saber eletrônica 460 aplicada

7/31/2019 Saber Eletrnica 460 aplicada

1/9

Hetronica Aplicada

Cond i c i onamen tod e S in a is A na log ico se S en so resN e ste a rtig o v er em o s b te v eme r t e 0que e 0c on dic io na m en to d e s in ais

ana l6g i cos , e tamoem a lg u ns d e ta lh e s d e d iv er so s s en so re s.Cesar Cassia lata

[email protected]

": N1vel de sinal e bias I": Linearizagao II Convers5es Iondic ionamentode sinais ~ IFi lt ragem e casamento de impedancia I~Ionceito de carga I

Fl. Condidonamento de sinais.

Cadeia de medicao---- --- --- --- --- --- --- --- ---I Algoritmo_!~~:~~~n:~~~~E:n~o _ - = _ ~~~~~~ f5 r__ + ! - - - , . co~t~oleJIII")

. - : . . i iGild o ia de atuacao II 1.0- f :t~a~o~ ~ - - d : : O : ~ i : ~ 1 - - T ~ ; ~ X- I - . . . .- - ~ i - ~ - ' . J ~ ~

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 1

F 2 . Cadeia de medlcao e atuacao em sistemas de controle.

22 I SABER ELETRONICA 460 I Mar


2/9

Isola~aoOu tra caracteri sti ca cornu m no cond i-

cionamento de sinais e a isolacao dos sinaisdos sen so res/t ra n sdu tores em rei acao ilentrada do conversor, v isando a segu r a n ca .o sisterna a ser monitorizado pode contersina is de alta ten sao gue podem danificaro converser.

Urna razao adicional pilra a isolacao 12ga r an t ir gue as leitu ras do eg u ipilmento deagu isicao serao irnu nes a diferencas de po-te n 0 2 ia Ide ter ra.0u ten Sl1eSde mo do cornu m .Qu ando as en tradas do sin i ll adqu irido pelod ispositivo se referem a urn potencial deterra, podern ocorrer problemas se houverumil diferenca de potencial em dois pontosde terras (as chamadas correntes de loop).

Esta diferenca pode levar ao gue secha mil cu rto de terra, cau sando impreci saona representacao do sinal adqu irido; oua diferenca 12tao illtil gue ela pode dan i-ficar 0 conjunto do sistema de medicao.Usa ndo modu los de con d iciona mento desinal isolados, elimina-se 0 curto de terrae ilssegu ra-se gue os sina i s sao adq u iridoscom precisao. Figura 4.Multi plexagem

Urna teen ica comum paril medi r diver-sos sinais com urn unico eguipamento derued i


3/9

Hetronica Apl i cada

( I., 2n-RC

F7.Filtro Passa Baixa.

R

R

qu e ~('il1 mai r lre s q u e < 11


4/9

I Gmi Iem~

I!----+edTr~s categor ias de sinais de entrada- Oesejadas- Modificadoras- lmer tersnclas

F12. Fatores que influenciamo sinal de um sensor.

vern da entrada. Como exemplo desen sores podemos cita r 0 term isto r(ativo) eo termopar (passive).

Said a: segu ndo este cr iterio podernse r cl assi f cados em a n a I()g i cos edrgrta i s como, por exernplo, u mpotenc iornetro e u m encoder deposicao. respecti vamente.

Modo de operacao: neste caso saoclass if ca dos em te rm os de su asfuncoes em modo de deflexao oumodo n u 1 0 . No primei ro modo,o valor rued ido gera u m efeitoFisico de acao contra ria a variavelmedida , como por exernplo em umacele rometro de deflexao. No modon u 1 0 , 0 sensor tenta com pen sa r adeflexao de um ponto nulo pelaapl icacao de u m efeito conhecidoqu e se opoe ao va 1 0 r rued ido,como po r exern p I0, em um servo--acel erometro. No rma lmen te 0 demodo n u 1 0 e ma is exato, la que sepode calibrar o efeito contra rio comreferen ci as de aI ta exati dao, po rempede ser lento.

Entrada-Saida: podem ser cl as-sificados de acordo com a relacaoen trada-sa id a em sen sores de pr i-mei ra, segu nda, terceira ou ma io rordern. A ordern esta relacionadacom n U me ros de eIemen tos indepen-den tes que con seguem arm azen a renergia e afeta a exatidao e tempode resposta, 0 que e importantequ ando estes sen so res fazem pa rtede malhas de controles.

Eletronica Aplic ad a _

II, I I-'-----T----'--, I< 1 : 1 ' I-0 _J J.'5 '


5/9

Hetronica Aplicada. . x 0

l e o 0.8

i.6> 0.40.2

F14.Exem plo de urn sensor reslstl vodo tipo potenciornetrico.

IIIII I , I I_____ L L L L ~ ~ ~ _I I , I: -Emcarga : : I: - Sem carqa : :I I ,- - - - - ~ - - - - - + - - - - - + - - - - - + - - - - - ~ - - - - I , II I II I ,I I I I I I_____ L L L _I I II I II I II II II I----- ... ----II

:1-----IIII, I, I- - - - ' 1 - - - - - " " 1I I, I, I, II I I I- - - - ~ - - - - - ~ - - - - - ~ - - - - - ~ - - - - - I I I - - - + - - - - - . - - - - - ~ - - - - - . - - - - - ~ - - - - - . - - - - - ~ - - - - - I I II t f T T r

0.3OeslocamenlO (AlIa)

0.1 0.2

( f .R,V = . V.=a. .V .( ) ( f.R ,+ (I-u .)R , I ,F16.Tensao do sensor reslstivo.

V 'V , II } I - Rx Rx. . 0} Voa

F15. Esquema eletrico do sensor resisti vo.clcrncn to resi sti vo sobrc 0qu aI so dcslocade uma forma linear ou "'ngu lar, urn contatoclctrico movel. Figura 14.

Os poten ciornctros podcrn rued i rd i rota mente dcsloca men h is linea res ou"'ngu lares. I)c acordo COIll a figura 15,tcmos a i nd icacao da ten sao de sa ida \'0.N", figura 16 e dada a cxprcssao de \'0.ocfcito de c" ,rg'" (f iguras 17 e18) trans-forma a rcl ao.;JoIi nca r en trc ten sao de sa idaell dcslocamcnto numa rclacao nao I incar,Vide gdfico na figura 19.Sensores do tipo extensometro(Strain Gauge)

(: u III clemente SCIlsor com ba sc Il u mcond u h ir l lU scm icon du to r, cu[a rcsi stcnc iava ria em fu Il cao da dcforrnaca. 1a que estasujeito,

F17. Esquema eletrico do sensorresist, vo com carqa.

l'llSSU i um amplo espednl de apl icacaodcsde a mod io.;Jl1de desk .camcn h is e vibra-'ill's ate a mod io.;iil1dc press(lcs, por excmplo.

Pri n ci pil 1de fu nc ion amente: va riacocsn a gcometri a de u III cor po tradu zcm-scern va r iacocs na resi stcn cia_ Observe afigura 20.

A va ri a 0 .; ao rc lati va da rcsi stenci a docon du tor e dada por:

dR dp d/ dq;-=-+---R p / (J)i\ piczorrcststtvidadc (ou simln gauge)

rcfc ro-se 1 1 IIIUda nca da resi stone iac letr icacom a den lrIll"'o.;JO/L\llltr"'o.;JO COIllOresu ltad. 1da prcssao apl icada, N", sua gralldc maioriasao fo rm ados po r ele mentes c r i sta I i I los

26 I SABER ELETRONICA 460 I Mars:o/AbriI2012

0.4 0.5 0.6 OJ O .S 0.9

F19.Efeito de carqa em sen sores reslstl vos.

F18.Tensao do sensor reslstlvo (Om carqa,

F20. Extens6metros (strain gauge).(.~traill sause) intcrl igados em pon tc (\'l/l1c-a~trJ1lc) com: lutn lS rcsi sh ires que pn ivcrn (1a)us te de zen l, sen sibi I idadc e C( -rn pensao.;ii(1de teillpemtu ra _0rn ater i a Ide C( In struo.;iil 1va ria de fabrican te p",m fabricantc e, h e ' ie emdia siio cornu ns scnsorcs dc cstado solido.

I)esva ntagcn s: fa ixa I iIIIita nto de tern-pcratu ra de opcracao. aplicavcl em mngesbai xos de pressJo por gemrcm u III sinalmu ih 1ba i Xl1 dc cxcitacao, rnu ito in stavel.

Atua lmcnte cxistc 0 chamado "H lm'Ira n sdu cer", 0 q u a I e con stru ldo com adcp. lsi 0 .; iil 1de vapor ou injocao do elementosstrai n g"'ge d i rctamcntc em u m d i"'fmgma, 0qucmin imiza a instabi lidado devida ao usodo adcsi VllS nas Iigas nl lSmodclos "Boil dcdWi rc". i\gra ndc vantagcll l e que ia p rodu zu m sina I cletron ico IlU III n ivel maior, po-rem em a I tas temperatu ras sao h ita lmcn tcv u lncra vei s, u IIIa vez q u c a tern pcr"'tu raa fcta 0 mate r ia I adesi vo uti I ivado ao col CI ro si I[cio "'0 d iafragma.


6/9

Varias tccnicas bascadas na fabricacaode sen sores de si lido piezorrcsi stivo (si-I i con ~ubstmtc) cstao cmcrgi ndo, mJS SJOsusccptivcis a degradacao de scus sinaisem funcao da temperatura e cxigem cir-eu itos cornplicados pJfa a compcnsacao,mill i IIIizacao do cr ro o scnsibi Iidado dozero. J( ita lmcntc in viavei s em aplicacoossu jci tas a tern pcratu ra s J Itas fWf longopcnodos, uma vez (j\ll' J dirusao degradaos su bstratos ern al t JS tcmperatu ras.

NJ figura 21, divorsos aspectos dosensor piczorrcsi sti Vel.Piezoeh~trico

() materia Ipicz, lddrin ll' UIII cristal (jueprodu z u rn a te ll S J( 1 d iforcn cial proporck 1-II a I i1 pressao a clc apl icada ern SU ilS faces:(juarrzo, sill de Rochcl Ie, ti tan io de ba rill,tu rmal in a de1. ste mate r i JI acu IllU la c a rgJsddricils ern certa S areas de su il estru tu racri still ill J, qu ando sofre u III J deform J~fiofi siCJ pl If il~Jl1de urn J prossao. i\piczoelc-tri cidade foi dcscoberta pllf I' ierrc e J JC(juesell ric ern 1 N H O _

'Iem J desvantagem de re(juerer 1IIII cir-cu in1de alta ir np cd a n ci Jell III am pi ificack irde alto gill1h(l, sendo su sccpt ivel il ru idos.1\10m disso, devi do f\ natu reza dill am ica.n ilo perm ite J med io.;JOde prcssao emestado sl'll ido. l'orcrn, tern a va ntilgem dt'rJ pid a respostil_

1\ rei ilo.;Jlentre a cargil clutri cac a pres-sil(1 apl icada ill1crista Ie priltic"mente Iineil r:

q = 5q X Apq - c"rtP cletri ca .5q - sonsibilidado,1\ - .irca do olotrodo,p - pressao aplicada,C - capacidado e ll 1cri still,Vo - ten s50 de sa iaAtcnte PM" CIS figuras 22 e 23.

RessonantesPossucrn, em gerill, 0 pri nd pio da tee-

110log ia qu c 0 con hccida como "vi brat ingwi rc" Uma mola de fio magnotico c a ncxadaao diafragma que, ao scr submetido a urnca IIIpo m "gncticl 1c scr percorrido por urnacorrcnto clctr: C " , elltra em osci lacao.

1\ froqucncia de osci I"o.;ao0 proporcionalao qu ad rado da ten sao (expiln saojcoillpres-sao) do f io.No sen sor SiIii0Ressona Ilte Ilao

Hetronica Aplicada_

PressAo aplicada~l~~lllll"iii'ii'ii'ii ~

l___l~tr= t : r ; c : = r f : J : I : J : [ ] ] r iir

tPressao

0-.-----1' < 1 1$''0x


7/9

Hetronica Aplicada

Dialragma lma C"CIJI;O- . '\... OsclI


8/9

Hetronica Aplic a da _Oticos

SJ O ainda pouco difundidos. mas vc-jJI llOS abaixo algu Il s marcos da cvolucaoda fibra otica:

I :o i in vcntada ern 1952 polo fisicoindiano Narindcr Singh Kanpany,

1Y71l: Corn i Ilg GI JSS produ z iualguns metros de fibra otica COIl lperdas de 21 l d ll/k Ill.

1973: Urn link tclcfonico de fibrasoticas foi il l stalado no J ,: UA.

1976: Iklll .ab. uatorics insta lou u IIIlink tclofonico ern Atlanta de 1 kille provou ser praticamen tc possivela fi bra otica para tel don ia.

1Y 7~ : CO !1 w\a ern va r ios p Oll to sdo III U Il do J fa br icacao de fibra Soticas COIl l perda S mcnores do que1 ,5 d li /k r n.

19KK l'r i m ei ro cabo su bma ri IlO defibras o ti C JS Illergu Ih( l U 1l'1 ' K eJ Il ' 1e deu in icio '" super-cstr ada daill fr lrTllJ\i 'i( 1_

2UI )4 : i\fibra o ti C J m ov i III e ll ta c or eade 41) b i Iheies de do la res JIlU Jis_

201l7: l- ibra optica bra si le i ra fa / " 31lJ I l( lS t .' o mercad. 1americanc 1de sen -

sow s com fibra otica movimcntou237 milhocs de d('lIJW S

21114: Pcrspccti V J de movirncn t( 1 de1,6 bilhocs de dolares no mcrcadoarncricano de sen sows CO Ill f i braotica

1\ sensiti vidadc dos se ll so res J fibra. ousoja, 0 d isturb io monos in ten so que podcscr medido, podc depcndcr de :

V J riacoes ill f in i tesimais em J Igu mparametn 1de caractcrizaca; 1da fibraUSJdJ, quando J fibra l~0proprioolemcn to sense lr ;

Mudancas IlJS propriedadcs daluz USJdJ, quando J fibra l'0CJIlJIatraves do qUJI J lu z V J i l ' volta doIOCJ I s o b teste.

O s sen S( ires J I 'ibrJ (lticJ sa( 1ir np ac tc l Sl' aprescnta III s ell s i tivi dades c( llllPJ ravei SJO sim i IJ res COi lven cion J is. Os scnsores depres sao sao CO ilstru ios COTll0 ern prego deUm J m ern bra n J rnovcl Il U rna da S ex t re III i-dade da fibra.

l'odornos cita r J S segu i Ilks V JIl t agen Sdestos sen s, ires: J I tJ s ell sibi I idade, t aman h, 1redu vid. 1, flex ibi li dade e resi stcnci J, ba iX, 1pt.'So, IO llgJ v i da IIti I , IO llgJ d i stii n ci J de

transmissao, baixa reatividadc quimica domaterial. ideal pa rJ o perJr ern arnbiontcsCO Ill r isco de cxplosao c in tr i nsccarncntcse g u ros. i so l amen to de tr ico, idea I pa raopera r ern arnbicntcs CO Ill J Ita ten sao,i I llU I l idadc clctn nagnctica, mu I t i plexJ


9/9

Hetronica Aplicada

Lente Lente

C omprim en to d acav idade Fabry -Perot

Inv61ucrode a co inox

C abo del ib ra 6 ti ca

inox ConectorFeed-Through

Fl8. Sensor de Pressao (Om Pn nclpio de Fabry-Perot.Fste efeito e 0 resu Itado d a forca de

J .orentz no rnovi men to de elet ron s sujei tosa urn campo milgnetico.

Quando se tern urn flu xo de correnteem um mate ria I que n ao esta ex posto a umcilmpo magnetico. as linhasegu ipotenciilisgue cruza m per pend icu la rmente este flu xo,sao lin has ret as.

A forca de J .orentz no movimento deeletrons no material e dada por:I=! V o B )Onde:g: cilrga do eletron13:cilmpo magneticoo produto externo ind ica que a forca tem

umil d ire~iio mutu amente perpendi cu Iar aofl u xo de corren te e ao campo magneti co,

Qua ndo se tern um flu xo de corrente emu m mater iill su jeito a um cilmpo m ilgneticoperpen d icu lar ,0 iingu 10atraves do gu a I 0fluxo de cor rente e mudado pelo campomagnet!co e conhecido como iingulo Halle e um pa ramet ro depen dente do materi a I,sendo determinado pela mobilidade doeletron que tambem determ ina 0coeficientede Hall RH. Neste CilSO,as Iinh as egu ipoten-cia is ao longo do comprimento do materialsao incl inadas, e isso nos leva il ten sao deHa limed ida ao longo do material. Ou sejil,tern-se uma tensao proporcional ao cilmpomagnet!co aplicado.

o efeito Hall esta presente em todosos m a teri a is, mas su a ap! icacao e efi cazsomente onde a mobihdade do eletron erelativamente alta, como por exemplo noarseneto de gillio (GilAs),

Em term os con st rut ivos, res u IIIida-mente, considere uIIIdeterm inado materia I(figura 29) com espessu ra d, cond uzi ndouma cor rente i ao longo de seu compri-mento e sujeito a u IIICillllpO magnetico 13apl icado perpend icu la rrnen te a d ire

saber eletrônica 460 aplicada

Documents