sensores introduÇÃo aos sensores - puc...

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Sensores

Prof. Fabricia Neres INTRODUÇÃO

SensoresNaturaisSensores

SensoresIndustriais

INTRODUÇÃO AOS SENSORES

•  Podeserdefinidocomoumtransdutorquemodificasuascaracterís<cas=sicasinternasdeacordocomfenômeno=sicoexterno;

ü  AutomaçãoIndustrial:mediçãodepeças,posição;

•  Podemserusadasemdiversasáreas:

ü  AutomaçãoBancária:leituradecódigodebarras;

ü  AutomaçãoVeicular:sensoresdiversos;

ü  AutomaçãoResidencial:sistemasdealarme.

ClassificaçãodosSensores:ElétricosTiposdesensoreselétricos:

•  Resis<vos(potenciômetros)

•  Indu<vos(detectarobjetosdemetal)

•  Capaci<vos(detectarqualquerobjeto)

ClassificaçãodosSensores:ElétricosTiposdesensoreselétricos:

•  Termoelétrico(termopar)

•  Fotoelétrico:(fotoresistor)

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SensoresAnalógicos•  Podeassumirqualquervalornoseusinalaolongodotempo,

desdequeessevalorestejadentrodasuafaixadeoperação.

}  Formadevariaçãodeumagrandezaanalógica:temperatura

}  Sensorescomsaídaanalógicaelaécon<nuanotempo.Exemplo:potenciômetro

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SensoresDigitais•  Sensoresdigitaisassumemvaloresdiscretos(0,1porexemplo)

}  Encoder:umexemplodesensordigital.(u<lizadoparadeterminardistânciasouvelocidades)

}  Formadevariaçãodeumagrandezadigital

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SensoresBinários•  Sensoresbináriospodemassumirsomentedoisvaloresnaescala,0

ou1

}  SensoresIndu<vosouCapaci<vosbásicos.

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Medidor=Sensor+Transdutor

•  Sensor:Qualquersensoréumconversordeenergia;detectaumavariávelFsicadeinteresse,porexemplo:pressão,temperatura,força;

}  Transdutor:transformaessavariávelemoutrafácildesermedida.

Sensores–ConsumodeEnergia•  Osensorpassivonãonecessitadeenergiaadicionalparafuncionar.

Apotênciadesaídaégeradadeacordocomadeentrada.Exemplo:termopares(sensoresdetemperatura)

}  OsensoraJvorequerfontedeenergiaexternaparafuncionar.Amaiorpartedapotênciadesaídavemdafonteauxiliar.Exemplo:sensordetemperaturadigital.

Sensores:mododeoperação•  Sensoresdedeflexão–asquan<dadesdemedidasproduzemumefeito=sicoque

geraemalgumapartedoinstrumentoumefeitosimilar.Exemplo:dinamômetro(mediçãodepesoatravésdeumamola)

}  Sensoresdepontonulo–tentampreveradeflexãodopontodezeroaplicandoumefeitoconhecidoqueseopõeàquan<dadequeestásendomedida.Exemplo:balançadepratos.

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Principaiscaracterís<casdossensores:

•  Sensibilidade: Alteração na saída por unidade de variação daentrada.

•  Erro:Diferençaentreaquan<dademedidaeovalor“real/verdadeiro”.•  Precisão: Termo qualita<vo u<lizado para relacionar a saída do

instrumentocomovalorrealmedido.•  Resolução: Menor incremento da variável =sica que pode ser

detectadopelosensor.•  Coeficiente de Temperatura: Alteraçãonarespostadosensor,

por unidade de temperatura. Esta caracterís<ca aplica-se a todos ossensores.

•  Tempo de Resposta: Rapidez com que a saída responde a umavariaçãodosinaldaentrada.

SENSORESDETEMPERATURA

MediçãodeTemperaturaTermômetros

•  Termômetrosàdilataçãodelíquidos;•  Termômetrosàdilataçãodelíquidosemrecipientedevidrotransparente;

•  Termômetrosàdilataçãodelíquidosemrecipientemetálico;

•  Termômetrosàpressãodevapor;•  Termômetrosàdilataçãodesólidos;

TermômetrosàDilataçãodeLíquidos

•  Caracterís<cas:sedilatamcomoaquecimentoesecontraemcomoesfriamentodeacordocomaleideexpansãovolumétrica(relaçãoentrevolumeetemperatura);

•  Podemserdo<po:RecipientedevidrotransparenteouRecipientemetálico;

TermômetrosàDilataçãodeLíquidos

Recipientedevidrotransparente•  Podemserclassificadosemescalaexterna(maissimples)ouinterna;

•  Podemserusadoscomimersãototalouparcial;

1.  Imersãoparcial:sãoiden<ficadosporumamarcaçãoedevemserimersosnobanhonaalturaindicada

2.  Imersãototal:todoomecanismodacolunademercúriodeveestarnomesmonívelqueasuper=ciedolíquidoasermedido

TermoelementosouTermoparesPrincípiodeFuncionamento

•  Ligando por dois metais unidos é possívelobservar o surgimento de uma tensão que éexplicadopeloefeitoSeebeck;

•  Osfiossãoligadosaoumpontodemediçãoeooutroextremoéligadoapontoereferênciaconstante;

•  Atensãomedidaérelacionadacomdiferençadetemperaturaentreopontodemediçãoeareferência.

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TermoelementosouTermoparesPrincípiodeFuncionamento TermorresistênciaPt-100

•  Sãoasmaisusadasindustrialmente,devidoàsuagrande estabilidade, larga faixa de u<lização ealtaprecisão;

•  Devido a estabilidade das termoresistência depla<na, elas são u<lizadas como padrão detemperaturanafaixade-270°Ca+660°C;

•  Para medições industriais, a resistência demedição é instalada em tubo especial, o qual émontadoumsuportepróprioparainstalação.

TermorresistênciaPt-100Vantagensquandocomparadoaos

termopares•  Possui maior precisão dentro da faixa de u<lizaçãodoqueoutros<posdesensores;

•  Comasdevidasinterligaçõesaosequipamentos,nãoexistelimitaçãoparadistânciadeoperação;

•  Dispensau<lizaçãodefiaçãoespecialparaligação;•  Seadequadamenteprotegido,permiteu<lizaçãoemqualquerambiente;

•  Temboareprodu<vidade;•  Em alguns casos subs<tui o termopar com grandevantagem.

TermorresistênciaPt-100Desvantagensquandocomparadoaos

termopares•  Émais carodosqueos sensoresusadosnessamesmafaixadetemperatura;

•  Deteriora-se com mais facilidade, caso hajaexcesso na sua temperatura máxima deu<lização;

•  Temperaturamáximade630°C;•  Énecessárioquetodoocorpodobulboestejacom a temperatura equilibrada para indicarcorretamente;

•  Altotempoderesposta.

SENSORESDEPRESENÇA

SensoresÓp<cos

Ø  Componentes eletrônicos de sinalização e comando quedetectamqualquermaterialsemcontatomecânico;

Ø  oprincípiodefuncionamentobaseia-senaexistênciadeumemissoreumreceptor;

Ø  A luz do emissor deve a<ngir o receptor com intensidadesuficienteparafazercomqueosensorcomutenasaída;

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SensoresdePresença–SensoresÓp<cos

•  O sinal de luz gerado pelo emissor do sensor óp<co émodulado emumadeterminada freqüênciaeo receptordesinaldosensoréacopladoaumfiltroquesóconsiderasinaisdamesmafreqüênciadoemissor.

Sensoresóp<cos

Aplicações:Contagemeposicionamentodeobjetos

Aplicações:Contagemeposicionamentodeobjetos

SensoresÓp<cos Sensoresóp<cosporretrorreflexão

Ø Oemissoreoreceptorestãomontadosjuntos;

Ø Ofeixedeluzéestabelecidoentreoemissoreoreceptorporintermédiodorefletor;

Ø OsensoréaJvadoquandooobjetointerrompeofeixedeluz.

Sensoresóp<cosporretrorreflexão

Ø Objetostransparentes,clarooubrilhantespodemnãosãodetectadosporesse<podesensor;

Ø Adistânciadeacionamentoédependentedascaracterís<casdorefletor;

Ø Umafalhanoemissorpodeserinterpretadacomoseumobjetoes<vessepresente.

Sensoresóp<cosportransmissão

•  Emissorereceptormontadosemdisposi<vosseparados;

•  Quandoalinhadoscriamumabarreiradeluz;•  Apresençadeumobjetointerrompendoessabarreirafazcomqueosensorsejaa<vado.

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Sensoresóp<cosporreflexãodifusa

•  Emissorereceptormontadosnomesmodisposi<vo;•  Aluzenviadapeloemissorcriaumaregiãoa<va;•  Apresençadeumobjetofazcomqueessaluzsejarefle<dadeformadifusa,devoltaaoreceptor,a<vandoosensor.

Sensorinfravermelhoa<vo

•  Esses sensor tem o mesmo princípio de funcionamento dossensoresóp<cosdo<pobarreira,porémusadosemoutro<podeaplicação(alarmes,sistemadecontroledeintrusão)

•  Podem ser do <po retrorreflexivos u<lizados em instalações

prediais;•  Podem do <po transmissão (transmissor e receptor) u<lizados

emaplicações comoalarmes , iluminação automá<ca e portasdegaragens.

Sensorinfravermelhopassivo

•  Apenasumreceptorinfravermelhocomajustedesensibilidade;

•  U<lizadoemalarmesdeintrusão.

SENSORESDEPOSIÇÃO

SensoresIndu<vos

•  Sãosensoresdeproximidadesemcontatoqueu<lizam um campo de frequência de rádiocomumosciladoreumabobina;

•  A presença do objeto altera o campo e ocircuitoeletrônicodetectaessaalteração;

Sensoresindu<vosPrecauções:

ü Quandoosensorforinstaladoemumpainelmetálicoouaoinstalar duas ou mais unidades do mesmo sensor frente afrente ou lado a lado é necessário deixar uma distânciamínima.

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Sensoresindu<vos

Caracterís<casGerais:ü Nãopossuempeçasmóveiseatuamsemcontato=sico;ü Sãototalmentevedados,tornandopossívelousoemágua,óleos,poeiraetc;ü Têm grande precisão na repe<ção ponto de comutação(repe<bilidade);ü Subs<tuem com vantagens as chaves fim de curso emicrochaves;

Sensoresindu<vosAplicações-detectoresdeproximidade:ü  Controledepresençaouausência,fimdecurso;ü  Detecçãodepassagem,deposicionamento;ü  Contagemdepeças.Aplicações–recomendaçõesdeuso:ü  Emcondiçõesambientaisseveras,presençadepoeira,óleo

decorte,agentesquímicos,umidade,vapores,choquesevibrações;

ü  Peçasdepequenasdimensões;ü  Automa<smoestá<co.

•  São projetados para operar através de umcampo eletrostá<co e detectando asalterações nesse campo quando algo seaproximadafacea<va;

•  Quando o alvo se aproxima ele aumentacapacitância a<nge determinado valor osensorcomutadeabertoparafechado.

SensoresCapaci<vos•  Blindados: usados quando os objetos di=ceis dedetectar por possuírem campo eletrostá<comuito concentrado, no entanto está sujeitocomutaçõesfalsassehouveracumuloderesíduosnafacea<vadosensor;

•  Não Blindados: usado com objetos fáceis dedetectar e pode ser instalado em locais queapresentam condições adversas de poeira,umidadeetemperatura.

SensoresCapaci<vos

•  U<lizado para detectar metais, plás<cos,madeira,papelãoentreoutros;

•  Aplicações: controle do nível de silo,contagemdecaixas.

SensoresCapaci<vos

SENSORESDEPRESSÃO

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•  Manômetrosdefluidodo<potubodevidro;•  Manômetrosbaseadosnadeformaçãomecânicadeelementos;

MedidoresMecânicosdePressão

•  Sãousadosnamediçãodepressõesdefluidosemcondiçõesderepousoe/oulaboratório;

•  O formato dos tubos caracteriza o <po demanômetros dessa natureza e amassa específicado fluido geralmente água ou mercúrio éresponsávelpelasensibilidadedomedidor.

ManômetrosdoTipoTubodeVidro

•  O sistema entra em equilíbrio de acordo com apressão que atua sobre o tubo em ambasextremidades;

•  Apesar de clássico esse método de medição épouco usado na indústria porque apresentaapenas uma saída visual e uso de mercúrio éevitadaporrepresentarumriscoasaúde.


•  Manômetrosdo<poU


•  Manômetrosdo<poTanque:obraçodotuboésubs<tuídoporumtanquecomdiâmetrogrande.


•  Manômetrosdo<poTipoTuboInclinado:éusadoparamedirpequenasdiferençasdepressão.


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•  Aextremidade superior está conectada aumsistemadentadoqueéconectadoaosdentesde uma engrenagem que movimenta oponteiro. A deformação produzida no tubo éamplificada mecanicamente e transformadaem movimento angular de um ponteiroassociadoaumaescalapreviamentecalibrada

ManômetrosbaseadosnaDeformaçãoMecânicadosElementos

TubosBourdon<poC

ManômetrosbaseadosnaDeformaçãoMecânicadosElementos

TubosBourdon<poC

SENSORESDENÍVEL

•  Amediçãonormalmenteérealizadadofundodorecipiente emdireção à super=cie ou umpontodereferênciadomaterialasermedido;

•  Atualmente existem medidores que empregamtécnicas como flutuadores, medição de pressãoporultrassom;

•  Aaplicaçãodemedidasdenívelénecessáriaemprocessos como: medição de grãos em silos;reservatóriosdeágua.

SensoresdeNível

•  MediçãodeNívelporMétodosDiretos;

•  MediçãodeNívelporMétodosIndiretos.

SensoresdeNível

•  Indicadoresevisoresdenível;•  Medidoresdenívelcomboiaseflutuadores;•  Indicaçãodenívelmagné<co.

SensoresdeNívelMediçãodeNívelporMétodosDiretos

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•  Normalmente esses disposi<vos são simples e produzemapenasumasaídavisual;

•  A medição direta é feita pela inserção de uma régua nointeriordoreservatóriodemodoqueozerodaréguacoincidacomofundodoreservatório;

•  A super=cie do líquidomarcará o ponto de leitura na régua

quepoderáserre<radanamarca.


Indicadoresevisoresdenível

•  Aprincipalvantagemdessedisposi<voébaixocusto;•  São muito usados em reservatórios em locais que as

condiçõesdepressãoetemperaturaimpeçamseuuso.

•  Os trabalhadores da construção civil usam medidoressemelhantesparaalinharasparedes.



Mediçãodiretadenívelcomavisualizaçãodeumvisualizador.



Outro<podegeometriausadasãoosvisoresdevidroplanoquepodemsercompostoporummaismódulosdevisores.



Vareta molhada. Muito usado no monitoramento do óleo demotoresdecombustão.



•  Emsuafabricaçãosãousadoselementoscommassaespecíficamenorqueofluidoasermedido,deacordocomaposiçãodonívelaposiçãodoflutuadoremrelaçãoaofundovaria;

•  O monitoramento é conxnuo pois a extensão haverá umasaídaassociadaaonível;


Medidoresdenívelcomboiaseflutuadores

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Chavedeníveldo<poboia:•  O flutuador é fixado a um braço que funciona comoumaalavanca;

•  Com a variação de nível a boia que contém o ímãmovimenta-seemdireçãoaodetectormagné<coqueconverteomovimentomecânicoemumacionamentoelétrico;

•  Esseprocessotambémpodeserimplementadoatravésdechavesmecânicas.



Chavedeníveldo<poboia:



•  Medidordeníveldo<podeslocador;•  Medidordeníveldo<poHidrostá<co;•  Medidordenívelporpesagem;•  Medidordenívelcapaci<vo;•  Medidordenívelporcondu<vidade;•  Medidordenívelporultrassom;•  Medidordenívelporvibração;•  Mediçãodenívelporradar;•  Medidordenívelporradiação;•  Transmissãodenívelalaser.

SensoresdeNívelMediçãodeNívelporMétodosIndiretos

•  Oprincípiodefuncionamentoéqueocorpoqueflutuaestáparcialmenteinseridonolíquido;

•  Quando o nível aumenta a força do empuxotambémaumentaeporconsequênciaaumentaaforçaresultante;

•  A vantagem do método é a precisão, mas osistemarequermanutençãoconstante;

•  A necessidade demanutenção ocorre porque ovolume do corpo flutuador afeta a forçaresultante provocando o acumulo de resíduossobreele.

SensoresdeNívelMediçãodeNívelporMétodosIndiretosMedidordeníveldo<podeslocador

SensoresdeNívelMediçãodeNívelporMétodosIndiretosMedidordeníveldo<podeslocador

•  Colocar uma célula de carga incorporada aoreservatório;

•  Conhecendo a geometria do reservatório e opesoespecíficodomaterial épossível calcularonível;

•  Vantagens:medidarealizadasemcontato;•  Dificuldade:acéluladecargadeveserprojetadapara esse fim e quando existem problemasquanto a massa (perdas ou acréscimo deresíduos)osistemapodeindicarvaloreserrados.


Medidordenívelporpesagem

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•  U<lizamfrequênciasentre20e200kHz;•  Oprincípiodefuncionamentodestemétodoémedirotempo

deecodosinalenviadoporumtransdutorpiezoelétrico;•  Deveseobservarparausaromedidor:1.  avelocidadedosomvariacomatemperatura;2.  Resíduospodemabsorverosinalenviado;3.  Turbulêncianolíquidopodeprovocarflutuaçõesdeleitura.


Medidordenívelporultrassom





•  Método usado a mais de 50 anos de uso nas indústriasquímica,petrolífera,alimenxciaentreoutras;

•  Osdois<posderadaresmaisusadossão:1.  Radarporpulsodesinal:u<lizaatécnicadeemissãodeumpulsodesconxnuo.

A medição é feita pelo tempo de propagação de ida de volta do pulso.Instrumentosdesse<ponãoconseguemboasprecisões.

2.  Radarporfrequênciamoduladadesinal:transmitesinalconxnuodefrequênciavariável.Quandoalcançaasuper=ciedomaterial,osinalérefle<doemdireçãoao emissor. O receptor avalia a diferença de frequencia entre o sinaltransmi<doeosinalrefle<do.


Medidordenívelporradar

•  O princípio básico do radar é baseado na capacidade dasuper=cie de um determinado material de refle<r um sinaleletromagné<co;

•  São recomendados para aplicações que instrumentosconvencionaisencontramdificuldadesdeacessooudevidoacorrosão;

•  Sãoinsensíveisaproblemascaracterís<cosdoslíquidoscomomudançademassaespecíficaoucondu<vidade;

•  Pode apresentar problemas de reflexão, principalmentedevidoapartesinternasdoreservatório.





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•  Princípio de funcionamento semelhante aos medidores de nível do <poultrassom;

•  Bastante preciso e pode ser aplicado na medição de níveis de sólidos,substâncias com massa específica elevada como por exemplo: cimentos ,líquidosopacos;

•  Uma fonte de laser na parte superior do reservatório dispara um pulso quepercorre a distância até a super=cie do material, sendo então refle<do eregistradoporumdetector;

•  Osistemadedetecçãoécompostoporumtemporizadorqueconverte tempoemdistância;

•  Desvantagens: são probabilidade de falhas na presença de poeira e fumaça ecustobastanteelevado.


Medidordenívelàlaser


Medidordenívelàlaser

SENSORESDEFORÇA

SensoresdeForça•  Grandeza =sica que dependem de outras comotorqueepressão;

•  Medidas de força são usadas em medidas detração,rupturaecontroledequalidadeduranteapesagemdoproduto;

•  Força pode ser definida como uma quan<dadecapaz de mudar a forma, o tamanho oumovimentodeumobjeto.

SensoresdeForça

•  Balanças;

•  Transdutoresdeforça.

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SensoresdeForçaBalanças

A balanças formadas por dois pratos fixados nasextremidades por meio de cabos foi o primeiroinstrumentou<lizadoparamedirpeso.


A balança de dois pratos foi subs<tuída pela demassadeslizantesobreumadasbases.


AsbalançasdemolasãobaseadasnaleideHooke.Odeslocamentodasextremidades de uma mola na região elás<ca é diretamenteproporcionalàforçaaplicada.Oresultadodamediçãoéproporcionalaodeslocamentodaextremidadedamola.

SensoresdeForçaTransdutoresdeForça

•  Transdutordeforçapiezoelétrico;

•  Transdutordeforçacapaci<vo;

•  Resistorsensordeforça(FSR);

•  Extensômetroderesistênciaelétrica;

SensoresdeForçaTransdutordeforçapiezoelétrico

•  Apresentamapropriedadedegerarumatensãoelétricaaoseremsubme<dosaumacarga;

•  Podemserusadosindividualmenteounaformadepilhas.

SensoresdeForçaResistorsensordeforça-FSR

•  Um resistor sensor de força apresenta uma variação deresistênciadependentedaforçaaplicada;

•  OFSR consiste emumpolímeroqueexibeumadiminuiçãoderesistência com o aumento de força na super=cie a<va dosensor;

•  Omaterialgeralmenteapresentaquatrocamadas:1.  Isolante;2.  Áreaa<vaformadaporcondutores;3.  Espaçadorplás<co;4.  Substratoflexívelreves<docompolímerocondutoralinhadocomaáreaa<va.

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SensoresdeForçaResistorsensordeforça-FSR

SENSORESDEFLUXO

•  São amplamente usados é baseado na obstruçãodapassagemdeumfluido;

•  Nesses instrumentos o fluxo é calculado pelamedição da queda de pressão causada pelaobstruçãoinseridanocaminhodofluxo;

•  Os <posmais comuns são: placa de ori=cio, tubodeVenturi,tubodePitotemedidordo<pobocal.

MedidoresdeFluxoBaseadosnaPressãoDiferencial

•  Umaplacadeori=cioinseridanatubulaçãoéumobstáculo com uma abertura comparada aodiâmetrodatubulação;

•  Consideradoodisposi<vomaissimplesdemedirfluxo por pressão diferencial, apresentaturbulênciaspróximoaoori=cio.

MedidoresdeFluxoBaseadosnaPressãoDiferencial–Placadeori=cio

•  Amaiordesvantagemdaplacadeori=cioé a sualimitadafaixadefluxosesensibilidadeadistúrbios;

•  A placa de ori=cio normalmente é u<lizada emlíquidoslimposesujos;

•  Seudesempenhoédependentedaviscosidadedolíquidoedaqualidadedasinstalações.


•  Os ori=cios encontrados geralmente são:concêntrico (mais tradicional) excêntrico esegmentado.


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•  Similaraplacadeori=ciomasapresentaobstáculomaissuave;

•  Em função do formato mais suave o tubo deVenturi possui menor sensibilidade a erosãopodendoserusadocomgaseselíquidossujos;

•  Comodesvantagenspode-sedestacarotamanhoocustodefabricação.

MedidoresdeFluxoBaseadosnaPressãoDiferencial–TubodeVenturi

MedidoresdeFluxoBaseadosnaPressãoDiferencial–TubodeVenturi

•  Objeto denominado arrasto é exposto aofluxodeumfluidoquedevesermedido;

•  A força exercida pelo fluxo no elemento dearrasto émedida e conver<daparaumvalorquerepresentaavelocidadedofluxo;

•  Apresentamboaprecisãoparamedir líquidosefluxodegases

MedidoresdeFluxoporForçadeArrasto

•  Usadosemlíquidosnãovoláteis;•  Sãousadospara aplicaçõesde alta precisão comoporexemplomediçãodeaguaresidencial;

•  Medidores que u<l i zam partes móveis ,engrenagens, rotoresouturbinasparamedirfluxosãodessafamília;

•  Os medidores do <po deslocamento posi<vo nãonecessitamdefontedealimentaçãoparafuncionareestãodisponíveisemdiversostamanhos.

MedidoresMecânicos

•  Nesse<podemedidorofluidoprecisaserlimpo,poisparxculaspodemdanificarougerarerrosconsideráveis;

•  Osmedidoresdediscorota<vosãoosmaiscomuns(hidrômetro)ofluxodaáguaprovocaomovimentodoeixo.

MedidoresMecânicos MedidoresMecânicos

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