apostila de instrumentação industrial - senai tubarão

5/22/2018 Apostila de Instrumenta o Industrial - Senai Tubar o

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Universidade do Sul de Santa Catarina UNISULCurso: Tecnlogo em EletroeletrnicaDisciplina: Instrumentao IndustrialSemestre curricular: 2005/AProfessor: Edcarlo da Conceio

Apostila Instrumentao industrial

Tubaro, Fevereiro de 2005.

Reviso 2



Tecnlogo em Eletroeletrnica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 2

1 - Introduo Instrumentao

INSTRUMENTAO a cincia que aplica e desenvolve tcnicas paraadequao de instrumentos de medio, transmisso, indicao, registro e controle devariveis fsicas em equipamentos nos processos industriais.

Nas indstrias de processos tais como siderrgica, petroqumica, alimentcia,papel, etc.; a instrumentao responsvel pelo rendimento mximo de um processo,fazendo com que toda energia cedida, seja transformada em trabalho na elaborao doproduto desejado. As principais grandezas que traduzem transferncias de energia noprocesso so: PRESSO, NVEL, VAZO, TEMPERATURA; as quais denominamos devariveis de um processo.

1.1 - Classificao de Instrumentos de Medio

Existem vrios mtodos de classificao de instrumentos de medio. Dentre osquais podemos ter:

Classificao por: funo sinal transmitido ou suprimento tipo de sinal

1.2 - Classificao por Funo

Conforme ser visto posteriormente, os instrumentos podem estar interligadosentre si para realizar uma determinada tarefa nos processos industriais. A associaodesses instrumentos chama-se malha e em uma malha cada instrumento executa uma

funo.Os instrumentos que podem compor uma malha so ento classificados porfuno cuja descrio sucinta pode ser liga na tabela abaixo.

INSTRUMENTO DEFINIO




1.3 - Funes de Instrumentos

Podemos denominar os instrumentos e dispositivos utilizados em instrumentaode acordo com a funo que desempenham no processo.

Indicador:Instrumento que dispe de um ponteiro e de uma escala graduada naqual podemos ler o valor da varivel. Existem, tambm, os indicadores digitais quemostram a varivel em forma numrica com dgitos ou barras grficas. A figura 1.3ilustra dois tipos de indicadores.

Figura 1.3 Tipos de indicadores analgico e digital

Registrador:Instrumento que registra a trao contnuo ou pontos em um grfico.

Alguns destes registradores podem ser vistos na figura 1.4.

Figura 1.4 Alguns tipos de registradores

Transmissor: Instrumento que determina o valor de uma varivel no processoatravs de um elemento primrio, tendo o mesmo sinal de sada (pneumtico oueletrnico) cujo valor varia apenas em funo da varivel do processo. A figura 1.5mostra alguns transmissores tpicos.




Figura 1.5 Transmissores de presso diferencial e de temperatura

Transdutor: Instrumento que recebe informaes na forma de uma ou maisquantidades fsicas, modifica, caso necessrio, estas informaes e fornece um sinal de

sada resultante. Dependendo da aplicao, o transdutor pode ser um elementoprimrio, um transmissor ou outro dispositivo. O conversor um tipo de transdutor quetrabalha apenas com sinais de entrada e sada padronizados.

Figura 1.6 Tipos de transdutoresControlador: Instrumento que compara a varivel controlada com um valor

desejado e fornece um sinal de sada a fim de manter a varivel controlada em um valorespecfico ou entre valores determinados. A varivel pode ser medida diretamente pelocontrolador ou indiretamente atravs do sinal de um transmissor ou transdutor.

Figura 1.7 Alguns tipos de controladores

Elemento Final de Controle: Instrumento que modifica diretamente o valor davarivel manipulada de uma malha de controle.

Figura 1.8 Elementos finais de controle




1.4.1. Transmissores

Os transmissores so instrumentos que medem uma varivel do processo e atransmitem, distncia, a um instrumento receptor, indicador, registrador, controlador ou

a uma combinao destes.Existem vrios tipos de sinais de transmisso: pneumticos, eltricos, hidrulicose eletrnicos.

1.4.1.1. Transmisso Pneumtica

Em geral, os transmissores pneumticos geram um sinal pneumtico varivel,linear, de 3 a 15 psi (libras fora por polegada ao quadrado) para uma faixa de medidasde 0 a 100 % da varivel. Esta faixa de transmisso foi adotada pela SAMA (ScientificApparatur Makers Association), Associao de Fabricantes de Instrumentos, e pelamaioria dos fabricantes de transmissores e controladores dos Estados Unidos.

Podemos, entretanto, encontrar transmissores com outras faixas de sinais detransmisso. Por exemplo: de 20 a 100 kPa.

Nos pases que utilizam o sistema mtrico decimal, utilizam-se as faixas de0,2 a 1kgf/cm2 que equivalem, aproximadamente, de 3 a 15 psi.

O alcance do sinal no sistema mtrico , aproximadamente, 5 % menor que osinal de 3 a 15 psi. Este um dos motivos pelos quais devemos calibrar os instrumentosde uma malha (transmissor, controlador, elemento final de controle, etc.) sempreutilizando uma mesma norma.

Note que o valor mnimo do sinal pneumtico tambm no zero, e sim, 3 psi ou0,2 kgf/cm2. Deste modo, conseguimos calibrar corretamente o instrumento,

comprovando sua correta calibrao e detectando vazamentos de ar nas linhas detransmisso.Percebe-se que, se tivssemos um transmissor pneumtico de temperatura de

range de 0 a 200C e o mesmo tivesse com o bulbo a 0C e um sinal de sada de 1 psi,este estaria descalibrado.

Se o valor mnimo de sada fosse 0 psi, no seria possvel fazermos estacomparao rapidamente. Para que pudssemos detect-lo, teramos de esperar umaumento de temperatura para que tivssemos um sinal de sada maior que 0 (o qualseria incorreto).

1.4.1.2. Transmisso Eletrnica

Os transmissores eletrnicos geram vrios tipos de sinais em painis, sendo osmais utilizados: 4 a 20 mA, 10 a 50 mA e 1 a 5 V. Temos estas discrepncias nos sinaisde sada entre diferentes fabricantes, porque estes instrumentos esto preparados parauma fcil mudana do seu sinal de sada.

A relao de 4 a 20 mA, 1 a 5 V est na mesma relao de um sinal de 3 a 15 pside um sinal pneumtico.




O "zero vivo" utilizado, quando adotamos o valor mnimo de 4 mA, oferece avantagem tambm de podermos detectar uma avaria (rompimento dos fios, porexemplo), que provoca a queda do sinal, quando ele est em seu valor mnimo.

1.4.1.3. Protocolo HART (Highway Adress Remote Transducer)

um sistema que combina o padro 4 a 20 mA com a comunicao digital. umsistema a dois fios com taxa de comunicao de 1200 bits/s (BPS) e modulao FSK(Frequency Shift Keying). O Hart baseado no sistema mestre escravo, permitindo aexistncia de dois mestres na rede simultaneamente.

As vantagens do protocolo Hart so as seguintes:

Usa o mesmo par de cabos para o 4 a 20 mA e para a comunicao digital. Usa o mesmo tipo de cabo utilizado na instrumentao analgica. Disponibilidade de equipamentos de vrios fabricantes.

As desvantagens so que existe uma limitao quanto velocidade detransmisso das informaes e a falta de economia de cabeamento (precisa-se de umpar de fios para cada instrumento).

1.4.1.4. Fieldbus

um sistema de comunicao digital bidirecional, que interliga equipamentosinteligentes de campo com o sistema de controle ou com equipamentos localizados nasala de controle, conforme mostra a Figura 1.10.

Este padro permite comunicao entre uma variedade de equipamentos, taiscomo: transmissores, vlvulas, controladores, CLPs, etc. Estes podem ser defabricantes diferentes (Interoperabilidade) e ter controle distribudo (cada instrumentotem a capacidade de processar um sinal recebido e enviar informaes a outrosinstrumentos para correo de uma varivel: presso, vazo, temperatura, etc.).

Uma grande vantagem a reduo do nmero de cabos do controlador aosinstrumentos de campo, ou seja, apenas um par de fios o suficiente para a interligaode uma rede fieldbus.




Figura 1.10 Sistema Fieldbus

1.5 - Sensores

Os sensores so transdutores eletrnicos que geram um sinal de sada quandoum objeto introduzido em seu campo de atuao.

Os sensores surgiram para auxiliar nas automatizaes de mquinas eequipamentos, substituindo as chaves de acionamento mecnico dando maiorversatilidade e durabilidade s aplicaes.

1.6 - Tipos de Sensores

- Indutivos- Capacitivos- Magnticos- Fotoeltricos- Ultra-snicos- Laser

2- Sensores de Proximidade IndutivoOs sensores de proximidade indutivos so equipamentos eletrnicos capazes de

detectar a proximao de peas, componentes, elementos de mquinas, etc, emsubstituio as tradicionais chaves fim de curso. A deteco ocorre sem que haja ocontato fsico entre o acionador e o sensor, aumentando a vida til do sensor por nopossuir peas mveis sujeitas a desgastes mecnicos.

Os sensores Indutivos so sensores de proximidade, ou seja, geram um sinal desada quando um objeto metlico (ao, alumnio, cobre, lato, etc) entra na sua rea dedeteco, vindo de qualquer direo, sem que seja necessrio o contato fsico.




2.1 - Princpio de Funcionamento

Figura 1 - Sensor de proximidade indutivo

A bobina faz parte de um circuito oscilador que em condio normal(desacionada) gera um sinal senoidal. Quando um metal aproxima-se do campo, estepor correntes de superfcie (Foucault), absorve a energia do campo, diminuindo aamplitude do sinal gerado no oscilador.

A variao de amplitude deste sinal convertida em uma variao contnua quecomparada com um valor padro, passa a atuar no estgio de sada.2.2 - Face Sensora

a superfcie onde emerge o campo eletromagntico.

2.3 - Distncia Sensora (S)

distncia em que se aproximando o acionador da face sensora, o sensormuda o estado da sada.

2.4 - Distncia de Acionamento

distncia de acionamento funo do tamanho da bobina. Assim, nopodemos especificar a distncia sensora e o tamanho do sensor simultaneamente.

2.5 - Distncia Sensora Nominal (Sn)

distncia sensora terica, a qual utiliza um alvo padro como acionador e noconsidera as variaes causadas pela industrializao temperatura de operao etenso de alimentao. E o valor em que os sensores de proximidade soespecificados.

Como utiliza o alvo padro metlico, a distncia sensora nominal informa tambma mxima distncia que o sensor pode operar.

2.6 - Distncia Sensora Real

Valor influenciado pela industrializao, especificado em temperatura ambiente(20oC) e tenso nominal, desvio de 10%:




2.7 - Distncia Sensora Efetiva

Valor influenciado pela temp. de operao, possui um desvio mximo de 10%sobre a distncia sensora real.

2.8 - Distncia Sensora Operacional (Sa)

distncia em que seguramente pode-se operar, considerando-se todas asvariaes de industrializao, temperatura e tenso de alimentao.

2.9 - Alvo Padro (Norma DIN 50010)

um acionador normalizado utilizado para calibrar a distncia sensora nominaldurante o processo de fabricao do sensor. Consiste de uma chapa de ao de um mmde espessura, formato quadrado. 0 lado deste quadrado iqual ao dimetro do circulo

da face sensora ou 3 vezes a distncia sensora nominal quando o resultado for maiorque o anterior.

2.10 -Material do Acionador

distncia sensora operacional varia ainda com o tipo de metal, ou seja, especificada para o ferro ou ao e necessita ser multiplicada por um fator de reduo.

Material FatorAo (St 37) 1

Lato 0,35 0,5

Cobre 0,25...0,45Alumnio 0,35...0,50Ao inoxidvel 0,6...1

2.11 - Histerese

a diferena entre o ponto de acionamento (quando o alvo metlico aproxima-seda face sensora) e o ponto de desacionamento (quando o alvo afasta-se do sensor).Este valor importante, pois garante uma diferena entre o ponto de acionamento edesacionamento, evitando que em uma possvel vibrao do sensor ou acionador, asada oscile.




Figura 2 - Histerese em sensores

2.12 - Embutido (blindado)

Este tipo de sensor tem o campo eletromagntico emergindo apenas na facesensora e permite que seja montado em uma superfcie metlica.

2.13 - No embutido (no blindado)

Neste tipo o campo eletromagntico emerge tambm na superfcie lateral da facesensora, sensvel a presena de metal ao seu redor.

Figura 3 - Sensores embutido (direita) e no embutido (esquerda)

2.14 - Freqncia de Comutao

A freqncia de comutao o mximo nmero de acionamentos por segundo(Hz).

Figura 4 - Freqncia de comutao

2.15 - Aplicaes

Os sensores indutivos substituem com muitas vantagens as chaves fim de curso.Abaixo visuliza-se algumas das aplicaes.




Posio por cames controle de rotao e sentido

Controle por transfer controlde de posio

controle do nmero de peas posio de comportas

Figura 5 - Algumas das aplicaes dos sensores indutivos

2.16 - Vantagens

- Funcionam em condies ambientais extremas.- Acionamento sem contato fsico.- Sada em estado slido. (PNP ou NPN).- Alta durabilidade quando bem aplicado.

3 - SENSORES DE PROXIMIDADE CAPACITIVOS

Os sensores de proximidade capacitivos so equipamentos eletrnicos capazesde detectar a presena ou aproximao de materiais orgnicos, plsticos, ps, lquidos,madeiras, papis, metais, etc.

Os sensores Capacitivos so semelhantes aos Indutivos, porm sua diferenabsica exatamente no princpio de funcionamento, o qual baseia-se na mudana dacapacitncia da placa detectora localizada na regio denominada face sensvel dosensor.

Estes sensores podem detectar praticamente qualquer tipo de material, porexemplo, Metais, madeira, plsticos, vidros, granulados, ps-minerais tipo cimento,talco, etc. Os lquidos de maneira geral so timos acionadores para os sensorescapacitivos.




3.1 - Principio de Funcionamento

O princpio de funcionamento baseia-se na gerao de um campo eltrico,

desenvolvido por um oscilador controlado por capacitor.O capacitor formado por duas placas metlicas, carregadas com cargaseltricas opostas, montadas na face sensora, de forma a projetar o campo eltrico parafora do sensor, formando desta forma um capacitor que possui como dieltrico o ar.

Figura 6 - Princpio de funcionamento

Quando um material aproxima-se da face sensora, ou seja, do campo eltrico odieltrico do meio se altera, alterando tambm o dieltrico do capacitor frontal do sensor.Como o oscilador do sensor controlado pelo capacitor frontal, quando aproximamosum material a capacitncia tambm se altera, provocando uma mudana no circuitooscilador. Esta variao convertida em um sinal contnuo que comparado com umvalor padro passa a atuar no estgio de sada.

Figura 7- Diagrama em blocos dos elementos do sensor

3.2 - Face sensora

a superfcie onde emerge o campo eltrico. importante notar que os modelosno embutidos, com regio sensora lateral, so sensveis aos materiais a sua volta.




Figura 8 - Face sensora do embutido e do no embutido

3.3 - Distncia Sensora Nominal(Sn)

distncia sensora terica a qual utiliza um alvo padro como acionador e noconsidera as variaes causadas pela industrializao temperatura de operao etenso de alimentao. E a distncia em que os sensores so especificados.3.4 - Alvo Padro

distncia sensora nos capacitivos so especificados para o acionador metlicode ao SAE 1020 quadrado, com lado igual a trs vezes a distncia sensora para osmodelos no embutidos (na grande maioria) e em alguns poucos casos de sensorescapacitivos embutidos utiliza-se o lado do quadrado igual ao dimetro do sensor.

3.5 - Distncia Sensora Efetiva (Su)

Valor influenciado pela industrializao e considera as variaes causadas pelatemperatura de operao.

3.6 - Distncia Sensora Operacional (Sa)

a distncia que observamos na prtica, sendo considerados os fatores deindustrializao (81% Sn) e um fator que proporcional ao dieltrico do material a serdetectado, pois o sensor capacitivo reduz sua distncia quanto menor o dieltrico doacionador.

Sa = 0,81 . Sn . F(r)




3.7 - Material a ser Detectado

A tabela abaixo indica o dieltrico dos principais materiais, para efeito decomparao; sendo indicado sempre um teste prtico para determinao da distncia

sensora efetiva para o acionador utilizado. Deve-se, no entanto considerar que em casode materiais orgnicos deve-se considerar a que a distncia de deteco estfortemente influenciada pela presena de gua.

Materialr

ar, vcuo 1leo, papel, petrleo, poliuretano, parafina,

silicone, teflon2 a 3

araldite, baquelite, quartzo, madeiras 3 a 4vidro, papel grosso, borracha, porcelana 4 a 5

mrmore, pedras, madeiras pesadas 6 a 8lcool 26gua 80

3.8 - Ajuste de sensibilidade

O ajuste de sensibilidade presta-se principalmente para diminuir a influncia doacionamento lateral no sensor, diminuindo-se a distncia sensora. Permite ainda que sedetecte alguns materiais dentro de outros, como por exemplo: Iquidos dentro de

garrafas ou reservatrios com visores de vidro, ps dentro de embalagens, ou fluidosem canos ou mangueiras plsticas.




Figura 9 Ajuste de sensibilidade

Deve se tomar em conta de que existe a possibilidade de que se o detector estregulado de maneira muito sensvel, que este seja influenciado por uma modificao domeio (temperatura, umidades, ou poluio).

3.9 - Aplicaes

Pode-se destacar que os sensores capacitivos so mais versteis do que osindutivos, porem podemos ressaltar que so mais sensvel a perturbaes externas o

que torna mais atraente usar os sensores indutivos se existem metais a seremdetectados.

Controle de nvel deteco de ruptura de fio

sinalizao de corte de esteira controle de nvel de garrafas

controle de tenso em esteira Contador e controle de nvel

Figura 10 - Aplicaes de sensores capacitivos




3.10 - Vantagens

- Detectam praticamente todos os tipos de materiais.- Acionamento sem contato fsico.- Sada em estado slido.

- Alta durabilidade quando bem aplicado.

4 - SENSORES TICOS

Os sensores fotoeltricos, tambm conhecidos por sensores pticos, manipulama luz de forma a detectar a presena do acionador, que na maioria das aplicaes oprprio produto.

4.1 - Princpio de Funcionamento

Baseiam-se na transmisso e recepo de luz infravermelha (invisvel ao serhumano), que pode ser refletida ou interrompida por um objeto a ser detectado.Os fotoeltricos so compostos por dois circuitos bsicos: um responsvel pela

emisso do feixe de luz, denominado transmissor e outro responsvel pela recepo dofeixe de luz, denominado receptor.

Os Sensores pticos funcionam pelo princpio de emisso e recepo de feixesde luz modulada e so divididos em 3 princpios distintos: Sistema por ticas alinhadas,Difuso e Sistema Reflectivo.

Figura 11 - Princpio de funcionamento dos sensores fotoeltricos

O transmissor envia o feixe de luz atravs de um fotodiodo, que emite flashes,com alta potncia e curta durao, para evitar que o receptor confunda a luz emitidapelo transmissor com a iluminao ambiente.

O receptor composto por um fototransistor sensvel a luz, que em conjunto comum filtro sintonizado na mesma freqncia de pulsao dos flashes do transmissor, fazcom que o receptor compreenda somente a luz vinda do transmissor.

4.2 - Sistema por Barreira

O transmissor e o receptor esto em unidades distintas e devem ser dispostos umfrente ao outro, de modo que o receptor possa constantemente receber a luz do




transmissor. O acionamento da sada ocorrer quando o objeto a ser detectadointerromper o feixe de luz.

Figura 12 - Sistema por barreira

4.2.1 - Distncia Sensora Nominal(Sn)

distncia sensora nominal (Sn) para o sistema por barreira especificada comosendo a mxima distncia entre o transmissor e o receptor, o que no impede oconjunto de operar com distncias menores.

4.2.2 - Dimenses Mnimas do Objeto

Quando um objeto possui dimenses menores que as mnimas recomendadas, o

feixe de luz contorna o objeto e atinge o receptor, que no acusa o acionamento. Nestescasos devem-se utilizar sensores com distncia sensora menor e conseqentementepermitem a deteco de objetos menores.

Figura 13 - Dimenso insuficiente para ser detectada

4.3 - Sistema por Difuso ptica (Fotosensor)

Neste sistema o transmissor e o receptor so montados na mesma unidade.Sendo que o acionamento da sada ocorre quando a objeto a ser detectado entra naregio de sensibilidade e reflete para o receptor o feixe de luz emitido pelo transmissor.




Figura 14 - Sistema por difuso

4.3.1 - Sistema por Difuso ptica Convergente

Neste princpio o sensor tem seu funcionamento anlogo ao princpio Difuso,diferenciando-se por possuir um ponto focal, sendo, portanto muito mais preciso.

Figura 15 - Sistema por difuso convergente

4.3.2 - Sistema por Difuso ptica Campo Fixo ( fixed-field )

Semelhante ao princpio convergente, por possuir tambm um nico ponto focal,diferencia-se por executar a funo de supresso ao plano de fundo.




Figura 16 - Sistema por difuso campo fixo

4.3.3 - Distncia Sensora Nominal (Sn)

distncia sensora nominal no sistema por difuso a mxima distncia entre osensor e o alvo padro.

4.3.4 - Alvo Padro

O alvo padro no caso dos sensores por difuso uma folha de papel fotogrficobranco com ndice de refletividade de 90%, com dimenses especificadas para cadamodelo de sensor. Utilizado durante a industrializao para calibrao da distnciasensora nominal (Sn).

4.3.5 - Distncia Sensora Efetiva (Su)

Valor influenciado pela industrializao e considera as variaes causadas pelatemperatura de operao.

4.3.6 - Distncia Sensora Operacional (Sa)

Para os modelos tipo fotosensor existem vrios fatores que influenciam o valor dadistncia sensora operacional (Sa), explicados pelas leis de reflexo de luz da fsica.

Sa = 0,81 . Sn . FC(cor, material, rugosidade, outros)

Abaixo apresentamos duas tabelas que exemplificam os fatores de reduo emfuno da cor e do material do objeto a ser detectado.

Cor FC Material Fcbranco 0,95 a 1 metal polido 1,20 a 1,80

amarelo 0,90 a0,95 metal usinado 0,95 a 1,00verde 0,80 a 0,90 papeis 0,95 a 1,00




vermelho 0,70 a 0,80 madeira 0,70 a 0,80azul claro 0,60 a 0,70 borracha 0,40 a 0,70

violeta 0,50 a 0,60 papelo 0,50 a 0,60preto 0,20 0,50 pano 0,50 a 0,60

Nota: Em casos onde h a necessidade da determinao exata do fator dereduo deve-se fazer um teste prtico, pois outros fatores podeminfluenciar a distncia sensora, tais como: rugosidade, tonalidade, cor,dimenses, etc. Lembramos tambm que os fatores so acumulativos, comopor exemplo: papelo (0,5) preto (0,5) gera um fator de 0,25.

4.3.7 -Zona Morta

a rea prxima ao sensor, onde no possvel a deteco do objeto, poisnesta regio no existe um ngulo de reflexo da luz que chegue ao receptor. A zonamorta normalmente dada por: 10 a 20% de Sn.

Figura 17 - Zona morta onde no ha deteco

4.4 - Sistema Refletivo

Este sistema apresenta o transmissor e o receptor em uma nica unidade. O feixede luz chega ao receptor somente aps ser refletido por um espelho prismtico, e oacionamento da sada ocorrer quando o objeto a ser detectado interromper este feixe.

Figura 18 - Sistema refletivo

4.4.1- Distncia Sensora Nominal(Sn)




distncia sensora nominal (Sn) para o sistema refletivo especificada comosendo a mxima distncia entre o sensor e o espelho prismtico, sendo possvel mont-los com distncia menor. Disponveis para at 10m.

4.4.2 - Espelho PrismticoO espelho permite que o feixe de luz refletido para o receptor seja paralelo ao

feixe transmitido pelo transmissor, devido s superfcies inclinadas a 45 o que noacontece quando a luz refletida diretamente por um objeto, onde a luz se espalha emvrios ngulos. distncia sensora para os modelos refletivos funo do tamanho(rea de reflexo) e o tipo de espelho prismtico utilizados.

Figura 19 - Funcionamento do espelho prismtico

4.4.3 - Deteco de TransparentesA deteco de objetos transparentes, tais como: garrafas de vidro, vidros planos,

etc; podem ser detectados com a angulao do feixe em relao ao objeto, ou atravsde potencimetros de ajuste de sensibilidade, mas sempre se aconselha um testeprtico. A deteco de garrafas plsticas tipo PET, requerem sensores especiais paraesta finalidade.

Figura 20 - Deteco de transparentes




4.4.4 - Deteco de Objetos Brilhantes

Quando o sistema refletivo for utilizado na deteco de objetos brilhantes ou comsuperfcies polidas, tais como: engradados plsticos para vasilhames, etiquetasbrilhantes, etc; cuidados especiais devem ser tomados, pois o objeto neste caso pode

refletir o feixe de luz. Atuando assim, como se fosse o espelho prismtico, ocasionandoa no interrupo do feixe, confundindo o receptor que no aciona a sada, ocasionandouma falha de deteco, para se prevenir aconselha-se utilizar um dos mtodos:

4.4.4.1 - Montagem Angular

Consiste em montar o sistema sensor espelho de forma que o feixe de luz formeum ngulo de 10Oa 30Oem relao ao eixo perpendicular ao objeto.

Figura 21 - Opo para deteco de objetos brilhantes

4.4.4.2 - Filtro Polarizado

Existem sensores com filtros polarizados incorporados, que dispensam oprocedimento anterior. Estes filtros mecnicos servem para orientar a luz emitida,permitindo apenas a passagem desta luz na recepo, que diferente da luz refletidapelo objeto, que se es palha e m todas as direes.




Figura 22 - Polarizao do feixe de luz

4.4.5 - Imunidade Iluminao Ambiente

Normalmente, os sensores pticos possuem imunidade iluminao ambiente,pois operam em freqncias diferentes. Mas podem ser afetados por uma fonte muitointensa (exatamente como acontece com as rdios FM), como por exemplo, umaImpada incandescente de 60W a 15cm do sensor, ou um raio solar incidindodiretamente sobre as lentes.

Figura 23 - Espectro de iluminao

4.4.6 - Meio de Propagao

Entende-se como meio de propagao, o meio onde a luz do sensor deverpercorrer. A atmosfera em alguns casos pode, estar poluda com partculas emsuspenso, dificultando a passagem da luz. A tabela abaixo apresenta os fatores deatmosfera que devem ser acrescidos no clculo da distncia sensora operacional Sa.




Condies FatmAr puro, podendo ter umidade sem condensao 1Fumaa e fibras em suspenso, com alguma condensao 0,4 a 0,6

Fumaa pesada, muito p em suspenso e alta condensao 0 a 0,1

4.4.7 - Acessrios para sensores pticos

Uma das grandes vantagens de se trabalhar com sensores pticos que elesso muito mais flexveis do que os outros sensores. Abaixo temos uma lista de algunsacessrios que podem ajudar a solucionar vrios problemas de aplicao:

- Espelhos prismticos ultra-reflectivos.- Fibras pticas em diversos dimetros.- Fibras pticas para alta temperatura.

- Temporizao.- Ajuste remoto e inteligente.

4.4.8 - Vantagens

- Detectam todos os tipos de materiais.- Acionamento sem contato fsico.- Modelos com Sada em estado slido, rel ou analgica.- Maior durabilidade quando bem aplicado.- Trabalha em grandes distncias (Mais de 200mt E/R)

5 - SENSORES ULTRA-SNICOS

Sensores Ultra-snicos emitem ondas de som com freqncia acima da audvelpelo ouvido humano. Os objetos a serem detectados refletem estas ondas e ossensores s recebem e interpretam.

Com estes sensores podemos detectar com facilidade objetos transparentes deplstico, vidros ou superfcies liquidas, diferente dos sensores fotoeltricos quedependem da opacidade ou refletividade do material.

5.1- Princpio de Funcionamento

O emissor envia impulsos ultra-snicos sobre o objeto a analisado. As ondassonoras voltam ao detector depois de um certo tempo, proporcional distncia. O tempode resposta ento dependente da velocidade do som e tambm da distncia doobjeto. Os detectores ultra-snicos podem detectar lquidos, slidos e granulados.




Figura 24 - princpio de funcionamento do sensor ultra-snico

5.2 Aplicaes

Medio de espessura de chapas Deteco de frascos de vidros

Figura 25 - Aplicao do sensor ultra-snico5.3 - Vantagens

- Detectam todos os tipos de materiais.- Acionamento sem contato fsico.- Modelos com Sada em estado slido, rel ou analgica.- Possui circuito inteligente

6 - Sistema Touch Control

Permite os ajustes dos sensores digitais atravs de dois botes montados, nalateral do sensor.




Figura 25 Sistema touch control

Procedimento de Ajuste: Touch Control

Pressione os Botes T1 e T2 simultaneamente por mais de 3 segundos, at, oLED D1 piscar na cor amarela, ento solte os botes.Pressione o boto T1 para aumentar ou o boto T2 para diminuir a distncia de atuao,observe que o LED para de piscar quando um objeto detectado, se possvel teste adeteco do objeto.

O armazenamento da distncia ajustada ocorre caso nenhum boto forpressionado por um intervalo de 20s. O acionamento da sada pode ser monitoradoatravs do LED de sinalizao que permanece verde sem objeto e torna-se laranjaquando o objeto permanece na zona vlida de deteco.

7 - Qual o melhor sensor?

Determinando a aplicao:

Observar:

- Qual o material a ser detectado?- Qual distncia do alvo ao sensor?- Qual o princpio ativo do sensor que melhor se adapta a identificar o alvo?- Existe algum obstculo que possa interferir na resposta do sensor?- Qual a freqncia de acionamento do sensor?- Quais as condies ambientais ao qual o sensor ser submetido?




8 - Cuidados bsicos com os sensores

Nunca:

Utilize lmpadas incandescentes como carga ou teste. O filamento

quando frio apresenta um alto consumo de corrente, causando a queimado sensor.

Manuseie o sensor estando o circuito energizado. Qualquer descuido(curto - circuito), poder ser fatal para o sensor e para voc.

Acione um motor diretamente com o sensor, use dispositivosapropriados como, por exemplo: Rels, Chaves - Contatoras, etc.

Observar:

Sempre a Tenso ( AC/DC) de alimentao , sua polaridade (PNP / NPN ) , respeitar a capacidade de Corrente do sensor esua Temperatura de trabalho.

A existncia de peas e ou partes mveis que possam atingir edanificar a face do sensor e ou seu cabo.

A incidncia de gua, leo, sujeira produtos qumicos e ouelementos que possam danificar ou interferir em seu

funcionamento.

Figura 26 Cuidados bsicos com os sensores




9 - Para a escolha apropriada de sensores eletrnicos, a seguinte terminologia adotada

a) Faixa de medida (RANGE): conjunto de valores da varivel medida que estocompreendidos dentro dos limites inferiores e superior da capacidade de medida ou

de transmisso do instrumento. Se Expressa determinando os valores extremos;b) Alcance (SPAN): a diferena algbrica entre os valores superior e inferior da faixa

de medida do instrumento. Por exemplo, um instrumento com faixa de medida de100C a 250C, possui um alcance de 150C.

c) Erro: a diferena entre o valor medido ou transmitido pelo instrumento, em relaoao valor real da varivel medida. Se tivermos o processo em regime permanente,estvel, chamaremos de "erro esttico" que ser positivo ou negativo, dependendoda indicao do instrumento que poder estar indicando a mais ou a menos. Quandotivermos a varivel se alterando, teremos um atraso na transferncia de energia do

meio para o medidor, onde o valor medido estar geralmente atrasado em relao aovalor real da varivel. Esta diferena chamada de "erro dinmico";

d) Preciso: define-se como sendo o maior valor de erro esttico que um instrumentopode ter ao longo de sua faixa de trabalho. Pode ser expressa de diversas maneirascomo: porcentagem do alcance, unidade da varivel e porcentagem do valor medido;

e) Zona morta: a no alterao na indicao ou no sinal de sada de um instrumentoou em valores absolutos da faixa de medida do mesmo, apesar de ter ocorrido umasensvel variao da varivel. Por exemplo, um instrumento com faixa de medidaentre 0C a 200C possui uma zona morta de 0,1% do alcance, ou seja, 0,2C.

Portanto, para variaes inferiores a este valor, o instrumento no apresentaralterao da medida;

f) Sensibilidade (linearity): a razo entre a variao do valor medido ou transmitidopara um instrumento e a variao da varivel que o acionou, aps ter alcanado oestado de repouso. Pode ser expressa em unidades de medida de sada e deentrada. Por exemplo, um termmetro de vidro com faixa de medida de 0C a 500Cpossui uma escala de leitura de 50cm, portanto, a sua sensibilidade de 0,1cm/C;

g) Histerese: a diferena mxima apresentada por um instrumento, para um mesmovalor, em qualquer ponto da faixa de trabalho, quando a varivel percorre toda a

escala nos sentidos ascendente e descendente;h) Repetibilidade: a mxima diferena entre diversas medida de um mesmo valor da

varivel, adotando sempre o mesmo sentido de variao. Se Expressa emporcentagem do alcance;

i) Resoluo: a menor variao que se pode detectar. A resoluo est relacionadacom o nmero de "bit" do instrumento: quanto maior o nmero de "bit" melhor aresoluo. O clculo da resoluo de um instrumento dado pelo quociente da faixa




de medida por 2nmero de "bit" do mesmo. Por exemplo, para um transdutor linear de100mm e 12 bit, tem-se uma resoluo de 0,024mm.

10 - Clula de Carga

As clulas de carga so sensores projetados para medir cargas estticas edinmicas de trao e compresso, princpio extensomtrico e cargas de 0 a 300t.

As clulas so totalmente estanques (proteo IP67) e podem ser utilizadas ematmosferas agressivas. Externamente o transdutor usinado a partir de um nico blocode ao inoxidvel sem qualquer parte soldada. As clulas de carga so, ainda,resistentes vibrao e impacto. O seu tamanho compacto permite sua aplicao empequenos espaos e em locais de difcil acesso.

O uso de clulas de carga como transdutores de medio de fora abrange hojeuma vasta gama de aplicaes: desde nas balanas comerciais at na automatizao econtrole de processos industriais.A popularizao do seu uso decorre do fato que a

varivel peso Interveniente em qrande parte das transaes comerciais e de mediodas mais frequentes dentre as grandezas fsicas de processo. Associa-se, no casoparticular do Brasil, a circunstncia que a tecnologia de sua fabricao, que antes erarestrita a naes mais desenvolvidas, hoje amplamente dominada pelo nosso Pas,que desponta como exportador importante no mercado internacional.

Um tipo de clula de carga a Doc 438, modelo TU-K5C, para cargas de trao ecompresso da Gefran Brasil, com flange para a aplicao de cargas suspensas,FLA703, e articulao esfrica, SND022. A figura 27 apresenta as dimensesmecnicas da clula de carga Doc 438 e sua montagem com junta esfrica dupla eflange para cargas suspensas. Algumas especificaes tcnicas desta clula:

- Preciso: 0,2%;- Faixa de medio: 0 a 500Kg;- Sensibilidade: 2mV/V;- Erro combinado - no linearidade/histerese/repetibilidade: 0,2% do fundo de escala;- Tenso nominal de alimentao: 10V;- Tenso mxima de alimentao: 15V;- Faixa de temperatura permissvel: -20C a 60C;- Carga esttica mxima: 130% a capacidade mxima;- Carga dinmica mxima: 100% a capacidade mxima;- Carga mxima aplicvel: 150% a capacidade mxima;- Carga de ruptura: 300% a capacidade mxima;

- Grau de proteo (DIN 40050): IP67;- Ligaes eltricas: cabo blindado 4x0,25 / 3m;- Material do elemento elstico: ao inoxidvel.




Figura 27 -Clula de Carga

Embora a resoluo da clula de carga seja infinita, pois depende da IHM(GEFRAN, 1997), o conjunto clula de carga IHM (figura 28) permitir uma resoluode 0,015Kg.

Figura 28 Indicador de alta freqncia (IHM)

10.1 - Princpios de Funcionamento

O princpio de funcionamento das clulas de carga baseia-se na variao daresistncia hmica de um sensor denominado extensmetro ou strain gage (Fig. 29),quando submetido a uma deformao. Utiliza-se comumente em clulas de carga quatroextensmetros ligados entre si segundo a ponte de Wheatstone (Fig. 30) e odesbalanceamento da mesma, em virtude da deformao dos extensmetros, proporcional fora que a provoca. atravs da medio deste desbalanceamento que

se obtm o valor da fora aplicada.

Figura 29 - Extensmetro ou strain gage

Os extensmetros so colados a uma pea metlica (alumnio, ao ou liga cobre-berlio), denominada corpo da clula de carga e inteiramente solidrios suadeformao. A fora atua, portanto sobre o corpo da clula de carga e a suadeformao transmitida aos extensmetros, que por sua vez mediro sua intensidade.




Figura 30 - Ponte de Wheatstone

Obviamente que a forma e as caractersticas do corpo da clula de carga devemser objeto de um meticuloso cuidado, tanto no seu projeto quanto na sua execuo,

visando assegurar que a sua relao de proporcionalidade entre a intensidade da foraatuante e a conseqente deformao dos extensmetros seja preservada tanto no cicloinicial de pesagem quanto nos cilcos subsequentes, independentemente das condiesambientais. A forma geomtrica, portanto, deve conduzir a uma "linearidade" dosresultados (fig. 31).

Figura 31 - Grfico de deformao x carga, mostrando histerese,repetibilidade e no linearidade

Considerando-se que a temperatura gera deformaes em corpos slidos e queestas poderiam ser confundidas com a provocada pela ao da fora a ser medida, hnecessidade de se "compensar" os efeitos de temperatura atravs da introduo nocircuito de Wheatstone de resistncias especiais que variem com o calor de formainversa a dos extensmetros.

Um efeito normalmente presente ao ciclo de pesagem e que deve ser controladocom a escolha conveniente da liga da matria-prima da clula de carga o da"histerese" decorrente de trocas trmicas com o ambiente da energia elstica geradapela deformao, o que acarreta que as medies de cargas sucessivas no coincidam




com as descargas respectivas (Fig. 31).Outro efeito que tambm deve ser controlado a "repetibilidade" ou seja,

indicao da mesma deformao decorrente da aplicao da mesma cargasucessivamente, tambm deve ser verificada e controlada atravs do uso de materiaisisotrpicos e da correta aplicao da fora sobre a clula de carga (Fig. 31).

Figura 32 - Grfico de deformao x tempo mostrando a fluncia ou creep

Finalmente, deve-se considerar o fenmeno da "fluncia" oucreep, que consistena variao da deformao ao longo do tempo aps a aplicao da carga. Este efeitodecorre de escorregamentos entre as faces da estrutura cristalina do material eapresenta-se como variaes aparentes na intensidade da fora sem que hajaincrementos na mesma (Fig. 32).

10.2 - Alguns critrios devem ser utilizados na escolha de uma clula de carga

10.2.1- Capacidade nominal

A fora mxima que ela dever medir (OS fatores de segurana, 50% de

sobrecarga contra danos de funcionamento e 300% para a ruptura, so intrnsecos aprpria clula).

10.2.2 - Sensibilidade

A medio do desbalanceamento da ponte de Wheatstone feita atravs davariao da tenso de sada em funo da tenso de excitao aplicada na entrada daponte.

Quando a clula de carga esta carregada, este valor dado em milivolt por voltaplicado e, normalmente, entre 2 e 3 mV/V. Isto significa que uma cluLa de carga de30kg de capacidade nominal e 2mV/V de sensibilidade, com uma tenso de excitao

na entrada de 10 V, quando sujeita a uma fora de 30Kg apresentar na sada umavariao de tenso de 20mV.

10.2.3 - Preciso

o erro mximo admissvel relacionado em divises da capacidade nominal. Asclulas de carga neste caso podem ser divididas em:




Baixa preciso: at 1.000 divises (ou 0,1% da capacidade nominal)Mdia preciso: de 3.000 a 5.000 divises (ou 0,03 a 0,02% da capacidade nominal).

Alta preciso: 10.000 divises (ou 0,01% da capacidade nominal)

10.2.4 - Formato

De acordo com a aplicao, determinados formatos so requeridos,considerando-se se a carga apoiada (clulas tipa viga) ou se a carga sustentada(clula tipo Z), ou ainda se a carga introduz momentos torsores na clula (clulas tiposingle point).

10.2.5 - Ambiente de trabalho

Ambientes midos quimicamente agressivos requerem clulas de cargahermticas, com grau de proteo IP67, que se consegue normalmente nas do tiposhear-beam. Dever ser evitado o uso de clulas de carga em ambientes sujeito vibrao intensa, apesar do projeto das mesmas incluir uma verificao de freqncia

natural, no sentido de se evitar o fenmeno de ressonncia.

O uso de clulas de carga em ambientes explosivos deve ser acompanhado porbarreiras de segurana intrnseca. Alerta-se que o uso de barreiras de seguranaintrnseca inserem resistncias em srie nos circuitos, o que poderia baixar as tensesda excitao. recomendvel o uso de indicadores que compensem esta diminuioatravs de ligaes a 7 fios (tipo Kelvin).

10.2.6 - Dispositivos de montagem

Devem ser escolhidos visando no transmitir clula de carga nenhum outroesforo que no seja o da fora a medir e, portanto, visando assegurar para a cargatodos os graus de liberdade de deslocamento possveis, excesso do relativo direo da fora a medir.

10.2.7 - Tempo da pesagem

Muitas vezes dispe-se de um tempo limitado para se efetuar a pesagem. Nestecaso deve-se considerar 1 segundo como um tempo mnimo para cada pesagem,considerando-se o amortecimento das oscilaes que a clula sofre ao receber ocarregamento. Eventualmente este tempo pode ser reduzido atravs do uso de sistemasde amortecimento.

10.2.8 - Limites de sobrecarga e deslocamentos

Em clulas de carga tipo flexo ou bending,normalmente de baixa capacidade, necessrio prever-se limites de sobrecarga que impeam a clula de carga de deformar-se alm de um dado valor. Nas clulas tipo cisalhamento (shear beam) e compresso(canister), so difceis aplicar limites de sobrecarga, tendo em vista o pequeno valor da




flecha produzida em funo da carga nominal aplicada e, portanto, cabe ao usurioprecaver-se quanto a eventualidade do uso de cargas excessivas.

Outros limites de deslocamento usados so os tirantes, necessrios para limitar odeslocamento de tanques e silos, quando as clulas de carga esto situadas abaixo docentro de gravidade dos mesmos (portanto, no so autocentrantes), sujeitos a aodos ventos ou com misturadores instalados. O objetivo destes tirantes obstardeslocamentos no verticais.

10.2.9 - Concluso

As clulas de carga so transdutores bastante precisos e de vida til muito longa(so projetados e testados em prottipo para dez milhes de ciclos de pesagem). Estalongetividade e preciso podem ser facilmente obtidas desde que sejamconvenientemente especificadas e instaladas. A assessoria tcnica do fabricante sempre muito til e evita falhas de projeto muito custosas. Procurou-se dar aqui algumasinformaes fundamentais,que no excluem, porm a eventual necessidade daquela consulta, a qual fortementerecomenda-se no renunciar.

10.3 Exemplos de Clulas de Cargas

Clula de carga para compresso em corte

Dispositivos para utilizao de Clulas de Carga,aplicadas no mundo inteiro.




Modelo de Clula para Compresso

ModelodeClulaparatrao

Figura 33 Modelos de Clulas de Carga

11 - Encoders

Podemos definir este equipamento como sendo um transdutor que executa atransformao (decodificao) de um movimento mecnico em um sinal eletrnico. Seufuncionamento est baseado na interrupo ou no de um sinal ptico, normalmente um

feixe luminoso, conseguido comumente atravs de um emissor e um sensor separadospr um nnio e um disco de vidro, plstico ou metais estriados que alternadamentepermitem ou no a passagem de luz do emissor para o receptor.

Quando o disco sofre um deslocamento angular interrompe a passagem de luz,gerando um pulso. Este pulso representa um certo ngulo mnimo, que define aresoluo do sistema. Podermos dividir estes equipamentos em dois tipos:

Encoders incrementais; Encoders absolutos.




11.1 Encoder Absoluto

Em um encoder absoluto cada posio representada unicamente pr um cdigopadro. Este cdigo prove de trilhas independentes e est gravado no disco do encoder,onde para cada trilha existe um sensor ptico correspondente. Cada sensor ir fornecer

um sinal de nvel lgico 1 ou 0 dependente do cdigo padro do disco para cadaposio (ver figura abaixo). Uma vantagem deste tipo de encoder que no haverperda da posio no caso de falta de energia, pois no necessrio indexar oureferenciar a partir de um determinado ponto.

Figura 34 Disco codificado de um encoder absoluto

Cada trilha do disco codificado significa um bit, dependendo ento do nmerode trilhas verificaremos a resoluo deste sistema. Prexemplo, um disco com 8 trilhas poder identificar 256posies diferentes. A expresso (8) mostra

analiticamente como podermos determinar a resoluode um encoder absoluto em funo do nmero de bitsdo disco codificado.

= 360 (8)N

2

Onde: N o nmero de bits ou trilhas do disco.

O disco do encoder pode ser codificado devarias maneiras diferentes, porm, existem doiscdigos que so os mais utilizados: o cdigo binrio e ocdigo de Gray. O cdigo binrio amplamenteutilizado nas aplicaes para automao industrial e ocdigo de Gray, possui como principal vantagem a quede uma posio para outra apenas um bit alterado. Assim, fica possvel encontrarerros provocados pr rudos eltricos ou eletromagnticos atravs de software.

Podemos ainda, dividir os encoders absolutos em dois tipos: single turn emulti turn. Os encoders do tipo single turn repetem o cdigo da posio a cada 360




para uma volta do eixo. Normalmente estes encoders so fornecidos at a resoluo de14 bits, ou seja, 16384 posies por volta, ou ainda, o menor ngulo que pode serrepresentado o de 0,02I9. J os do tipo multi turn possuem discos codificadosadicionais que permitem a leitura de varias voltas. A figura Abaixo pode nos dar umaidia de como isto realizado.

Figura 35 Disco codificado de um encoder absoluto multi-turn

A resoluo do encoder absoluto dada por contagem/revoluo, isto , seele tiver no seu disco (encoder rotativo) 12 faixas para cdigo de gray, ento ter 2combinaes possveis perfazendo um total de 4096 combinaes.

Com relao sada destes encoders podemos encontrar: sada paralela,sada serial ou comunicao em rede. Para os encoders com sada paralela, para cada

bit existe um condutor, e o elemento de controledever obviamente possuir uma porta paralelapara leitura destes sinais. Os encoders com sadaserial so muito utilizados, pois a grande maioria

dos processadores no mercado utilizam estesistema de transmisso de dados.




Existem algumas vantagens, dentre as quais:

Baixo custo em funo do cabeamento;Maior velocidade de transmisso (at 1,5 G bps);Reduzido nmero de componentes;

Maior imunidade a rudos.

Os encoders com sada para comunicao em rede tambm so seriais,porm adotam protocolos amplamente conhecidos no mercado de automao, como prexemplo: CAN (Devicenet), Interbus, Profibus (DP) e entre outros.

11.2 Aplicaes dos Encoders Absolutos

As aplicaes para este tipo de encoder seriam aquelas onde necessitamosfazer posicionamentos em uma nica volta e que podem permanecer desativadas prum longo perodo de tempo, tais como:

Radares; Telescpios;




Guindastes; Manipuladores; Robs; Comportas; Sistemas de nvel;

Posicionamento de eixos; Posicionamento de vlvulas; Mesas planas, etc.

11.3 Encoder Incremental

Nestes encoders cada deslocamento angular representado pela gerao de umpulso. possvel ainda determinar o sentido de rotao do eixo atravs do nnio ou deduas faixas regularmente defasadas (ver figura 36). Na verdade um circuito eletrnicopoder detectar o sentido de giro atravs de operaes lgicas. O encoder incremental

fornece normalmente dois pulsos quadrados defasadosem 90, que so chamados usualmente de canal A ecanal B. A leitura de apenas um canal fornecendosomente a velocidade, enquanto que a leitura dos doiscanais fornece tambm o sentido do movimento. Umoutro sinal chamado de Z ou zero tambm estdisponvel e ele d a posio absoluta zero do encoder.Este sinal um pulso quadrado em a fase e a largura as mesmas do canal A.

Figura 36 Encoder Incremental

A resoluo determinada atravs do nmero de pulsos que o encoder gera prvolta ou pelo nmero de pulsos pr rotao (PPR). A mxima resoluo queencontrarmos para estes casos est pr Volta de 10000 pulsos/rotao (podendochegar a 40000 com alguns recursos adicionais), pois acima disto fica muito difcilconstruir ranhuras to prximas umas das outras.

O que no devemos nunca esquecer que a resoluo do encoder deve serigual, ou melhor, do que aquela requerida pela aplicao.Como todo transdutor o encoder incremental possui duas velocidades inerentes: a




mecnica e a eletrnica, que pr sua vez impem limites a velocidade de operao. Acombinao de vrios fatores tais como, rolamentos, freqncia de resposta, PPRpara cada aplicao, tambm influencia nestas questes. De modo geral, a mximavelocidade de operao para um encoder incremental depende diretamente daaplicao. Podemos determinar a velocidade de operao para nina dada aplicao

atravs da seguinte expresso:f = PPR x n

60

Onde: f a freqncia de operao [Hz];PPR a resoluo do encoder;n a rotao [rpm].

Para os terminais de sada adotada uma terminologia prpria. Os sinais sotransmitidos utilizando circuitos de corrente continua, para que sejam atingidas altasvelocidades de transmisso. Esta transmisso feita pr uma corrente que pode fluir do

encoder para o circuito (NPN) ou do circuito para o encoder (PNP), embora a maioriados encoders possa ser configurada em outros padres, alm do PNP ou NPN, taiscomo: Push Pull, Line Drive ou RS422.

Os encoders incrementais ainda podem ser unidirecionais ou bidirecionais ouainda com sinal de referencia. Adicionalmente podem ser transmitidos tambm comosinal singular sigle ended ou com seus sinais complementares diferenciais.

Para a especificao de encoders incrementais devem ser informadas algumascaractersticas, que podemos dividir em:

Mecnicas: flange, dimetro do eixo ou eixo vazado, mxima carga do

eixo, pulsos pr volta, velocidade, momento de inrcia, temperatura de operao,proteo [IP], dimenses e tipo de conexo (eltrica).

Eletrnicas: freqncia, tipo de eletrnica, formato da sada, imunidade arudo, proteo do circuito (inverso de polaridade, sobretenso, curto-circuito na sada)e alimentao.

As aplicaes para encoders incrementais abrangem vrios processos entre os quaispodemos citar:

Realimentao de sistemas digitais de controle de velocidade; Maquinas de embalagens; Ajustes de fusos para preparao de espessura de um produto; Robs; Misturadores; Mesas rotativas.




12 Sensor de Umidade

As medies de umidade feitas desde o sculo XV com relao atmosfera.No difcil se fazerem medies de umidade, a menos que se exija muita preciso econtrole rigoroso. H trs mtodos gerais para se medir a umidade relativa do ar: o

psicrmetro, o sensor eletrnico e o ponto de orvalho.No mtodo do psicrmetro utilizado como sensor um fio de cabelo humano ouuma membrana animal que muda de dimenses com a umidade. Durante muitos anosestes elementos higromecnicos foram usados como indicadores e como chaves decontrole.

O sensor eltrico satisfaz a necessidade industrial quanto a velocidade,versatilidade, preciso e alta sensibilidade, usando massa pequena e componentes no-metlicos.

Onde importante o teor real de gua do ar, ou onde a condensao da umidadedeve ser evitada, aplica-se com mais eficincia o controle do ponto de orvalho.

12.1 Sensor EletrnicoUm sensor eletrnico de umidade um dispositivo de preciso capaz de detectar

uma variao de 1% na umidade relativa.Um tipo de sensor eletrnico constitudo de duas grades de ouro entrelaadas,

estampadas sobre plstico e cobertas com uma complexa camada de saishigroscpicos. Conforme aumenta a umidade relativa (UR), a camada se torna maiscondutiva e a resistncia entre as grades diminui. A variao de resistncia calibradaem unidades de UR, e o controlador associado interpreta as variaes de modo a ativaro equipamento adequado de controle de umidade.

12.2 Sensor Ponto de OrvalhoUm tipo de sensor de ponto de orvalho consiste em eletrodos de fio bifilar,

enrolados sobre uma luva de pano, que cobre um tubo oco ou carretel. (Bifilar significaum enrolamento de dois fios enrolados lado a lado, separados de uma distnciauniforme). A luva de pano impregnada com uma soluo de cloreto de ltio e deixadasecar. Os fios bifilares so ligados ao secundrio de um transformador integral. Oseletrodos bifilares no esto interligados. Dependem da condutividade do cloreto de ltioatmosfericamente umedecido para que haja um fluxo de corrente.

O cloreto de ltio possui duas caractersticas nicas que o tornam apropriado smedidas de ponto de orvalho. altamente higroscpico, isto , tem uma grandeafinidade com o vapor dgua e tem uma habilidade inerente para manter-se em umvalor constante pouco acima dos 11%, quando presente em uma atmosfera mida eaquecida por uma corrente eltrica que o percorra. Para valores de 11% ou abaixo, ocloreto de ltio da luva seca-se e se transforma em slido cristalino e no condutor.

Um segundo tipo de detector de ponto de orvalho usa uma cmara deobservao onde introduzida uma amostra de gs que contm vapor mido. Ummanmetro indica diretamente a relao entre a amostra do gs e a pressoatmosfrica. A amostra de gs mantida a uma presso um pouco acima daatmosfrica. Quando se abre uma vlvula de operao, o gs escapa para a cmara de




observao e se expande presso atmosfrica. Quando o gs libertado acende-seuma lmpada, de modo que quando o gs se resfria, abaixo do ponto de orvalho, forma-se uma nvoa caracterstica na cmara. O procedimento repetido de modo aestabelecer o ponto final ou o ponto de fuga da neblina. Este ponto final pode serdeterminado com preciso quando medido pela relao de presso do ponto de fuga.

Outras tcnicas do ponto de orvalho envolvem a observao da formao doorvalho sobre uma superfcie polida, e diminuindo a temperatura por tcnicas derefrigerao obtm-se um depsito de orvalho dos gases confinados.A medio e/ou controle da umidade desejvel ao se estabelecer um ambienteconfortvel ao homem (como as reas de temperatura e umidade controladas paratrabalhos especiais), em reas de armazenamento, em gases comprimidos usados eminstrumentao e trabalhos analticos, em fornalhas de atmosfera controlada e emfornos de secagem. O controle da umidade tambm essencial na indstria do papel,para que o mesmo possa ser calandrado na espessura correta e armazenado semexpanso dimensional. Sem o controle adequado da umidade, o papel poderia seresticado no processo de calandragem e depois ser contrado at se quebrar.

12.3 Sensores Capacitivos de Umidade

O tipo mais usado para medida de umidade relativa em higrmetros de usodomstico, comercial ou industrial o capacitivo.

Este sensor formado por uma folha de material no condutivo coberta nas duasfaces por uma finssima camada de ouro (condutor) numa estrutura que corresponde

justamente a um capacitor plano.A construo desse capacitor, entretanto, tal que a umidade do ar pode

penetrar com facilidade no material dieltrico, alterando sua capacitncia. Com a

penetrao da umidade a capacitncia aumenta.Para um sensor tpico, a capacitncia se altera de aproximadamente 112 pF parauma umidade relativa de 10% para 144 pF para uma umidade relativa de 90% (que afaixa de utilizao do sensor).

Para dar acesso umidade ao dieltrico, o conjunto montado num invlucrodotado de pequenos orifcios.

Figura 37 - Sensor de temperatura e umidade




12.3.1 Sensor de Umidade da Philips Components

Com um nmero de catlogo bastante complicado para ser utilizado numa loja, osensor 2322 691 90001 da Philips Components possui caractersticas que permitem suautilizao em higrmetros de boa preciso. Algumas publicaes tcnicas tratam este

sensor como um "umidistor", mas no achamos que este seja um nome conveniente.As principais caractersticas deste sensor so:

Faixa de umidades medidas: 10% a 90% Sensibilidade entre 12 e 75% de umidade relativa: 0,4 pF / % Faixa de freqncias de operao : 1 kHz a 1 MHz Tenso mxima AC ou DC: 15 V Faixa de umidade para armazenamento: 0 a 100% Faixa de temperatura de operao: 0 a 85 graus centgrados

13 Sensor de PHO princpio de funcionamento dos sensores de pH muito simples.

Figura 38 Sensor de PHO bulbo de vidro detecta ons de H+e gera uma corrente eltrica (59,2 mV por

unidade de pH a 25 oC). O gel interno recebe a corrente eltrica (+) e transmite aointerior do sensor. O fio de prata pura (tratado com cloreto de prata AgCl) capta acorrente e transmite ao cabo de conexo, que leva o sinal do sensor aoleitor/controlador.

13.1 - Sensor de referncia:

Figura 39 Sensor de Referncia




O septo poroso isola o gel ou soluo interna de KCl do meio externo. Aconcentrao constante de ons de cloreto dentro do sensor gera uma corrente eltrica(-) com o fio de prata. O fio de prata pura (tratado com cloreto de prata AgCl) capta acorrente e transmite ao cabo de conexo, que leva o sinal do sensor aoleitor/controlador.

Figura 40 Sensores de PH

13.2 Sensor combinado de pH e referncia

Figura 41 Sensor Combinado

Um sensor combinado consiste de um sensor de pH e um sensor de refernciadentro de um mesmo corpo.

13.3 Aplicaes tpicas para estes sensores so:

Efluentes oleosos ou gordurosos;

Lodo calcrio;

Refinamento de acar;

Emulses;




Lavagem de gases;

Coagulao de floculantes;

Fabricao de papel e celulose;

E muitas outras;

13.4 EspecificaesBanda de pH: 0 - 12 pH

Banda de temperatura: 0 - 50 oC.

Banda de presso: 0 - 100 psi.

Sensor de referncia: Duplo septo poroso com Ag/AgCl

14 Interfermetro

O interfermetro um aparelho inventado pelo norte-americano Albert Michelsonque permite calcular a velocidade da luz.

Figura 42 Interfermetro

14.1 Funcionamento

O interfermetro de Michelson (1852 - 1931, prmio Nobel em 1907), a formafundamental da grande variedade de interfermetros de 2 feixes. No esquema a seguir(fig.43), a luz vem expandida da fonte L, incide na placa paralela P, sofre uma refrao

at incidir na outra superfcie semi-espelhada, aonde ir se dividir em 2 feixes, os quaisiro atingir os espelhos A1e A2perpendicularmente.




Figura 43 - Esquema ptico do interfermetro

Os retornos dos feixes iro atingir a face semi-espelhada da placa P, e as franjasde interferncia podem ser vistas diretamente a olho nu, ou atravs de um telescpio F.Notar que a luz refletida por A2passa atravs da placa P3 vezes, enquanto que a luzrefletida por A1passa apenas 1 vez. A placa compensadora P1 idntica na espessurae no paralelismo placa P.Sua insero vai equalizar os caminhos dos dois feixes.

Quando os espelhos estiverem a distncias iguais e perpendiculares, o campo deinterferncia ser uniforme. Quando as superfcies refletoras no estiveremperpendiculares, as franjas passam de circulares a linhas. Quanto maior a diferenaentre as distncias dos espelhos A1 e A2 placa P, mais crculos concntricos deinterferncia sero observados. Assim toda vez que o deslocamento do espelho mvel

atingir um valor mltiplo de l /2, o valor da intensidade se repete.A presena das lminas de vidro trazem tambm um sistema paralelo de

reflexes na segunda face e conseqentemente de franjas. A intensidade deste sistemasecundrio fraca, e dificilmente possvel observ-lo.

Figura 44 - Sugesto para o alinhamento




14.2 Objetivos

Familiarizao c/ o instrumento e alinhamento de seus elementos. Uso dointerfermetro para medidas precisas de pequenos deslocamentos, l de fontesmonocromticas, comparao de superfcies planas, medida de comprimento de

coerncia de diversas fontes luminosas e ndice de refrao de gases.14.3 - Procedimento experimental

14.3.1 Alinhamento

O feixe direto emitido pelo Laser constitui um fino raio intenso, monocromtico ecoerente que facilita o alinhamento (fig.44). A idia aqui a de alinhar os espelhos demodo que a reflexo de cada um deles volte exatamente pelo mesmo caminho, o quepode ser verificado observando as reflexes sobre o carto c/ furo.

Quando os espelhos esto alinhados (Perpendiculares entre si) as duas reflexes

sobre S, voltam passando pelo furo.Observe que o espelho A2 possue apenas 1 grau de liberdade e o espelho A1possue 2. Logo para que as reflexes retornem ao Laser, a reflexo do espelho 2 spode ser ajustada deslocando todo o equipamento ( A base toda), s depois ajusta-se areflexo do espelho 1 atravs dos parafusos.

Na condio de alinhamento perfeito, devem-se observar crculos deinterferncia. Para ligeiros desalinhamentos se observam franjas aproximadamenteretas e paralelas. Estas figuras de interferncia so mais fceis de se observar com umafonte extensa ou com um feixe expandido. Por esta razo, depois do alinhamento inicialutilizamos uma lente divergente para expandir o feixe Laser, permitindo assim observarno anteparo o padro de interferncia. O ajuste feito alinhando com cuidado o espelho

1, de modo a se observar o padro na forma de crculos. importante lembrar que a distribuio luminosa do feixe Laser no uniforme,mas sim Gaussiana, ou seja, mais intensa no centro do que nas bordas. Assim, oencontro da borda de um feixe com o centro de outro produz franjas de menorvisibilidade.

14.3.2 Escala do parafuso micromtrico

Devido ordem de grandeza dimensional que operada no interfermetro(350nm) necessrios um sistema mecnico que permita o deslocamento do espelhocom bastante suavidade.Conforme pode ser observado no equipamento, o espelho deslocado atravs de umsistema de reduo por alavanca, conjugado com um parafuso micromtrico.A cada duas voltas do parafuso, sua ponta desloca 1mm, e o espelho atravs daalavanca caminha aproximadamente 5 vezes menos ( Os equipamentos no soexatamente iguais).

A cada duas voltas do parafuso, sua ponta desloca 1mm. (0,5mm por volta)A escala do tambor do parafuso divide 1mm em 100 partes (0.01 mm por diviso).




14.3.3 Calibrao do parafuso micromtrico

Determinao da relao de reduoR = D Lparafuso/ D Lespelhoou

R = n

o

divises parafuso /D Lespelho. IIluminando o interfermetro com a luz extensa do Laser de He-Ne e inclinando

levemente o espelho para se obter franjas quase retas, desloca-se o parafuso doespelho mvel um certo nmero de divises e conta-se o nmero de franjas deinterferncia que passam pelo centro do campo de viso.

Figura 45 - Sistema de reduo dos movimentos

Cada interfermetro possue uma razo de reduo R entre os movimentos doparafuso micromtrico e o espelho mvel, o valor desta razo dever ser determinadacom preciso (Fazer vrias leituras e depois um tratamento estatstico).Obs.1 - Cada franja que aparece ou desaparece no campo de viso, representa umdeslocamento do espelho mvel de l/2.Obs. 2 - O Laser de He-Ne tem l = 632.8 nm (6328 A)

14.3.4 Determinao do l de uma fonte espectral

Depois de conhecida a geometria do equipamento, possvel atravs de umprocesso inverso ao que foi feito, determinar-se o l de uma outra linha espectral, atravsda contagem das franjas interferomtricas (R = D L parafuso / D L espelho).

Substituindo-se o Laser por uma lmpada espectral, selecione o l que se desejadeterminar, interpondo um filtro para selecionar uma faixa desejada, coloque no suportedo interfermetro uma placa de vidro despolido para espalhar a luz e incline levemente oespelho mvel para tornar as franjas aproximadamente retas. As franjas no sero maisprojetadas na parede, s podero ser vistas diretamente no equipamento.




14.3.5 Determinao do Dl das linhas do Na

Substituindo-se a fonte de luz por uma lmpada de sdio, coloque no suporte dointerfermetro uma placa de vidro despolido para difundir a luz e incline levemente o

espelho mvel para tornar as franjas mais ou menos retas.

Figura 46 - Curva de contraste dos anis

Devido proximidade dos ls das duas linhas amarelas do sdio, aparece umpadro de franjas cuja visibilidade aumenta e diminui periodicamente (Fig. 46) aovariarmos bastantea distncia entre os espelhos atravs do parafuso micromtrico.

Observando a distncia que o espelho mvel caminha, determine Tusando o DLdo parafuso micromtrico e a R j aferida entre os mximos de contraste (ou mnimosque so mais fceis de discriminar), para calcular o Dl das duas linhas amarelas dosdio .Obs. Para o clculo usar o lmdiomedido ou consultar uma tabela.

14.4 Resumo do roteiro sugerido

a) - Alinhar o interfermetro (Observe os reflexos no Laser).b) - Encontrar as franjas de interferncia usando-se o Laser de He-Ne com umexpansor.c) - Contar aproximadamente 300 franjas, note que o erro ser menor se o node franjascoincidir com um node divises no parafuso completase plotando um grfico de vriasmedidas. Determinar a razo de reduo parafuso/espelho.d) - Usando a razo encontrada no item anterior, determine o l de alguma das linhasespectrais do Hg ou o lmdiodo Na (Contar aproximadamente 200 franjas). Observe queas franjas no sero mais projetadas, e sim observadas dentro do equipamento - Usar

um filtro p/ (selecionar a faixa espectral desejada).e) - Usando a lmpada de Na, determine a diferena de comprimento de onda Dl do"dublet", no contar as franjas, apenas observar os ciclos de contraste.f) Usando um Laser ou uma lmpada de luz branca, encontre a condio de Diferenade caminho tico nulo (DCON) onde haver franjas policromticas.g) Determinar o ndice de refrao do ar.h) Se a placa compensadora for removida, o que ocorrer explique.




14.4.1 Medidas de pequenas diferenas de comprimento de onda

A figura 47 representa num esquema resumido, alguns elementos importantespara a formao da figura de interferncia pelo interfermetro de Michelson.

S1e S2so as duas imagens virtuais, formadas pelos dois espelhos, da fonte de luz aser analisada pelo instrumento. A figura de interferncia, na forma de anis concntricosclaros e escuros forma-se no anteparo Ae centrada no ponto P. Imaginemos agoraque cada uma das fontes virtuais (de mesma potncia) emita em duas freqncias muitoprximas w1e w 2, sendo w 1>w2.

Figura 47 - Formao da figura de interfernciaSuponhamos que para a freqncia w1a intensidade no ponto P seja mxima, o

que implica (ver equaes para o interfermetro) em:d = (m + 1/2) l1m = 0,1,2,... (1)Onde d distncia entre as duas imagens (S1e S2) e l1 o comprimento de ondaassociado freqncia w1.Suponha que ao mesmo tempo em que isto acontece, a intensidade em P para afreqncia w2 seja mnima (zero), o que implica em:d = m l2= 2m l2/2 m = 0,1,2,... (2)onde l2 o comprimento de onda associado w2.

Estas duas ltimas equaes, quando satisfeitas simultaneamente para adistncia d significam que o anteparo est uniformemente iluminado pelas duas fontes,pois onde existe um mnimo de interferncia para w2(anel escuro), existir um mximopara w1 (anel claro) e vice-versa. Chamaremos esta condio de condio deanticoincidncia de anis.

Nesta condio, podemos afirmar que no comprimento d cabe exatamente umnmero mpar de meios comprimentos de onda l1 e um nmero par de meiocomprimento de onda l2. [Ver eqs. (1) e (2)].Como a razo d/(l1/2) um nmero mpar, e d/(l2/2) um nmero par, teremosevidentemente:[d/(l1/2)] - [d/(l2/2)] = nmero mpar = N. (3).

Se o espelho mvel do interfermetro for agora deslocado de tal forma que surja a novacondio de anti-coincidncia, teremos:[d/(l1/2)] - [d/(l2/2)] = N + 2 (4)porqu N + 2 o nmero mpar mais prximo que se segue a N. Nesta equao, d anova distncia entre as imagens virtuais S1e S2.Subtraindo a eq. (3) da eq. (4) e fazendo D = d- d, teremos:(2D/l1) - (2D/l2) = 2 . (5)




Como l1 = l m - Dl /2 e l2 = l m + Dl /2, onde lm = (l1 + l2)/2, e Dl = l2 - l1, deduz-seimediatamente que:D l(lm)

2/D (6)onde se considerou (Dl )2 0 devido D l




Para que seja possvel fazer a medida do ndice de refrao de um gs, uma celadeve ser fixada firmemente no lado do brao varivel do interfermetro, de modo queno haja nenhum movimento principalmente devido trao das mangueiras (fig. 48).

O interfermetro dever ser alinhado com um Laser ou uma lmpada de Hg atque as franjas se tornem circulares.

Ligar a bomba de vcuo e abra a vlvula lentamente para que haja tempo de registraros dados at que o sistema esteja vazio,A sugesto do procedimento, que um observador conte as franjas e outro anote apresso do gs, o que pode ser feito a cada 5 franjas.

Um termmetro poder ser acoplado cela para anotar variaes de suatemperatura. A leitura do manmetro plotada com o nmero de franjas nos forneceruma reta de onde poderemos obter o valor dN/dP ( dN a variao do n ode franjas e odP variao de presso).Se o comprimento da cela for l, a variao do caminho ptico com a admisso do gs dendice de refrao nser de 2 l ( n -1 )e o nmero de franjas contadas ser de 2 l ( n-1 )

/l ,

onde l o comprimento de onda da luz usada no experimento.

O ndice de refrao do gs depende quase que inteiramente da densidade e noda presso e da temperatura separadamente.Notar que somente as diferenasde presso devem ser consideradasUm outro mtodo, consiste em determinar o DCON antes de introduzir o gs na cela(cela com ar ou vcuo) , e o novo DCONcom o gs a ser determinado, ento a partir dodeslocamento do espelho entre as duas situaes, possvel calcular o ndice de

refrao do gs.Para que as medidas sejam confiveis no esquecer de:a) Desvios da lei de gs ideal assumida no modelo matemtico.b) Mudana nas dimenses da cela devido presso atmosfrica quando estiver emvcuo.c) Influncia da umidade relativa do ar.d)Variaes dimensionais do interfermetro durante as medidas.

1155--SSeennssoorreessddeeTTeemmppeerraattuurraa

O controle de temperatura necessrio em processos industriais ou comerciais,

como a refrigerao de alimentos e compostos qumicos, fornos de fuso (produo demetais e ligas, destilao fracionada (produo de bebidas e derivados de petrleo),usinas nucleares e aquecedores e refrigeradores domsticos (fornos eltricos emicroondas, freezers e geladeiras)).




15.1 - Medio de temperatura com Termopar

Um termopar consiste de dois condutores metlicos, de natureza distinta, na formade metais puros ou de ligas homogneas. Os fios so soldados em um extremo ao qualse d o nome de junta quente ou junta de medio. A outra extremidade dos fios

levada ao instrumento de medio de f.e.m. (fora eletromotriz), fechando um circuitoeltrico por onde flui a corrente.O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam ao instrumento de

medio chamado de junta fria ou de referncia.

Figura 49 Partes de um Termopar

O aquecimento da juno de dois metais gera o aparecimento de uma f.e.m. Esteprincpio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilizao de termopares para amedio de temperatura. Nas aplicaes prticas o termopar apresenta-senormalmente conforme a figura acima.

O sinal de f.e.m. gerado pelo gradiente de temperatura (T) existente entre asjuntas quente e fria, ser de um modo geral indicado, registrado ou transmitido.

15.1.2 Efeitos Termoeltricos

Quando dois metais ou semicondutores dissimilares so conectados e as junesmantidas a diferentes temperaturas, quatro fenmenos ocorrem simultaneamente: oefeito Seebeck, o efeito Peltier, o efeito Thomson e o efeito Volta.

A aplicao cientfica e tecnolgica dos efeitos termoeltricos muito importante esua utilizao no futuro cada vez mais promissora. Os estudos das propriedadestermoeltricas dos semicondutores e dos metais levam, na prtica, aplicao dos

processos de medies na gerao de energia eltrica (bateria solar) e na produo decalor e frio. O controle de temperatura feito por pares termoeltricos uma dasimportantes aplicaes do efeito Seebeck.

Atualmente, busca-se o aproveitamento industrial do efeito Peltier, em grandeescala, para obteno de calor ou frio no processo de climatizao ambiente.




15.1.2.1 Efeito termoeltrico de Seebeck

O fenmeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por T.J. Seebeckquando ele notou que em um circuito fechado, formado por dois condutores diferentes Ae B, ocorre uma circulao de corrente enquanto existir um diferena de temperatura

T entre as suas junes. Denominamos a junta de medio de Tm, e a outra, junta dereferncia de Tr. A existncia de uma f.e.m. trmica AB no circuito conhecida comoefeito Seebeck. Quando a temperatura da junta de referncia mantida constante,verifica-se que a f.e.m. trmica uma funo da temperatura Tm da juno de teste.Este fato permite utilizar um par termoeltrico como um termmetro.

Figura 50 Efeito Termoeltrico Seebeck

O efeito Seebeck se produz pelo fato de que os eltrons livres de um metaldiferem de um condutor para outro e depende da temperatura. Quando dois condutoresdiferentes so conectados para formar duas junes e estas so mantidas a diferentestemperaturas, a difuso dos eltrons nas junes se produz a ritmos diferentes.

15.1.2.2 Efeito termoeltrico de Peltier

Em 1834, Peltier descobriu que, dado um par termoeltrico com ambas as

junes mesma temperatura, se, mediante uma bateria exterior, produz-se umacorrente no termopar, as temperaturas das junes variam em uma quantidade nointeiramente devida ao efeito Joule. Esta variao adicional de temperatura o efeitoPeltier. O efeito Peltier produz-se tanto pela corrente proporcionada por uma bateriaexterior como pelo prprio par termoeltrico.

Figura 51 Efeito Termoeltrico Peltier

O coeficiente Peltier depende da temperatura e dos metais que formam umajuno, sendo independente da temperatura da outra juno.O calor Peltier reversvel.Quando se inverte o sentido da corrente, permanecendo constante o seu valor, o calorPeltier o mesmo, porm em sentido oposto.




15.1.2.3 Efeito termoeltrico de Thomson

Em 1854, Thomson conclui, atravs das leis da termodinmica, que a conduode calor, ao longo dos fios metlicos de um par termoeltrico, que no transportacorrente, origina uma distribuio uniforme de temperatura em cada fio.

Quando existe corrente, modifica-se em cada fio a distribuio de temperatura emuma quantidade no inteiramente devida ao efeito Joule. Essa variao adicional nadistribuio da temperatura denomina-se efeito Thomson.

O efeito Thomson depende do metal de que feito o fio e da temperatura mdiada pequena regio considerada. Em certos metais h absoro de calor, quando umacorrente eltrica flui da parte fria para a parte quente do metal e que h gerao de calorquando se inverte o sentido da corrente. Em outros metais ocorre o oposto deste efeito,isto , h liberao de calor quando uma corrente eltrica flui da parte quente para aparte fria do metal. Conclui-se que, com a circulao de corrente ao longo de um fiocondutor, a distribuio de temperatura neste condutor se modificar, tanto pelo calordissipado por efeito Joule, como pelo efeito Thomson.

15.1.2.4 Efeito termoeltrico de Volta

A experincia de Peltier pode ser explicada atravs do efeito Volta enunciado aseguir:Quando dois metais esto em contato a um equilbrio trmico e eltrico, existe entreeles uma diferena de potencial que pode ser da ordem de Volts.

Esta diferena de potencial depende da temperatura e no pode ser medidadiretamente.

15.1.3 Leis Termoeltricas

Da descoberta dos efeitos termoeltricos partiu-se atravs da aplicao dosprincpios da termodinmica, a enunciao das trs leis que constituem a base da teoriatermoeltrica nas medies de temperatura com termopares, portanto, fundamentadosnestes efeitos e nestas leis, podemos compreender todos os fenmenos que ocorrem namedida de temperatura com estes sensores.

15.1.3.1 Lei do circuito homogneo

A f.e.m. termal, desenvolvida em um circuito termoeltrico de dois metaisdiferentes, com suas junes as temperaturas T

apostila de instrumentação industrial - senai tubarão

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