elementos de medicao sensores

1Prof. G.A. Borges / ENE-FT-UnB 1

Elementos de medio: sensores

Prof. Geovany A. Borgese-mail: [email protected]

Laboratrio de Robtica e Automao (LARA)Grupo de Robtica, Automao e Viso Computacional (GRAV)Departamento de Eng. Eltrica - Universidade de Braslia (UnB)

Instrumentao de Controle - 167347Departamento de Engenharia Eltrica (ENE)

Universidade de Braslia (UnB)

Instrumentao de Controle Prof. G.A. Borges / ENE-FT-UnB 2

Tpicos

Medidas fsicas Transdutores eletrnicos

Transdutores resistivos Transdutores capacitivos Transdutores indutivos Transdutores termoeltricos Transdutores opto-eletrnicos Transdutores de campo magntico Transdutores piezoeltricos Transdutores qumicos

2Instrumentao de Controle Prof. G.A. Borges / ENE-FT-UnB 3

Medidas fsicas

Principais grandezas de interesse Tempo Massa, fora, deformao Comprimento, distncia, velocidade, acelerao Intensidade luminosa Tenso eltrica, corrente, potncia Presso, nvel e vazo Umidade Temperatura Campos eltrico e magntico


Medidas fsicas

Cadeia de medio eletrnica

O processo de medio Medio direta Medio indireta

Princpios fsicos do processo de medio


Medidas fsicas

Caracterizao da medio Faixa de medio Caracterstica ideal linear No-linearidade Sensibilidade Preciso Repetibilidade Efeitos ambientais Tempo de resposta Histerese


Trandutores eletrnicos

Emprego

Grandezas eltricas de sada Resistncia Capacitncia Indutncia Tenso Corrente

Grandeza eltrica


Trandutores resistivos

Potencimetros lineares Deslizantes



Potencimetros lineares Rotativos



Potencimetros lineares Rotativos (multivoltas)



Potencimetros lineares Materiais

Fio enrolado: Possui erro de resoluo diferente de zero Baixo coeficiente trmico

Filme de carbono Sem erro de resoluo Alta variao com a temperatura

Plstico condutivo Baixa no-linearidade devido ao

processo de fabricao a laser Alto coeficiente trmico



Potencimetros lineares Caractersticas:

Impedncia de sada varivel Aplicvel para baixas velocidades No-linearidade Potencimetros logartmicos



Termmetro resistor (RDT) Relao caracterstica:

Pequena no-linearidade Cobre e nquel (baixo custo) Platina (alto custo, inerte)

Pt100



Termmetro resistor (RDT) Materiais:



Termmetro resistor (RDT) Exemplo: sondas PT100 LABFACILITY



Termmetro resistor (RDT) Exemplo: sondas PT100 LABFACILITY



Termistor (PTC e NTC) Relao caracterstica no-linear:

ou ainda

onde geralmente



Termistor (PTC e NTC) Exemplo: NTCs da Bosch



Termistor (PTC e NTC) Exemplo: NTCs da Bosch

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Resistor dependente de luz (LDR)

Material foto-condutor



Resistor dependente de luz (LDR) Exemplo: Fotoclulas da Silonex

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Extensmetros Relao caracterstica:

Compresso:

Fator gauge:



Extensmetros Propriedades:

Baixa variao da resistncia com a temperatura (ligas metlicas)

Baixo coeficiente linear de dilatao trmica (ligas metlicas)

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Extensmetros Configuraes:



Extensmetros Exemplos: Clula de carga para pequenas presses

(Omega), uso em ponte.

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Extensmetros Exemplos: Clulas de carga em miniatura (Sensotec)

Model 34



Extensmetros Exemplos: Clula de carga simples (Vishay), uso em

ponte.

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Extensmetros Exemplos: Clula de carga em S (Vishay), uso em

ponte.


Trandutores capacitivos

Capacitor de placas paralelas Relaes:

: permissividade do vcuo

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Configuraes (I)



Configuraes (II)

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Configuraes (III)



Configuraes (IV)

Lquidos isolantes Lquidos condutores

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Exemplos LV5204 sensor de nvel de lquidos

Preo: US$224.00 (modelo LV5204-Y1-12-Z0comprimento 12, www.omega.com)



Exemplos MMA1250 acelermetro 5g (Freescale), com auto-

teste.

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Exemplos MMA1250 acelermetro 5g (Freescale), com auto-

teste.

g


Trandutores indutivos

Sensores de indutncia/relutncia varivel

Indutncia: Relutncia:

Permeabilidade do espao livre:

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Transformador Diferencial Varivel Linear (LVDT)




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Transformador Diferencial Varivel Linear (LVDT) Exemplo: Srie PR750 (Macro Sensors)



Transformador Diferencial Varivel Linear (LVDT) Exemplo: AD698 Condicionador de sinal para LVDTs

(Analog Devices)

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Transformador Diferencial Varivel Rotativo (RVDT)



Sensores eletromagnticos

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Trandutores termoeltricos

Termopares Efeito Peltier

Temperatura (C)

Dife

ren

a (C

) Tipo JTipo E

Tipo K

Metal A

Metal B

V+

V-

Efeito Peltier: V+ - V- =



Termopares Conexo direta a um voltmetro (errado)

Metal A

Metal B Voltmetro

Metal C

Metal CTermopar

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Termopares Conexo direta a um voltmetro (correto)

Metal A

Metal B Voltmetro

Metal A Metal B

Termopar

Termopar

Metal C

Metal C



Termopares Compensao da juno fria ( )

Manter juno fria sob temperatura controlada (conhecida) e somar medio .

Usar um circuito de compensao automtica, que mede a temperatura da juno fria usando outro sensor. Por aproximao, temos que

Ento, um simples amplificador somador e um sensor de temperatura ambiente podem ser usados para compensar

.

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Termopares



Termopares Exemplo: termopares tipo K (LABFACILITY)

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Termopares Exemplo: LT 1025 circuito de compensao de juno

fria para termopares E, J, K, R, S e T (Linear Technology)

Diagrama de blocosAplicao tpica

US$ 4.28 (www.farnell.com)



Termopares Exemplo: AD594 (tipo J) e AD595 (tipo K)

amplificadores c/ compensao de juno fria (AnalogDevices)

AD594: US$ 25.82 (www.farnell.com) AD595: US$ 15.24 (www.farnell.com)

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Semicondutores

AD590: LM35CZ:


Trandutores opto-eletrnicos

Fotodiodo

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Fototransistor



Opto-acopladores

6N136

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Opto-acopladores

6N138



Opto-acopladores

MOC3061

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Opto-acopladores

IL300



Chaves pticas

H22A1

OPB704

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Decodificador ptico absoluto

Sensor ptico eDisco codificado

Circuito de condicionamento



Decodificador ptico absoluto

Disco codificadoem binrio

Disco codificadoem Gray

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Decodificador ptico incremental

Sensor ptico e discoCanais A e B, e top zero (Z)



Decodificador ptico incremental

ContadorCrescente/Decrescente

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Trandutores de campo magntico

Sensores a efeito Hall



Sensores a efeito Hall: Exemplos de aplicao

Chave simples

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Sensores a efeito Hall: Exemplos de aplicao



Sensores a efeito Hall: A1301

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Sensores a efeito Hall: ACS704



Sensores a efeito Hall: A3422

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Sensores magneto-resistivos Certas ligas ferro-magnticas possuem a propriedade

de variar sua resistncia sob a incidncia de um campo magntico.

Para pequenos campos, a resistncia do material varia com a magnitude e a direo do campo magntico.

Se o campo magntico muito forte, o sensor satura, de modo que a resistncia no mais influenciada pela magnitude, apenas pela direo.

Vantagens da saturao: imunidade ao coeficiente de temperatura do im, insensibilidade ao espao entre o im e o sensor, insensibilidade magnitude do campo.



Sensores magneto-resistivos: exemplos de aplicao.

Ponte de Wheatstone:- Quatro sensores: reduzida sensibilidade avariao de temperatura.- Resistncias de ajuste de zero calibradas durante a fabricao

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Sensores magneto-resistivos: exemplos de aplicao.

X

Y

Z



Sensores magneto-resistivos: HCM1022 (Honeywell)

Opera na regio linear (no saturada)

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Sensores magneto-resistivos: KMZ43T (Philips)

Opera na regio de saturao Para medio de ngulo


Trandutores piezo-eltricos

Propriedades do efeito piezo-eltrico Converso entre energias mecnica e eltrica (nos dois

sentidos) Aplicaes: microfones, cpsulas sonoras (inclusive

ultra-som) Propriedades do efeito piezo-resistivo

Converso entre deformao mecnica e resistncia eltrica

Aplicaes: sensores de micro-fora e de presso.

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Trandutores piezo-eltricos

Elemento piezo-eltrico: MA40B8R/S (Murata)


Trandutores piezo-resistivos

Elemento piezo-resistivo: MPX10 (Freescale)- Elemento sensor: diafragma de silicone- Configurao em ponte- Sem compensao de temperatura

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Transdutores qumicos

Eletrodos seletivos de ions (IES)


Transdutores qumicos

Eletrodos seletivos de ions (IES) Exemplos de aplicaes

Meio ambiente: monitorao de poluio de guas Agricultura: NO3, Cl, NH4, K, Ca, I, CN em sementes e

fertilisantes. Alimentao: medio de concentrao de sal em alimentos Indstria: qualidade da gua, S e Cl em pontos de circulao de

gua, pH. Explosivos: F, Cl, NO3 em explosivos e produtos de combusto Biomdica: Ca, K, Cl em fluidos do corpo.

elementos de medicao sensores

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