Transdutores Sensores e Atuadores

81
Controle e Automação Industrial Controle e Automação Industrial Transdutores: Sensores e Atuadores Prof. Dr. Carlos Alberto Silveira da Luz 28/04/2010 Professor Carlos Alberto Silveira da Luz 1

description

Uploaded from Google Docs

Transcript of Transdutores Sensores e Atuadores

Page 1: Transdutores Sensores e Atuadores

Controle e Automação IndustrialControle e Automação Industrial

Transdutores: Sensores e Atuadores

Prof. Dr. Carlos Alberto Silveira da Luz

28/04/2010Professor Carlos Alberto Silveira da Luz1

Page 2: Transdutores Sensores e Atuadores

I t d ãIntrodução

A tecnologia de sensores diz respeito a duas atividades queretroage à civilização dos antigos egípcios: medição e

d i f ã N i E i ó f iprocessamento de informação. No antigo Egito só foipossível organizar a agricultura e a necessária irrigação dasterras quando as pessoas desenvolveram a habilidade deterras, quando as pessoas desenvolveram a habilidade demedir áreas das terras e o volume das águas. Mais tarde osegípcios desenvolveram a habilidade de processar osg p pnúmeros produzidos pela medição, isto é, a matemática quetrouxe a tona novas dimensões para a forma de explorar osnúmeros.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz2

Page 3: Transdutores Sensores e Atuadores

CONCEITOS BÁSICOSCONCEITOS BÁSICOS

Transdutor é um dispositivo que converte uma forma deenergia ou quantidade física em outra;energia ou quantidade física em outra;Os transdutores dividem-se em dois subconjuntos, sensoresfornecem informações de entradas em nosso sistema afornecem informações de entradas em nosso sistema apartir do mundo externo e atuadores que executam açõesde saída para o mundo externo;de saída para o mundo externo;

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz3

Page 4: Transdutores Sensores e Atuadores

TRANSDUTORESTRANSDUTORES

Transdutores analógicos: sã transd t res n s ais sTransdutores analógicos: são transdutores nos quais ossinais de entrada e saída são funções contínuas do tempo. Asamplitudes dos sinais podem assumir quaisquer valoresamplitudes dos sinais podem assumir quaisquer valoresdentro das limitações físicas do sistema;Transdutores a dados amostrados: são transdutores nosTransdutores a dados amostrados: são transdutores nosquais os sinais e saída ocorrem apenas em instantes discretosde tempo, normalmente periódicos. As amplitudes do sinalde tempo, normalmente periódicos. As amplitudes do sinalsão não-quantizáveis.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz4

Page 5: Transdutores Sensores e Atuadores

TRANSDUTORESTRANSDUTORESTransdutores digitais: são aqueles nos quais os sinais deTransdutores digitais: são aqueles nos quais os sinais deentrada e saída são discretos e a amplitude dos mesmos sãoquantificáveis, ou seja, podem assumir apenas certos valoresq j p pdiscretos;

Transdutores analógico-digital: são transdutores nosquais o sinal de entrada é uma função contínua do tempo e oq ç psinal de saída é um sinal quantizável que pode assumir apenascertos valores discretos.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz5

Page 6: Transdutores Sensores e Atuadores

TRANSDUTORESTRANSDUTORESTransdutores digital-analógico: são aqueles nos quais oTransdutores digital analógico: são aqueles nos quais osinal de entrada é um sinal quantizado e o sinal de saída éuma função contínua do tempo.p

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz6

Page 7: Transdutores Sensores e Atuadores

QUANTIZAÇÃOQUANTIZAÇÃOA inclusão de um computador digital em um sistemaA inclusão de um computador digital em um sistemaanalógico produz sinais de forma digital (normalmente comonúmeros binários).)O sistema então toma a forma de uma combinação digital-analógica. A conversão de um sinal analógico para um sinalg g pdigital é uma aproximação, porque o sinal analógico podeassumir um número infinito de valores ao passo que avariedade de diferentes números que podem resultar de umconjuntos finitos de dígitos é limitada.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz7

Page 8: Transdutores Sensores e Atuadores

QUANTIZAÇÃOQUANTIZAÇÃOy=Q(x)

hi

x0

i

Fig. 1: Curva mostrando quantização

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz8

Page 9: Transdutores Sensores e Atuadores

QUANTIZAÇÃOQUANTIZAÇÃOA gama de amplitudes de entrada é dividida em um númeroA gama de amplitudes de entrada é dividida em um númerofinitos de entradas disjuntas hi (não necessariamente iguais).Todas as amplitudes caindo dentro de um determinadoTodas as amplitudes caindo dentro de um determinadointervalo são equacionadas a um valor único dentro dointervalo.Este valor único é uma aproximação digital para as amplitudesdo sinal de entrada analógico.g

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz9

Page 10: Transdutores Sensores e Atuadores

QUANTIZAÇÃOQUANTIZAÇÃO

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz10

Page 11: Transdutores Sensores e Atuadores

SENSORESSENSORES

são dispositivos usados para detectar medir ou gravarsão dispositivos usados para detectar, medir ou gravarfenômenos físicos tais como calor, radiação, movimento, etc, eque responde transmitindo informação, iniciando mudançasque responde transmitindo informação, iniciando mudançasou operando controles.São dispositivos que mudam seu comportamento sob a açãoSão dispositivos que mudam seu comportamento sob a açãode uma grandeza física, podendo fornecer diretamente ouindiretamente um sinal que indica esta grandeza.q g

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz11

Page 12: Transdutores Sensores e Atuadores

SENSORESSENSORESQuando operam diretamente, convertendo uma forma deQuando operam diretamente, convertendo uma forma deenergia em outra, são chamados transdutores. Os de operaçãoindireta alteram suas propriedades, como a resistência, ap pcapacitância ou a indutância, sob ação de uma grandeza, deforma mais ou menos proporcional.O sinal de um sensor pode ser usado para detectar ecorrigir desvios em sistemas de controle (SC), e nosinstrumentos de medição, que freqüentemente estãoassociados aos SC de malha aberta (não automáticos),

d áorientando o usuário.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz12

Page 13: Transdutores Sensores e Atuadores

SENSORESSENSORESOs tipos mais comuns de sensores são:Os tipos mais comuns de sensores são:ÓticoIndutivoIndutivoCapacitivoUlUltrasomTemperatura resistivoCélula de carga

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz13

Page 14: Transdutores Sensores e Atuadores

ÓtiÓticoOs sensores ópticos podem ser divididos em dois tipos, ativosOs sensores ópticos podem ser divididos em dois tipos, ativose os passivos. Dentro dos ativos, podemos caracterizar trêsgrupos principais, de acordo com o seu funcionamento:g p p p• Sistema por Barreira (ópticas alinhadas);• Sistema por Difusão;Sistema por Difusão;• Sistema por Reflexão.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz14

Page 15: Transdutores Sensores e Atuadores

Óti ti I f lhÓtico ativo InfravermelhoUm sensor é dito ativo quando este possui um emissor, porUm sensor é dito ativo quando este possui um emissor, poronde é emitida uma onda infravermelha, esta invisível a visãohumana, e por um receptor que detecta esta onda. Suap p qutilização é recomendada tanto para ambientes internos comopara ambiente externos, pois possuem uma faixa de operaçãoconsiderável (podem detectar objetos a mais de 100 metrosde distância).

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz15

Page 16: Transdutores Sensores e Atuadores

Óti ti I f lhÓtico ativo InfravermelhoSistema de barreiraSistema de barreirao elemento transmissor de irradiação infravermelha é alinhadofrontalmente a um receptor infravermelho, a uma distância pré-frontalmente a um receptor infravermelho, a uma distância prédeterminada para cada tipo de sensor. Se ocorrer algumainterrupção desta irradiação, ocorrerá um chaveamentopç çeletrônico, pois não haverá sinal recebido pelo receptor. Umesquema de um sensor por barreira é mostrado na figura aseguir

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz16

Page 17: Transdutores Sensores e Atuadores

Óti ti I f lhÓtico ativo Infravermelho

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz17

Page 18: Transdutores Sensores e Atuadores

Óti ti I f lhÓtico ativo InfravermelhoSistema de difusão e reflexãoSistema de difusão e reflexãocaracterizam-se pelos emissores e receptores estaremdispostos lado a lado em um mesmo conjunto óptico.dispostos lado a lado em um mesmo conjunto óptico.No sistema por difusão, os raios infravermelhos emitidospelo emissor, incidem diretamente sobre um objeto, o qualpelo emissor, incidem diretamente sobre um objeto, o qualretorna um feixe de luz em direção ao receptor. De acordocom o tempo de resposta, determina-se a distância na qual op p , qobjeto está disposto e então ocorre um chaveamentoeletrônico correspondente.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz18

Page 19: Transdutores Sensores e Atuadores

Óti ti I f lhÓtico ativo InfravermelhoSistema de difusãoSistema de difusão

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz19

Page 20: Transdutores Sensores e Atuadores

Óti ti I f lhÓtico ativo InfravermelhoSistema de difusão e reflexãoSistema de difusão e reflexãoNo sistema por reflexão, os raios infravermelhos sãoemitidos em direção a um espelho prismático. Neste caso, oemitidos em direção a um espelho prismático. Neste caso, ochaveamento ocorrerá quando se retirar o espelho ou quandointerromper-se a barreira dos raios infravermelhos entre opsensor e o espelho com um objeto ou corpo de qualquernatureza, fazendo com que o receptor não receba mais umsinal.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz20

Page 21: Transdutores Sensores e Atuadores

Óti ti I f lhÓtico ativo InfravermelhoSistema por reflexãoSistema por reflexão

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz21

Page 22: Transdutores Sensores e Atuadores

ÓtiÓticoAplicações:Aplicações:Medir:

a concentração de glicose em solução aquosa;a concentração de glicose em solução aquosa;umidade do ar em câmaras climáticas, em indústrias, salas deprocessos e até mesmo em museus e exposições de arte;p p çdetectar vapores de compostos orgânicos voláteis, por exemploálcool e gasolina.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz22

Page 23: Transdutores Sensores e Atuadores

ÓtiÓticoAplicações:Aplicações:

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz23

Page 24: Transdutores Sensores e Atuadores

I d tiIndutivoOs sensores indutivos são componentes eletrônicos capazesOs sensores indutivos são componentes eletrônicos capazesde detectar a aproximação de um objeto sem a necessidadede contato físico entre sensor e o acionador, sendo assim,aumentando a vida útil do sensor por não possuir peçasmóveis sujeitas a desgastes mecânicos.São capazes de operar em condições severas de trabalho,como a presença de lubrificantes, óleos, imersos na água, etc.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz24

Page 25: Transdutores Sensores e Atuadores

I d tiIndutivoA sua principal aplicação é a detecção de objetos metálicos,A sua principal aplicação é a detecção de objetos metálicos,pois o campo emitido é eletromagnético.O sensor consiste de uma bobina em um núcleo de ferrite, umO sensor consiste de uma bobina em um núcleo de ferrite, umoscilador, um detector de nível de sinais de disparo e umcircuito de saída.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz25

Page 26: Transdutores Sensores e Atuadores

I d tiIndutivoO sensor indutivo trabalha pelo princípio da induçãop p p çeletromagnética. Funciona de maneira similar aos enrolamentosprimários e secundários de um transformador. O sensor tem umoscilador e uma bobina; juntos produzem um campo magnéticofraco. Quando um objeto entre no campo, pequenas correntes sãoinduzidas na superfície do objeto Por causa da interferência com oinduzidas na superfície do objeto. Por causa da interferência com ocampo magnético, energia é extraída do circuito oscilador dosensor, diminuindo a amplitude da oscilação e causando uma queda, p ç qde tensão (voltagem). O circuito de detecção do sensor percebe aqueda de tensão do circuito do oscilador e responde mudando oestado do sensor.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz26

Page 27: Transdutores Sensores e Atuadores

I d tiIndutivo

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz27

Page 28: Transdutores Sensores e Atuadores

I d tiIndutivo

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz28

Page 29: Transdutores Sensores e Atuadores

I d tiIndutivo

Detalhe de um carro de corrida. Sensores indutivos são utilizados para medir avelocidade da roda com exatidão (RPM).

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz29

velocidade da roda com exatidão (RPM).

Page 30: Transdutores Sensores e Atuadores

C itiCapacitivo

Aplicando uma diferença de potencial em objetos condutivos causa oarmazenamento de cargas positivas e negativas Isto cria um campoarmazenamento de cargas positivas e negativas. Isto cria um campoelétrico no espaço entre os objetos.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz30

Page 31: Transdutores Sensores e Atuadores

C itiCapacitivo

A corrente elétrica é função da capacitância e a capacitância éç p pdeterminada pela área e proximidade dos objetos condutores.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz31

Page 32: Transdutores Sensores e Atuadores

C itiCapacitivo

A capacitância é diretamente proporcional a área superficial dosb d d lé d l lobjetos e da constante dielétrica do material entre eles e

inversamente proporcional a distância entre os objetos.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz32

Page 33: Transdutores Sensores e Atuadores

C itiCapacitivoGeram um campo eletrostático e detectam mudanças causadasp çneste campo quando um alvo se aproxima da face ativa.As partes internas do sensor consistem em uma ponta capacitiva,p p pum oscilador, um retificador de sinal, um circuito de filtragem e umcircuito de saída.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz33

Page 34: Transdutores Sensores e Atuadores

C itiCapacitivoNa ausência de um alvo, o oscilador está inativo. ,A capacitância do circuito com a ponta de compensação édeterminada pelo tamanho do alvo, sua constante dielétrica epdistância até a ponta.Quanto maior o tamanho e a constante dielétrica de um alvo, maiseste aumenta a capacitância. Quanto menor a distância entre aponta e o alvo, maior a capacitância.O d d d bOs sensores discretos capacitivos podem detectar objetosmetálicos e não-metálicos, como madeira, papel, vidro, líquidos, etc.htt // b l t i t/ iti i d hthttp://www.burgoseletronica.net/sensorcapacitivoanimado.htm

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz34

Page 35: Transdutores Sensores e Atuadores

UltUltrassomEste instrumento tem a função de detectar ou medir a posiçãoEste instrumento tem a função de detectar ou medir a posiçãode determinado objeto através da emissão de pulsos deultrassom.A superfície plana do alvo reflete o ultrassom, que retorna aosensor como um eco. A variável medida é o tempo de trajetop j(de ida e volta) do ultrassom entre a face do sensor e asuperfície do objeto, cujo resultado é utilizado no cálculo dadistância (levando-se ainda em conta que a velocidade depropagação do ultrassom no ar é praticamente constante).

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz35

Page 36: Transdutores Sensores e Atuadores

UltUltrassomUma alta freqüência sonora não audível ao ouvido humano éUma alta freqüência sonora não audível ao ouvido humano éemitida pelo sensor, esse sinal reflete no objeto a ser medidovoltando para o sensor. O tempo em que esse sinal demorap p qpara sair e voltar nos dá a distância do sensor ao objeto,sabendo que a velocidade do som é 340 metros em 1qsegundo.Se o sinal não retorna em um determinado tempo quer dizerp qque o objeto está muito distante, ou simplesmente a ondasonora não conseguiu refletir, o que acarreta na limitação dog q çsistema, que não reconhece objetos muito pequenos ou forado raio de ação dos sensores.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz36

Page 37: Transdutores Sensores e Atuadores

UltUltrassom

40 kH f ê i lt ô i40 kHz - frequência ultrassônica

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz37

Page 38: Transdutores Sensores e Atuadores

UltUltrassom

A li õAplicações:Detecção de presença ou ausência de objetos em p jesteirasMedição da altura de objetosç jMedição da distância em empilhadeirasMonitoramento de continuidadeMonitoramento de continuidadeAviso de aproximação.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz38

Page 39: Transdutores Sensores e Atuadores

UltUltrassom

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz39

Page 40: Transdutores Sensores e Atuadores

T t i tiTemperatura resistivo

Os termômetros de resistência são sensores de temperatura queoperam baseados no princípio da variação da resistência elétrica de

t l f ã d t t d f b i d fi dum metal, em função da temperatura, sendo fabricados com fios dealta pureza de platina, níquel ou de cobre.Suas principais características são a alta estabilidade mecânica eSuas principais características são a alta estabilidade mecânica etérmica, resistência à contaminação, relação de Resistência xTemperatura praticamente linear, o desvio com o uso ep p ,envelhecimento desprezíveis, além do alto sinal elétrico de saída.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz40

Page 41: Transdutores Sensores e Atuadores

T t i tiTemperatura resistivo

O sensor de resistência de platina é o modelo de laboratório e opadrão mundial para medidas de temperatura na faixa de -270ºC a962ºC P tili ã i d t i l é d i i lá l962ºC. Para a utilização industrial é um sensor de inigualávelprecisão, estabilidade e sensibilidade.A termoresistência de platina é a mais utilizada na indústria devidoA termoresistência de platina é a mais utilizada na indústria devidoa sua grande precisão e estabilidade. Conhecida como PT-100 ouRTD, a termoresistência de platina que apresenta uma resistência, p q pôhmica de 100 ohmn à 0ºC. Sua faixa de trabalho vai de -200 a650ºC, porém, a ITS-90 padronizou seu uso até aproximadamente962ºC962ºC.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz41

Page 42: Transdutores Sensores e Atuadores

T t i tiTemperatura resistivoO princípio de operação é medir a resistência de um elemento dep p p çplatina. O tipo mais comum (PT100) tem uma resistência de 100ohms a 0 °C e 138.4 ohms a 100 °C.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz42

Page 43: Transdutores Sensores e Atuadores

T t i tiTemperatura resistivo

This linearisation is done automatically, in software, when using Pico signal conditioners. The linearisation equation is:

* * * * *Rt = R0 * (1 + A* t + B*t2 + C*(t-100)* t3)Where:Rt is the resistance at temperature t, R0 is the resistance at 0 °C, andA= 3 9083 E 3A= 3.9083 E-3B = -5.775 E-7C = -4.183 E -12 (below 0 °C), or( ),C = 0 (above 0 °C)

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz43

Page 44: Transdutores Sensores e Atuadores

T t i tiTemperatura resistivo

For a PT100 sensor, a 1 °C temperature change will cause a 0.384 ohm change in resistance, so even a small error in measurement of th i t (f l th i t f th i l di t the resistance (for example, the resistance of the wires leading to the sensor) can cause a large error in the measurement of the temperature. temperature.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz44

Page 45: Transdutores Sensores e Atuadores

Cél l d Célula de cargaUma célula de carga consiste de um condutor, no formato de lâminag ,plana, disposto em um padrão de ziguezague sobre um material nãocondutor. Quando tracionado sua resistência aumenta. Quandocomprimido sua resistência diminui. São montados na direção paralelaao esforço.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz45

Page 46: Transdutores Sensores e Atuadores

Cél l d Célula de cargaO princípio de funcionamento das células de carga baseia-se na variação da

ê ô ôresistência ôhmica de um sensor denominado extensômetro ou strain gage, quandosubmetido a uma deformação. Utiliza-se comumente em células de carga quatroextensômetros ligados entre si segundo a ponte de Wheatstone e od b l d i d d d f ã d ô édesbalanceamento da mesma, em virtude da deformação dos extensômetros, éproporcional à força que a provoca. É através da medição deste desbalanceamentoque se obtém o valor da força aplicada.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz46

Page 47: Transdutores Sensores e Atuadores

Cél l d Célula de carga

Compensação da temperatura a qual influencia a resistênciaCompensação da temperatura, a qual influencia a resistência.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz47

Page 48: Transdutores Sensores e Atuadores

Cél l d Célula de carga

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz48

Page 49: Transdutores Sensores e Atuadores

Cél l d Célula de carga

http://www.rdpe.com/ex/hiw-sglc.htm.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz49

Page 50: Transdutores Sensores e Atuadores

Cél l d Célula de cargaUm exemplo típico de variação da voltagem na ponte de wheatstone, em mediçãode esforços utilizando um extensômetro é 15 mV/V para cada 453,6 kg (1.000libras). Seja compressão ou tração. A ponte será desbalanceada em 15 mV para cadavolt na voltagem de excitação.g ç

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz50

Page 51: Transdutores Sensores e Atuadores

CARACTERÍSTICAS DOS SENSORESSENSORES

Linearidade: É o grau de proporcionalidade entre o sinalLinearidade: É o grau de proporcionalidade entre o sinalgerado e a grandeza física. Quanto maior, mais fiel é a respostado sensor ao estímulo. Os sensores mais usados são os maislineares, conferindo mais precisão ao SC. Os sensores nãolineares são usados em faixas limitadas, em que os desvios sãoaceitáveis, ou com adaptadores especiais, que corrigem o sinal.Faixa de atuação: É o intervalo de valores da grandeza emque pode ser usado o sensor, sem destruição ou imprecisão.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz51

Page 52: Transdutores Sensores e Atuadores

SENSORESSENSORESDetectores: são dispositivos usados para sentir a presença deDetectores: são dispositivos usados para sentir a presença dealguma coisa tal como calor, radiação ou outro fenômenofísico.Sinal: geralmente é qualquer quantidade que pode serrepresentada como uma função do tempo. Mais estritamente,p ç pfunções do tempo tais como excitação e resposta, tambémdenominadas entrada e saídas, são chamadas sinais na teoria desistemas

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz52

Page 53: Transdutores Sensores e Atuadores

SINAISSINAISSinais de tempo contínuo: são sinais nos quais o tempo éSinais de tempo contínuo: são sinais nos quais o tempo éuma variável contínua.Sinais de tempo discreto: são sinais nos quais o tempo éSinais de tempo discreto: são sinais nos quais o tempo éuma variável discreta, normalmente assumindo valoresperiódicos.pSinais analógicos: são sinais cuja amplitude não é restrita,podendo assumir quaisquer valores.p q qSinais digitais: são sinais cuja amplitude é restrita a umaclasse de valores.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz53

Page 54: Transdutores Sensores e Atuadores

CONVERSORESCONVERSORESUm computador digital só aceita sinais digitais, geralmenteUm computador digital só aceita sinais digitais, geralmentecodificados na forma binária. Portanto para utilizar ocomputador digital é necessário mudar o formato dos sinais dep ganalógico para digital. Isto é feito através de conversores desinais. Temos os conversores analógico-para-digital denotadosimbolicamente por conversores A/D, e os conversores digital-para-analógico, representados por D/A utilizados para fazer a

ã d l i é d di i l ló iconversão de volta, isto é, de digital para analógico.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz54

Page 55: Transdutores Sensores e Atuadores

SERVOMECANISMOSSERVOMECANISMOS

São sistemas de controle com realimentação nos quais assaídas são posições mecânicas, velocidades ou acelerações.saídas são posições mecânicas, velocidades ou acelerações.Portanto servomecanismo e sistema de controle de posição(velocidade ou aceleração) são sinônimos.( ç )

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz55

Page 56: Transdutores Sensores e Atuadores

ATUADORES E VÁLVULASATUADORES E VÁLVULAS

Componentes de um sistema de automação industrialUtilizados para executar movimentos mecânicos (atuadores) eUtilizados para executar movimentos mecânicos (atuadores) econtrolar mecanicamente o fluxo de fluidos em equipamentos(válvulas).(válvulas).

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz56

Page 57: Transdutores Sensores e Atuadores

ATUADORESATUADORESSão máquinas capazes de fornecer energia mecânica a umSão máquinas capazes de fornecer energia mecânica a umsistema de automação.

Princípio de funcionamento de atuadores não elétricosUtilizam fluidos sob pressão para produzir energia mecânicaUtilizam fluidos sob pressão para produzir energia mecânica.Geralmente, os fluidos utilizados são o ÓLEO e o AR.Quando é utilizado o óleo, denominamos o princípio de “hidráulico”.Quando é utilizado o óleo, denominamos o princípio de hidráulico .Quando o ar, de “pneumático”.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz57

Page 58: Transdutores Sensores e Atuadores

ATUADORESATUADORES

LEI DE PASCAL: “A pressão aplicada a um fluido confinado éLEI DE PASCAL: A pressão aplicada a um fluido confinado é transmitida em todas as direções agindo com uma força normal de mesma intensidade para áreas iguais.”de mesma intensidade para áreas iguais.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz58

Page 59: Transdutores Sensores e Atuadores

ATUADORESATUADORES

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz59

Page 60: Transdutores Sensores e Atuadores

ATUADORESATUADORESClassificação dos atuadores não elétricosçA classificação dos atuadores industriais não‐elétricos pode ser feitasegundo o tipo de fluido utilizado nos dispositivos ou segundo og p p gtipo de movimento que realizam.Quanto ao fluido utilizado:→ atuadores hidráulicos.

→ atuadores pneumáticos.

Quanto ao movimento que realizam:→ atuadores lineares.

d i l→ atuadores rotativos angulares.

→ atuadores rotativos contínuos (motores pneumáticos ou hidráulicos).

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz60

Page 61: Transdutores Sensores e Atuadores

At d LiAtuadores LinearesSão conhecidos como Cilindros ou Pistões. São como seringas farmacêuticasfuncionando ao contrário. Se injetarmos um fluido pela ponta, o êmbolo vai sedeslocar segundo um movimento linear. Neste caso, estamos transformandoenergia de pressão em energia mecânica.g p g

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz61

Page 62: Transdutores Sensores e Atuadores

At d LiAtuadores Lineares

Cilindro de ação dupla

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz62

Page 63: Transdutores Sensores e Atuadores

At d LiAtuadores Lineares

Para que o cilindro seja expandido,a válvula V1 tem que estar aberta Para recolher o cilindro, devea válvula V1 tem que estar aberta(bobina recebe corrente) e a válvulaV2 tem que estar fechada (nãoi l t l b bi )

Para recolher o cilindro, deve ocorrer o contrário: válvula V2 aberta e válvula V1 fechada.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz63

circula corrente pela bobina).

Page 64: Transdutores Sensores e Atuadores

At d LiAtuadores Lineares

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz64

Page 65: Transdutores Sensores e Atuadores

At d R t tiAtuadores RotativosOs atuadores rotativos angulares são também conhecidos comogcilindros rotativos.Esses atuadores podem ser ainda de dois tipos: de Cremalheira e dep pAleta Rotativa.Os atuadores rotativos angulares de Cremalheira são a união de umcilindro pneumático, cujo pistão é usinado como uma cremalheira, aum sistema mecânico com engrenagem, que gira um eixo.Já d l d Al f d dJá os atuadores rotativos angulares de Aleta fazem girar, dentro deuma câmara, uma pá com aletas, impulsionada pelo fluido sobpressão Acoplada a esta pá fica o eixo que transmite o movimentopressão.Acoplada a esta pá fica o eixo que transmite o movimento.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz65

Page 66: Transdutores Sensores e Atuadores

Atuadores RotativosBomba de Engrenagem

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz66

Page 67: Transdutores Sensores e Atuadores

Atuadores RotativosBomba de Engrenagem

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz67

Page 68: Transdutores Sensores e Atuadores

Atuadores RotativosBomba de Palheta

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz68

Page 69: Transdutores Sensores e Atuadores

Atuadores RotativosBomba de Palheta

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz69

Page 70: Transdutores Sensores e Atuadores

At d Elét iAtuadores ElétricosMotores elétricosUm MOTOR ELÉTRICO é um componente que converte energiaelétrica em energia mecânica. É, portanto, um atuador elétrico,g pgeralmente do tipo rotativo, pois a energia mecânica é utilizadaatravés de um eixo do motor.Os motores elétricos baseiam‐se em dois princípios físicos:1. um condutor percorrido por uma corrente elétrica gera um

é dcampo magnético ao seu redor.2. campos magnéticos de mesma polaridade se repelem e campos

éti d l id d dif t tmagnéticos de polaridade diferente se atraem.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz70

Page 71: Transdutores Sensores e Atuadores

At d Elét iAtuadores ElétricosMotores elétricosO funcionamento do motor elétrico parte de uma estratégia demovimentar algumas de suas partes de acordo com o campog p pmagnético (variável) gerado por uma corrente elétrica percorrendopartes condutoras.

à ÉELEMENTOS DE CONSTRUÇÃO DE UM MOTOR ELÉTRICO→ Estator ‐ pelo nome, podemos deduzir que se trata de uma partef N d lfixa. Nesta parte do motor normalmente existem camposmagnéticos fixos, criados por ímãs permanentes ou eletroímã.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz71

Page 72: Transdutores Sensores e Atuadores

At d Elét iAtuadores ElétricosMotores elétricos→ Rotor ‐ é uma parte móvel do motor, ligada ao eixo detransmissão de movimento. Nesta parte do motor normalmentepexistem bobinas, percorridas por correntes elétricas que geramcampos magnéticos. Em função da polaridade, os campos magnéticos

b f d ã l ã P d i dsubmetem o rotor a forças de atração e repulsão, Produzindo omovimento giratório do rotor.→ Coletor ou comutador esta parte do motor liga as bobinas à→ Coletor ou comutador ‐ esta parte do motor liga as bobinas àrede elétrica, de modo que o rotor se movimenta semcurtos‐circuitos nos fios ligados à rede elétrica.cu tos c cu tos os os ga os à t ca.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz72

Page 73: Transdutores Sensores e Atuadores

At d Elét iAtuadores ElétricosMotores elétricos→ Bobinas ‐ são enrolamentos de condutores percorridos porcorrente elétrica. Devido ao fluxo de elétrons, os enrolamentosficam submetidos a um campo magnético que interage com o campomagnético do estator, gerando o movimento desejado.→ Escovas – são contatos do comutador.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz73

Page 74: Transdutores Sensores e Atuadores

At d Elét iAtuadores ElétricosMotores elétricos

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz74

Page 75: Transdutores Sensores e Atuadores

At d Elét iAtuadores ElétricosMotores elétricos de corrente contínua

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz75

Page 76: Transdutores Sensores e Atuadores

At d Elét iAtuadores ElétricosMotores elétricos de corrente alternada

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz76

Page 77: Transdutores Sensores e Atuadores

At d Elét iAtuadores ElétricosMotores elétricos de indução de anelçSão motores de corrente alternada sem escovas.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz77

Page 78: Transdutores Sensores e Atuadores

At d Elét iAtuadores ElétricosMotores elétricos trifásicoO estator do motor trifásico possui três enrolamentos, distantes 120° um dooutro. São preparados para receber as tensões do sistema trifásico. Quando ast õ lét i d t ifá i t d t i ã li d à t ê f dtensões elétricas do trifásico, atrasadas entre si, são aplicadas às três fases doestator, forma‐se um magnetismo que vai mudando de posição e gira conforme otempo vai passando. Esse magnetismo giratório induz correntes no rotor. A partirdaí, o magnetismo força o rotor, sustentado por mancais que acompanham seumovimento. Nos fios do rotor bobinado podem‐se ligar resistências externas quepermitem controlar a corrente no rotor. Altas correntes significam altasvelocidades. Os motores trifásicos são utilizados em aplicações que requeremacionamento de cargas pesadas, como guindastes, pontes rolantes e equipamentostransportadores. Podem ser ligados em tensões elétricas de 220 V, 380 V, 440 V ep g , ,760V.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz78

Page 79: Transdutores Sensores e Atuadores

At d Elét iAtuadores ElétricosMotores elétricos de passopÉ uma mistura entre um motor de corrente contínua e um solenóide. Motores depasso não usam escovas.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz79

Page 80: Transdutores Sensores e Atuadores

Vál lVálvulasSão dispositivos que desempenham o papel de chaves, disjuntores ep q p p p , jinterruptores no circuito hidráulico ou pneumático. As válvulaspermitem controlar a direção do fluxo de fluido, sua pressão etambém a vazão.Válvulas Acionadas eletricamente:

á éEntre os diversos tipos de válvulas existentes, as de controle elétrico,também conhecidas pelo nome de SOLENÓIDES, vem ganhando cada vezmais espaço em todo tipo de aplicação, por vários motivos:mais espaço em todo tipo de aplicação, por vários motivos:• tornam os circuito elétricos e pneumáticos mais simples;• não apresentam desgaste mecânico das peças;p g p ç ;• podem ser controladas por computadores, facilitando o processo deautomação e controle das mesmas.

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz80

Page 81: Transdutores Sensores e Atuadores

Vál lVálvulas

Quando a corrente circula através da bobina (1), é criado um campomagnético que por sua vez puxa o núcleo (2) para baixo A válvula é abertamagnético que, por sua vez, puxa o núcleo (2) para baixo. A válvula é abertae o ar circula da conexão "P" para o cilindro, passando pela conexão "A". Senão houver circulação de corrente, o núcleo é empurrado para cima pelamola (3) e a válvula é fechada

Professor Carlos Alberto Silveira da Luz81

mola (3) e a válvula é fechada.