamente se possa construir um termopar

com )ual)uer combina$%o de dois metais# utilizamse apenas al"umas

combina$7es normalizadas# isto por)ue possuem tens7es de sada pre*is*eis

e suportam "randes "amas de temperaturas.

,:istem tabelas normalizadas )ue indicam a tens%o produzida por cada

tipo de termopar para todos os *alores de temperatura )ue suporta# por

e:emplo# o termopar tipo com uma temperatura de I00PC ir! produzir 12#2

m. Contudo# n%o basta li"ar um *oltmetro ao termopar e re"istrar o *alor datens%o produzida# uma *ez )ue ao li"armos o *oltmetro estamos a criar uma

https://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicohttps://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicohttps://pt.wikipedia.org/wiki/T._J._Seebeckhttps://pt.wikipedia.org/wiki/Tens%C3%A3o_el%C3%A9ctricahttps://pt.wikipedia.org/wiki/Efeito_seebeckhttps://pt.wikipedia.org/wiki/Efeito_seebeckhttps://pt.wikipedia.org/wiki/Grau_Celsiushttps://pt.wikipedia.org/wiki/Volt%C3%ADmetrohttps://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicohttps://pt.wikipedia.org/wiki/T._J._Seebeckhttps://pt.wikipedia.org/wiki/Tens%C3%A3o_el%C3%A9ctricahttps://pt.wikipedia.org/wiki/Efeito_seebeckhttps://pt.wikipedia.org/wiki/Grau_Celsiushttps://pt.wikipedia.org/wiki/Volt%C3%ADmetro


12/13

se"unda 5e indese>ada >un$%o no termopar. ara &azerem medi$7es e:atas

de*emos compensar este e&eito# o )ue - &eito recorrendo a uma t-cnica

conhecida por compensa$%o por >un$%o &ria 50 PC.

Caso este>a se per"untando por )ue - )ue li"ando um *oltmetro a um

termopar n%o se "eram *!rias >un$7es adicionais 5li"a$7es ao termopar#

li"a$7es ao aparelho de medida# li"a$7es dentro do pr(prio aparelho# etc...# a

resposta ad*-m da lei conhecida como lei dos metais interm-dios# )ue a&irma

)ue ao inserirmos um terceiro metal entre os dois metais de uma >un$%o de um

termopar# basta )ue as duas no*as >un$7es criadas com a inser$%o do

terceiro metal este>am G mesma temperatura para )ue n%o se mani&este

)ual)uer modi&ica$%o na sada do termopar. ,sta lei - tamb-m importante napr(pria constru$%o das >un$7es do termopar# uma *ez )ue assim se "arante

)ue ao soldar os dois metais a solda n%o ir! a&etar a medi$%o. Contudo# na

pr!tica as >un$7es dos termopares podem ser construdas soldando os

materiais ou por aperto dos mesmos. QKR

Todas as tabelas normalizadas d%o os *alores da tens%o de sada do

termopar considerando )ue a se"unda >un$%o do termopar 5a >un$%o &ria -

mantida a e:atamente zero "raus Celsius. Anti"amente# conse"uiase

conser*ando a >un$%o em "elo &undente 5da)ui o termo compensa$%o por

>un$%o &ria. Contudo a manuten$%o do "elo nas condi$7es necess!rias n%o era

&!cil# lo"o se optou por medir a temperatura da >un$%o &ria e compensar a

di&eren$a para os zero "raus Celsius.

Tipicamente a temperatura da >un$%o &ria - medida por um termistor de

precis%o. A leitura desta se"unda temperatura# em con>unto com a leitura do*alor da tens%o do pr(prio termopar - utilizada para o c!lculo da temperatura

*eri&icada na e:tremidade do termopar. ,m aplica$7es menos e:i"entes# a

compensa$%o da >un$%o &ria - &eita por um semicondutor sensor de

temperatura# combinando o sinal do semicondutor com o do termopar.

@ importante a compreens%o da compensa$%o por >un$%o &ria; )ual)uer

erro na medi$%o da temperatura da >un$%o &ria ir! ocasionar i"ualmente erros

na medi$%o da temperatura da e:tremidade do termopar.

https://pt.wikipedia.org/wiki/Metalhttps://pt.wikipedia.org/wiki/Termopar#cite_note-Modern-5https://pt.wikipedia.org/wiki/Celsiushttps://pt.wikipedia.org/wiki/Term%C3%ADstorhttps://pt.wikipedia.org/wiki/Term%C3%ADstorhttps://pt.wikipedia.org/wiki/Semicondutorhttps://pt.wikipedia.org/wiki/Metalhttps://pt.wikipedia.org/wiki/Termopar#cite_note-Modern-5https://pt.wikipedia.org/wiki/Celsiushttps://pt.wikipedia.org/wiki/Term%C3%ADstorhttps://pt.wikipedia.org/wiki/Semicondutor


13/13

Resumo Sobre Sensores

Documents

Transcript of Resumo Sobre Sensores