apostila-07-sensoriamento

7/29/2019 apostila-07-Sensoriamento

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Atualmente, muito comum nos deparar-mos com situaes em que devemos nos preocupar com a segurana pessoale de nossos bens e propriedades. Da decorre a necessidade de adquirir dispo-

sitivos e equipamentos de segurana, como os sistemas de alarme.

Esses sistemas de alarme so basicamente equipamentos destinados a sinalizarque algum est tentando violar alguma entrada, forando portas ou janelas.

Um sndico de um prdio apresentou aos condminos o oramentode algumas empresas de segurana, para implantao de um sistema de alarmeno condomnio.

Os diversos oramentos variavam bastante em termos de custos, e todas aspropostas sugeriam a instalao de uma central de alarme, diferindo

fundamentalmente quanto aos pontos de colocao dos sensores e aos seusmodelos e tipos.

Como pode ser observado em tal situao, seleciona-se cada sensorde acordo com sua possvel localizao e com o tipo de funo a realizar.

Os condminos, alm de analisarem o valor das propostas, tiveram deestudar a adequao dos sensores propostos, a fim de evitar gastos desneces-srios com manuteno e trocas devidas especificao inadequada.

Exemplos de aplicaes

O sistema de alarme um exemplo tpico e atual de utilizao de sensores.Mas h uma variedade de reas em que os sensores encontram aplicao.

Num automvel, por exemplo, identificamos vrias dessas aplicaes: o sistema de indicao do volume de combustvel no tanque; o sistema de indicao do nvel de leo no crter; o sistema de freios; os sistemas mais modernos que indicam que as portas esto abertas

e que o cinto de segurana no est sendo utilizado.

Um problema

Sensoriamento


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A U L A Podemos afirmar que todos os sistemas que necessitam de algum tipo decontrole requerem sensores, para fornecer informaes ao controle.

Nesses exemplos, pode-se observar que a funo do sensor indicar o valorou a condio de uma grandeza fsica, ou seja, sensori-la para que se possaexercer controle sobre ela.

No caso do tanque de gasolina, o sensor funciona como indicadorpara o motorista abastecer o reservatrio com combustvel.

Princpio de funcionamento

O sensorsensorsensorsensorsensor um dispositivo capaz de monitorar a variao de uma grandezafsica e transmitir esta informao a um sistema de indicao que seja inteligvelpara o elemento de controle do sistema.

O termmetro um sistema de indicao que tem como elemento sensorelemento sensorelemento sensorelemento sensorelemento sensor omercrio. A grandeza fsica a ser medida a temperatura e a grandeza fsica doelemento sensor, que varia proporcionalmente com a variao da temperatura, o seu volume, pois o mercrio se dilata com o aumento da temperatura.

Sensor:

dispositivo deentrada que

converte um sinalde qualquer

espcie em outrosinal que possa ser

transmitido aoelemento indicador,

para que estemostre o valor da

grandeza que estsendo medida.


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A U L AConhecendo a proporo dessas variaes, podemos identificar e mediro valor da temperatura, observando o comprimento da coluna de mercrio.

O sensor utilizado com base nas variaes de grandezas.

Todos os elementos sensores so denominados transdutorestransdutorestransdutorestransdutorestransdutores.

A maior parte dos sensores so transdutores eltricos, pois convertema grandeza de entrada para uma grandeza eltrica, que pode ser medidae indicada por um circuito eletroeletrnico denominado medidor.

A maior parte dos medidores, como os de painis de automveis, barcose avies, registra uma grandeza eltrica proporcional variao da grandezaque est sendo indicada pelo sensor a grandeza controlada.

As grandezas eltricas que apresentam variaes proporcionais s grandezasque esto sendo sentidas e indicadas pelos sensores so: corrente eltricacorrente eltricacorrente eltricacorrente eltricacorrente eltrica,tenso eltricatenso eltricatenso eltricatenso eltricatenso eltrica e resistncia eltricaresistncia eltricaresistncia eltricaresistncia eltricaresistncia eltrica.

Essas grandezas so utilizadas normalmente, pois a maioria dos medidorese elementos de controle que utilizam estas informaes so capazes de leros sinais sem dificuldade.

Sistema de controle

Os sensores esto vinculados aos sistemas de controle.O sistema de controle um processo acionado por um dispositivo de

controle, que determina o resultado desejado e, ao longo do tempo, indica oresultado obtido e corrige sua ao para atingir, o mais rpido possivel, o valordesejado.

Para que o controle ocorra, so acoplados sensores ao sistema. Os sensoresregistram os resultados e grandezas do processo, fornecendo ao dispositivo

de controle informaes sobre o valor desejado.

Transdutor:

todo dispositivoque recebe um

sinal de entrada emforma de umagrandeza fsica efornece umaresposta de sada,da mesma espcieou diferente, quereproduz certascaracterstcas dosinal de entrada,a partir de umarelao definida.

Tenso

eltrica:corresponde diferena depotencial eltricoentre dois pontos

de um circuitoeltrico.

Corrente

eltrica: o fluxode cargas eltricasatravs de umcondutor porunidade de tempo.

Resistncia

eltrica: grandezaque caracteriza a

propriedade de umelemento decircuito deconverter energiaeltrica em calor,quando percorridopor corrente.


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A U L A Existem diversos exemplos de sistemas de controle no nosso dia-a-dia. Umacaminhada para um determinado lugar, por exemplo, pode ser consideradacomo um sistema de controle. O processo a caminhada. O dispositivode controle o nosso crebro. Os atuadores so nossas pernas e ps.

O dispositivo de controle estimula os atuadores a alcanarem o objetivodesejado.

O processo da caminhada dinmico, ou seja, o controle sobre os atuadores(nossos ps e pernas) ocorre constantemente, de forma que o crebro nos orientaa andar mais rpido ou mais lentamente, virar para a esquerda, para a direitaou andar em frente.

Malha fechada e malha aberta

Malha fechada um sistema de controle que usa sensores para identificara distncia do resultado desejado e corrigir suas aes para alcan-lo.

Malha aberta um sistema em que o controle ocorre sem que hajauma amostragem do resultado ao longo do processo, ou seja, sem utilizaode sensores; como se caminhssemos com os olhos fechados, acreditando

j conhecer o caminho.

cada vez menor o nmero de sistemas em malha aberta, em funo dacrescente necessidade de se atingir resultados mais precisos e rpidos, e tambmdevido ao desenvolvimento de elementos sensores bastante precisos e adequadoss mais diversas aplicaes.

Sensores e aplicaes industriais de alta tecnologia

A seguir, alguns exemplos de aplicaes de sensores em equipamentose sistemas mais nobres.

Os robs, que so equipamentos de ltima gerao tecnolgica, tm seufuncionamento respaldado por diversos sensores, colocados em pontosestratgicos de seu mecanismo e na sua rea de atuao.


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A U L AO processo de usinagem tambm um exemplo de aplicao de sensores,principalmente se o processo de usinagem for automtico (controlado porcomputador).

No processo de usinagem manual, os sensores so os olhos do operador, quecoordena a produo controlando a mquina de usinagem (fresadora ou torno)por meio de instrumentos de medida, como paqumetros e micrmetros.

Na produo automatizada pelo computador, os sensores indicamao computador o que j foi usinado do material em produo, de forma queo computador possa controlar a velocidade de operao dos mecanismos.

Sensores analgicos e digitais

Como existem sinais analgicossinais analgicossinais analgicossinais analgicossinais analgicos e sinais digitaissinais digitaissinais digitaissinais digitaissinais digitais a serem controladosnum sistema, os sensores tambm devem indicar variaes de grandezasanalgicas e digitais.

Para um sistema de alarme, qualquer condio que no seja fechada serentendida como aberta e deve fazer o alarme disparar. Neste caso, a grandeza digital e o sensor deve ser digital. Por exemplo, uma microchave fica emposio fechada quando a entrada est fechada e se abre quando a entrada violada.

No caso do controle de movimento do rob, a grandeza que se estcontrolando analgica, pois o mecanismo do rob pode ocupar qualquerposio no espao durante o deslocamento, desde a posio de partida ata posio final.

Sinal

digital: sinalquantificado queindica a existnciaou no de umevento.

Sinal

analgico: sinalcuja informaopode identificartodos os valores deuma faixa dada.


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A U L A Sensores e segurana no trabalho

Ainda no caso do rob, podemos tambm utilizar um sensor digital paraindicar se o trabalhador est ou no numa rea perigosa. Um dos sensores maisutilizados nesta aplicao o sensor ptico.

Muitos equipamentos, instrumentos e mquinas devem apresentardispositivos sensores de segurana. Quanto mais automticas so as aesdesses mecanismos, maior a segurana.

As mquinas injetoras de plstico automticas apresentam dispositivos desegurana nas suas aberturas de acesso aos pontos de colocao dos moldes.Se uma das portas de segurana se abrir, os sensores indicam o fato ao controleda mquina e, no mesmo instante, ela pra.

O mesmo ocorre com prensas de estampo, que s atuam se perceberem pormeio de uma cortina de sensores pticos que no existe nenhum obstculo emseu campo de ao. Alm disso, o operador deve acionar dois sensores empontos distintos, com suas duas mos simultaneamente, o que significa para ocontrolador da prensa: se o operador acionou os dois dispositivos simultaneamente,as mos dele esto em posies de segurana, e ento a prensa pode ser acionada.

A legislao trabalhista e a normalizao vm garantindo cada vez mais aimplantao de sistemas de segurana de operao em equipamentos,automatizados ou no.

Tipos de sensores

A variedade de sensores grande. O mercado tem sensores especificadospara cada aplicao.

Strain gaugeStrain gaugeStrain gaugeStrain gaugeStrain gauge so sensores que medem deformao superficial de peas.Eles transformam o valor da deformao em sinais eltricos.

rearea a

rea a

sensores aderidos ao corpo de prova(pea a ter as foras ensaiadas)


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A U L APotenciomtricoPotenciomtricoPotenciomtricoPotenciomtricoPotenciomtrico um sensor bastante simples, com elemento resistivo quepode ser um fio bobinado ou um filme de carbono ou de matria plsticaresistiva.

SynchroSynchroSynchroSynchroSynchro e resolversresolversresolversresolversresolvers (sensores de deslocamento angular) so sensoresque se compem de um transmissor e um receptor.

Nesses sensores, o rotor do motor se desloca proporcionalmente ao deslo-camento do rotor do gerador.

deslocamento

deslocamento


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A U L A O rotor do transmissor alimentado em corrente alternada e gira solidrio pea da qual se pretende medir o deslocamento angular.

Encoder pticoEncoder pticoEncoder pticoEncoder pticoEncoder ptico um sensor que se vale da interrupo de um feixe de luz,visvel ou no, entre um transmissor e um receptor para gerar um trem de pulsosproporcional ao deslocamento do dispositivo que est acoplado ao disco encoder rotacionalencoder rotacionalencoder rotacionalencoder rotacionalencoder rotacional ou rgua encoder linearencoder linearencoder linearencoder linearencoder linear.

O encoder linear permite medir um deslocamento ao longo de um eixo;o encoder rotacional proporciona a indicao de um deslocamento angularao redor de um eixo.

Ultra-somUltra-somUltra-somUltra-somUltra-som um sensor eletrosttico que emite impulsos periodicamentee capta seus ecos, resultantes do choque das emisses com objetos situadosno campo de ao. A distncia do objeto calculada por meio do tempode atraso do eco em relao ao momento da emisso do sinal.

transdutor de ultra-som


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A U L ADe proximidadeDe proximidadeDe proximidadeDe proximidadeDe proximidade (indutivos e capacitivos) so sensores que se valem das leisde induo eletromagntica de cargas para indicar a presena de algum tipode material que corresponda a certa caracterstica.

PiezoeltricosPiezoeltricosPiezoeltricosPiezoeltricosPiezoeltricos so sensores que se valem das caractersticas que certosmateriais tm de gerar uma tenso eltrica proporcional deformao fsicaa que so submetidos.

Normalmente so constitudos de lminas de quartzo ou de material

cermico, recobertas por um filme metlico condutor. A lmina, ao ser submetidaa uma tenso externa (fora), produz uma tenso eltrica.

O uso de cmeras de viso artificial no cho das fbricas tem aumentadorapidamente, contribuindo para garantir a qualidade final do produto.

Os sensores do sistema de viso artificial so as cmeras, que captam aimagem. A capacidade que a cmera tem de converter o sinal ptico em sinaleltrico muito importante nesse tipo de aplicao.

MatriciaisMatriciaisMatriciaisMatriciaisMatriciais (pele artificial) so sensores formados pela associao de sensoresanalgicos ou digitais em forma de matriz, dispostos lado a lado.


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A U L A Cabe ressaltar que a resoluo dada peloespaamento entre os elementos que compem a matriz,e que esse tipo de sensor ainda se encontra em fasede desenvolvimento. Portanto, ainda no total-mente confivel.

Teste sua aprendizagem. Faa os exercciose confira suas respostas com as do gabarito.

Marque com X a resposta correta.

Exerccio 1Exerccio 1Exerccio 1Exerccio 1Exerccio 1Um sensor capaz de:

a)a)a)a)a) ( ) converter uma variao de grandeza fsica numa variao de outragrandeza que possa de ser indicada por dispositivos eletrnicos;b)b)b)b)b) ( ) gerar variao de grandeza fsica de acordo com o sinal de um

controlador de sistema;c)c)c)c)c) ( ) indicar o valor de uma grandeza fsica diretamente.

Exerccio 2Exerccio 2Exerccio 2Exerccio 2Exerccio 2Um sensor digital consegue perceber a variao de:a)a)a)a)a) ( ) uma grandeza que apresenta diversos valores entre um valor

mnimo e mximo;b)b)b)b)b) ( ) qualquer grandeza;

c)c)c)c)c) ( ) uma grandeza fsica que assuma apenas dois valores: existe ou noexiste.

Exerccio 3Exerccio 3Exerccio 3Exerccio 3Exerccio 3Um sensor denominado transdutor quando:a)a)a)a)a) ( ) transmite sinais para o medidor;

b)b)b)b)b) ( ) converte uma grandeza em outra;c)c)c)c)c) ( ) cobre todas as aplicaes relativas ao indicar uma variao.

Exerccio 4Exerccio 4Exerccio 4Exerccio 4Exerccio 4Um sistema em malha aberta caracterizado pela ausncia:a)a)a)a)a) ( ) do controlador do sistema;

b)b)b)b)b) ( ) de uma grandeza varivel a ser controlada;c)c)c)c)c) ( ) de um elemento sensor capaz de perceber mudanas na varivel

controlada para atualizar o controle do controlador do sistema.

Exerccio 5Exerccio 5Exerccio 5Exerccio 5Exerccio 5Os sensores podem ser considerados dispositivos:a)a)a)a)a) ( ) extremamente simples e de pouca utilizao;

b)b)b)b)b) ( ) complexos, que por esta caracterstica tm aplicao restrita;c)c)c)c)c) ( ) com aplicao diversificada e por isso em pleno desenvolvimento

para novas tecnologias.

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Exerccios

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