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HMC, 2008
Mestrado Integrado em Engenharia MecânicaUniversidade do MinhoMestrado Integrado em Engenharia MecânicaUniversidade do Minho
Seminário
Princípios básicos sobre sensores e sistemas de aquisição de dados
HMC, 2008
Mestrado Integrado em Engenharia MecânicaUniversidade do Minho
Sensores e transdutores
“Strictly speaking, a sensor is a device that receives a signal or stimulus and responds with an electrical signal, while a transducer is a converter of one type of energy into another. In practice, however, the terms are often used interchangeably.”
Sensor Technology Handbook, edited by Jon Wilson, Elsevier, 2005 :Excerpted from Practical Design Techniques for Sensor Signal Conditioning, Analog Devices, Inc., www.analog.com.
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Sensores e transdutores
wikianswers.comA sensor is a device that responds to a physical stimulus (as heat, light, sound, pressure, magnetism, or a particular motion) and transmits a resulting impulse (a signal relating to the quantity being measured). (…) Often the words transducer and sensor are used synonymously.
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Sensores e transdutores
forum answers.yahoo.com“Finally, here is the definition that I, personally, like the best. A sensor collects information from the real world. A transducer only converts energy from one form to another.”
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Sensores e transdutores
ISAT253Transducer: a device that changes (transduces) the signal to or from an electrical domain as a voltage or current.Sensor: also called detector, a device that senses a physical or chemical stimulus and converts it into a signal that can be electrical, mechanical, or optical
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Sensores e transdutores
Definição mais genérica de transdutores/sensores
“Transducer - A device for translating the magnitude of one quantity into another quantity.”
(O sensor poderá ser considerado a extensão do transdutor, com uma configuração geométrica adequada para a medida, com amplificação, conversão A/D …)
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Sensores e transdutores
Sentidos humanos versus sensores
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Segundo
Gardner
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Porquê sensores?
Para quantificar os efeitos dos fenómenos físicos na natureza, que o ser humano (em alguns casos )percebe através dos seus próprios sensores, de forma qualitativa:
-Para informar-Para controlar processos
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Sistema de medição
Porquê sensores?
Segundo Gardner
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Porquê sensores?
Segundo Gardner
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Sistema de medição e controlo
Porquê sensores?
Segundo Gardner
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Porquê sensores?
Sistemas de controlo-Malha aberta- Malha fechada ->necessita de sensores!
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Porquê sensores?
Sistema de controlo em malha abertaExemplo: Controlo de velocidade de motor Sabendo a característica tensão versus velocidade, podemos calcular a tensão necessária para uma determinada velocidade:
Cálculo de U MotorTensãonecessária
Velocidade real
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Velocidade Desejada (Referência)
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Porquê sensores?
Característica típica de motor brushless usado em ventiladores de PCs, Maxim Integrated Products, APPLICATION NOTE 809 Rev Up Your Fan Speed Control Designs, retirado de www.maxim-ic.com emMarço2009
Relação pode não ser tão directa e simples.
Relação altera-se com a carga a que está sujeito o actuador
Controlo pode ser impreciso
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Porquê sensores?
Sistema de controlo em malha fechada“Medir a velocidade real e corrigir”
Controlador Motor
Velocidade Desejada (Referência)
Tensãonecessária
Velocidade real
-
Erro
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Porquê Sensores?
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Sensores: Só Eléctricos/Electrónicos?
-Pigmento termocrómico / fotocrómico -termómetro de mercúrio-fibra óptica-filme fotográfico comvencional
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Classificação de sensores
Segundo a grandeza a medir :
Temperatura, fluxo de calor, força/aceleração/choque, deslocamento, velocidade, luz, raios-x, pH, humidade, açúcar, álcool, campo magnético, corrente eléctrica, etc.
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Classificação de sensores
Segundo a forma de energia que convertem:
19Segundo Gardner
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Classificação de sensores
Sensores activos ou auto-geradores: Geram um sinal eléctrico em proporção á grandeza medida
Exemplos: Piezoeléctricos, termopares
Sensores passivos ou moduladores: requerem alimentação e modulam sinal eléctrico fornecido conforme grandeza medida
Exemplos: termístores, extensómetros
20Segundo Gardner
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Classificação de sensores
Analógicos: Fornecem sinal proporcional à grandeza medida, numa escala contínua
Digitais: Fornecem Informação tipo sim/não OU impulsos (encoders, sinais digitaisde frequência proporcional à grandeza medida) ou informação analógica digitalizada
onde pára o sensor e começa o transdutor (ou vice-versa)?
onde pára o sensor/transdutor e começa o sistema de medida?
21Segundo Gardner
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Sistema de medida típico
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Sensor Condicionamento A/D ProcessamentoGrandeza
Visualização Registo Transmissão (para controlo, p.ex.)
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Sistema de medida típico
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Retirado de www.scribd.com em Março 2009, Akram Ahmed Habib
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Condicionamento
Modificação e amplificação do sinal (auto-gerado ou modulado) do sensor.
Tipo de condicionamento depende fortemente do tipo de sensor em presença
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Condicionamento – Exemplos
Sensores resistivos (exibem resistência eléctrica que varia com grandeza a medir)
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Condicionamento – Exemplos – Sensor resistivo
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Segundo Sensor Technology Handbook
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Condicionamento – Exemplos – Sensor resistivo
Ponte de Wheatstone
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Segundo Sensor TechnologyHandbook
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Conversão A/D
Quantificação do sinal analógico em 1 de N níveis em que N= 2n
Com n: nº de bits do conversor
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Wikipedia
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Como funciona?
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Segundo Gardner
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Como funciona?
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Segundo Sensor Technology Handbook