tt - estudo transdutores - paulo milheiro a6492

Trabalho Teórico

Estudo de Transdutores

Unidade Curricular

Instrumentação e Medidas

Docente

António Moreira

Paulo Milheiro – 6492

Instrumentação e Medidas Trabalho Teórico – Estudo Transdutores

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ÍNDICE

Índice ............................................................................................................................................................... 2

Lista de Figuras ................................................................................................................................................ 3

Resumo ............................................................................................................................................................ 4

Introdução ....................................................................................................................................................... 5

Objectivos ........................................................................................................................................................ 6

Sensores Indutivos ........................................................................................................................................... 7

Sensores de proximidade indutivos..................................................................................................................... 7

Características ........................................................................................................................................... 7

Aplicações ................................................................................................................................................. 8

Sensor de efeito Hall ........................................................................................................................................... 8

Sensor de caudal magnético ............................................................................................................................... 9

Características ......................................................................................................................................... 10

Aplicações ............................................................................................................................................... 10

Sensores Temperatura ....................................................................................................................................11

Termístores ....................................................................................................................................................... 11

PTC (Positive Temperature Coefficient) .................................................................................................. 11

NTC (Negative Temperature Coefficient) ................................................................................................ 12

Aplicações/Utilização .............................................................................................................................. 13

Termopares ....................................................................................................................................................... 14

Características termopares ..................................................................................................................... 14

Tipos de junção........................................................................................................................................ 16

Termoresistências ............................................................................................................................................. 16

Tipos de montagem ................................................................................................................................. 17

Sensores Velocidade .......................................................................................................................................18

Dínamo taquimétrico ........................................................................................................................................ 18

Aplicações ............................................................................................................................................... 19

Acoplador óptico ............................................................................................................................................... 19

Aplicações ............................................................................................................................................... 19

Conclusão .......................................................................................................................................................21

Referências bibliográficas ...............................................................................................................................22


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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Ilustração das formas de energia num sensor ................................................................................... 5

Figura 2 - Principio de funcionamento ............................................................................................................. 7

Figura 3 - Aplicações sensores indutivos .......................................................................................................... 8

Figura 4 - Corrente num condutor com a presença de um campo magnético perpendicular ............................ 9

Figura 5 - Montagem de um elemento Hall ...................................................................................................... 9

Figura 6 - Típico transdutor com enrolamentos fixados interiormente ...........................................................10

Figura 7 - Sensor de fluxo para líquidos e gases ..............................................................................................10

Figura 8- Simbologia do termístor NTC............................................................................................................11

Figura 9 - Simbologia do termístor PTC ...........................................................................................................11

Figura 10 - Curva típica de um termístor do tipo PTC ......................................................................................12

Figura 11 - Exemplo aplicação .........................................................................................................................12

Figura 12 - Curva do termístor NTC .................................................................................................................12

Figura 13 - Exemplo de aplicação do NTC ........................................................................................................13

Figura 14 - Circuito utilizado por Seebeck .......................................................................................................14

Figura 15 - Diferentes tipos de termopar ........................................................................................................14

Figura 16 - Termoresistências convencional com bainha preenchida ..............................................................17

Figura 17 - Principio funcionamento de um dínamo ........................................................................................18

Figura 18 - Fotoacoplador ...............................................................................................................................19

Figura 19 - Aplicação do fotoacoplador para medição de velocidade ..............................................................19

Figura 20 - Sensor óptico de velocidade ..........................................................................................................20


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RESUMO

O presente trabalho teórico está incluído na unidade curricular de Instrumentação e Medidas, e tem como principais objectivos o estudo teórico de transdutores que foram atribuídos a cada discente. Neste caso, os sensores atribuídos para estudo foram sensores de indutivos, temperatura e velocidade.

Os sensores indutivos, foram desenvolvidos para colmatar necessidades de alguns sistemas detectando presença de metais, através da mudança de campo magnético. Apresentam características como altas velocidade de reposta, excelente repetibilidade e confiabilidade. Os sensores seleccionados para estudo foram: sensor de proximidade indutivo, sensor de efeito de Hall e sensor de caudal magnético.

Existindo múltiplos transdutores de temperatura, sendo os que seleccionei para estudo foram os termístores NTC e PTC, termopares e termoresistências. A utilização deste tipo de sensores é vastamente realizada em múltiplas aplicações tais como, calorimetria, medição de vácuo, múltiplos electrodomésticos, veículos, projectos eléctricos, etc. O princípio de funcionamento básico destes sensores passa pela variação de resistência mediante a temperatura. A selecção deste tipo de sensores deve ser cuidada e apropriada à gama de funcionamento que é necessária, bem como o método de ligação bem projectada para que se consiga obter os resultados pretendidos.

No que diz respeito a transdutores de velocidade, os seleccionados foram: o dínamo taquimétrico e o acoplador óptico. O dínamo taquimétrico, utiliza o princípio de funcionamento de um motor de corrente contínua com escovas, que geram um campo magnético que é induzido num íman permanente acoplado. Este tipo de transdutor é utilizado, por exemplo, em elevadores, máquinas rotativas e têxteis, etc. O acoplador óptico utiliza um emissor e um receptor de feixe de luz juntamente com um disco com furos num eixo de movimento. Através da rotação do disco no eixo, sempre que o feixe de luz é interrompido, gera um pulso na saída. A principal desvantagem deste transdutor é a necessidade de utilização de um ADC.

Todas as características, vantagens, desvantagens, aplicações, montagem típicas, encontram-se detalhadas em cada capítulo respectivo a cada transdutor.


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INTRODUÇÃO

Em múltiplos automatismos e diversos tipos de sistemas, torna-se indispensável adquirir os valores respeitantes às variáveis, de forma a determinar as condições que os definem. O papel dos sensores é exactamente esse, monitorizar os valores das grandezas físicas.

Sendo o termo sensor, bastante utilizado ao longo deste relatório, faço aqui uma breve descrição. Sensor é um dispositivo sensível a algum tipo de efeito físico do ambiente que o envolve. Um sensor não tem necessariamente todas as características requeridas para ser directamente utilizado num sistema, seja ele qual for. Por norma, o sinal deve ser manipulado previamente antes que o mesmo seja lido pelo sistema de controlo. Por exemplo, caso um sensor devolva um nível de tensão extremamente reduzido o sistema de automatismo ou controlo, será necessário utilizar um amplificador de forma a obter um sinal útil e bem definido.

Figura 1 - Ilustração das formas de energia num sensor

Frequentemente o termo sensor e transdutor são utilizados indiferenciadamente. Denomina-se um transdutor um dispositivo completo que contém o sensor incorporado e é capaz de transformar uma grandeza física numa grandeza eléctrica, tal como tensão ou corrente, para que este sinal possa ser utilizado para tomada de decisões num qualquer sistema.

Como características importantes para a selecção de sensores, deve-se ter em conta: o tipo de saída, sensibilidade, exactidão, precisão, linearidade, alcance, estabilidade, velocidade de resposta, entre outras.


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OBJECTIVOS

Conforme descrito no enunciado, os principais objectivos ou abordagem requerido para este trabalho teórico, são:

Descrever os princípios fundamentais do funcionamento de cada grupo de transdutores;

Quais as principais formas de ligação, excitação, gama de funcionamento, etc;

Quais as principais preocupações ao nível da segurança e fiabilidade de cada tipo de transdutor;

Caracterizar os transdutores atribuídos em relação às suas características de funcionamento, gama de operação, erros, sistema/método de aquisição, modo de aplicação, entre outras características;

Quais as principais aplicações para cada grupo de transdutores;

Projectar/descrever um sistema de aquisição para um dos sensores seleccionados anteriormente.


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SENSORES INDUTIVOS

Os sensores indutivos, foram desenvolvidos para colmatar necessidades dos sistemas de produção conciliando altas velocidades e elevada confiabilidade. Estes detectam presença de metais, através da variação do campo magnético, e enviam um sinal que pode ser utilizado para controlar mecanismos.

Sensores de proximidade indutivos

Tal como o próprio nome indica, estes sensores são dispositivos de proximidade sem contacto, que utilizam uma frequência de rádio com um oscilador e uma bobine.

Este sensor é constituído por um circuito oscilador LC, sendo que a bobine gera um campo electromagnético de alta frequência, o qual é emitido à face do sensor. Quando um objecto se aproxima, o campo magnético é alterado e o circuito electrónico do sensor identifica a variação desse campo.

Através da aproximação de um objecto metálico à face do sensor, são induzidas correntes de Foucault. As perdas resultantes, retiram energia do circuito oscilador, reduzindo as oscilações.

Se um objecto metálico se aproximar da face do sensor, são induzidas correntes de Foucault. As perdas resultantes tiram energia do circuito oscilador, reduzindo as oscilações. O comparador de sinal atrás do oscilador LC, converte essa informação num sinal. A figura seguinte, demonstra um diagrama de blocos que permite visualizar o princípio de funcionamento.

Figura 2 - Principio de funcionamento

A medição de proximidade, posição e deslocamento de objectos é essencial em muitas aplicações diferentes, como posição de válvula, detecção de nível, controlo de processo, controlo de máquina, segurança, etc.

Características

Os sensores indutivos apresentam algumas características comuns, independentemente do tipo de aplicação, das quais destaco:


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- Não possuem peças móveis e actuam sem contacto físico;

- São totalmente vedados, tornando possível a utilização em água, óleos, poeiras;

- Dispõem de grande precisão na repetição do ponto de comutação;

- Substituem com vantagens as chaves fim de curso e microchaves.

Aplicações

Os detectores de proximidade são concebidos para realizar as seguintes tarefas:

- Controlo de presença ou ausência, fim de curso;

- Detecção de passagem, de posicionamento;

- Contagem de peças;

Figura 3 - Aplicações sensores indutivos

A utilização destes sensores é particularmente recomendada quando:

- A velocidade de funcionamento é elevada;

- Em condições de ambiente adverso tais como: oléo, poeira, agente químicos,

humidade, etc;

- Peças a detectar são de pequenas dimensões ou frágeis;

- Automatismo estático.

Sensor de efeito Hall

O efeito de Hall foi descoberto em 1879 por Edward E. Hall. Os sensores de Hall, são

compostos por materiais que sofrem influência de um campo magnético. Através de uma

placa condutora passa a corrente do circuito e obtendo-se perpendicularmente um campo


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magnético, que faz gerar nas laterais da placa condutora uma diferença de potencial, o qual

se liga a um circuito de medição. Esta diferença de potencial chama-se tensão de Hall.

Figura 4 - Corrente num condutor com a presença de um campo magnético perpendicular

Apesar do efeito de Hall existir em qualquer material condutor, ele é mais intenso em

materiais semicondutores. A grande vantagem do sensor de Hall como elementos de medida

do campo magnético é a capacidade de medir tanto campos contínuos como alternados

num único instrumento.

Figura 5 - Montagem de um elemento Hall

Sensor de caudal magnético

Este tipo de transdutor é utilizado com fluidos condutores, como o caso de electrólitos. Este

é constituído por uma secção de tubo de material não magnético e não condutor, em que

são colocadas duas bobine e um anel de ferro laminado. O campo magnético (B) gerado pela

bobine, alimentado por tensão alternada, induz, através do efeito da velocidade do fluxo

condutor, uma tensão que vem dessa fonte ligada a dois eléctrodos colocados sobre um eixo

ortogonal ao campo magnético e da velocidade.


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Figura 6 - Típico transdutor com enrolamentos fixados interiormente

Um exemplo da utilização deste tipo de transdutor é o rotor de caudal magnético, que possui paletas que giram de acordo com o fluxo, permitindo que a taxa de vazão seja monitorizada e controlada.

Figura 7 - Sensor de fluxo para líquidos e gases

Características

-Sensor isolado do fluxo;

- Alta confiabilidade;

- Robusto e resistente;

- Nível de fluxo ajustável;

- Suporta pressões de 60 bars.

Aplicações

Para detectar fluxos de gases e líquidos em tubagens. O nível de fluxo a ser detectado pode ser ajustado de 10% a 100% da área de passagem interna. O sinal de saída é um contacto NA accionado quando o nível de fluxo atinge o limite determinado no ajuste.

O movimento preciso do êmbolo faz com que o sensor tenha boa repetibilidade. O seu funcionamento não é prejudicado por eventuais retornos de fluxo.

De referir que este tipo de sensores nunca deve ser acoplado directamente a uma carga eléctrica, devendo sempre utilizar-se, um relé ou um contactor auxiliar.


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SENSORES TEMPERATURA

Este tipo de sensores são amplamente utilizados em indústrias, veículos, electrodomésticos e instalações prediais. De seguida descreve-se sucintamente termístores, termopares e termo resistências.

Termístores

São resistências termicamente sensíveis, ou seja, são semicondutores electrónicos cuja resistência varia com a temperatura. Estes são úteis para detecção automática, medição e controlo de energia física.

Os elementos resistivos que constituem os termístores são óxidos de metais tais como manganês, níquel, cobalto, cobre, ferro, titânio.

Existem dois tipos básicos de termístores: os de coeficiente positivo de temperatura (PTC) e os de coeficiente negativo de temperatura (NTC). No caso dos PTC, a resistência aumenta com o aumento da temperatura e o contrário acontece no segundo tipo.

O tipo NTC é mais utilizado na medição e controle de temperatura, mas não é muito utilizado em processos industriais, um pouco devido à falta de padronização entre os fabricantes. O termístor NTC, é um dos sensores de temperatura que fornecem a maior variação na saída, por variação de temperatura não sendo contudo uma relação linear.

A simbologia dos termístores PTC e NTC é:

Figura 8- Simbologia do termístor NTC

Figura 9 - Simbologia do termístor PTC

A relação entre resistência e temperatura é dada pela equação Steinhart & Hart.

Os valores de a, b e c são os coeficientes que dependem do material utilizado, R é o valor da resistência e T a temperatura.

PTC (Positive Temperature Coefficient)

Os PTCs são resistências que apresentam coeficiente térmico positivo, isto é, a sua resistência aumenta com a temperatura. Diferem dos NTCs em dois aspectos fundamentais: o coeficiente de temperatura de um PTC é positivo dentro de certa faixa de temperatura. Fora dessa limitação, o coeficiente é negativo ou nulo. O valor absoluto do coeficiente térmico dos PTCs normalmente é bem maior que o dos NTCs.


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Figura 10 - Curva típica de um termístor do tipo PTC

A imagem seguinte demonstra um circuito em que o PTC é utilizado no arranque de motores monofásicos. Quando o circuito é excitado, o PTC está no seu esta de baixa resistência eléctrica, permitindo que a corrente flua normalmente pela bobine de partida. Assim que o motor entra em movimento, o PTC aquece acima da sua temperatura de transição, passando para o seu estado de alta resistência eléctrica, permitindo assim que apenas uma corrente residual passe pela bobine de partida.

Figura 11 - Exemplo aplicação

NTC (Negative Temperature Coefficient)

Os NTCs são elementos cuja resistência decresce com o aumento da temperatura, logo o seu coeficiente de temperatura é negativo.

Figura 12 - Curva do termístor NTC

Alterações na temperatura do corpúsculo podem ser obtidas externamente pela variação de temperatura na sua proximidade, internamente pelo calor resultante da potência dissipada, desenvolvida através da passagem de corrente ou pela combinação das duas.


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No circuito da figura seguinte, a polarização da base está calculada para que o transístor esteja ao corte em baixas temperaturas e em saturação em altas temperaturas.

Figura 13 - Exemplo de aplicação do NTC

Quando o sensor está sob temperaturas baixas, a resistência do NTC fica alta, com isso a tensão na base fica muito pequena, levando o transístor ao corte. Quando a temperatura começa a subir, o potencial na base sobe proporcionalmente até que a resistência sature. Quando o transístor satura, o relé é completamente energizado, fechando os contactos NA e abrindo os contactos NF. Este circuito pode ser utilizado para accionar qualquer dispositivo que necessite de um controlo de temperatura, como por exemplo, estufas, protecção contra incêndio, etc.

Aplicações/Utilização

A gama de utilização dos termístores é vasta, abrangendo desde aplicações de entretenimento até profissionais, como por exemplo.

- Química: calorimetria, regulação de nível de líquidos e medição da condutividade térmica de gases;

- Física: medição de vácuo, medição de vazão de gases, líquidos e radiometria;

- Medicina: termómetros;

- Regulação de temperaturas: congelador, máquina de lavar, forno eléctrico, sistema de aquecimento e sistema de ar-condicionado;

- Veículos: medição de temperatura de água e óleo e monotorização de gases de exaustão;

- Projectos eléctricos: operação de atraso em relés, compensação de variação de temperatura e medição de potência e micro-ondas;

- Sistema de detecção e alarmes contra incêndio: os sensores de termo velocimétricos de alguns detectores de temperatura de sistemas de alarmes prediais utilizam os termístores como elemento sensitivo.


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Termopares

Em 1821, Seebeck, a quem é atribuído geralmente o descobrimento do comportamento termo eléctrico, descobriu que num circuito fechado, feito com fios de dois metais heterogéneos, uma corrente flui se a temperatura de uma junção T1 estiver acima da temperatura da outra extremidade T2.

Figura 14 - Circuito utilizado por Seebeck

Na descoberta original de Seebeck, foi utilizado um circuito de termopares composto de antimónio e cobre. A FEM gerada está relacionada com o campo eléctrico formado devido ao aquecimento que é função do gradiente de temperatura nesse ponto.

Assim, um termopar funciona medindo a diferença de potencial causada por fios diferentes. Isto pode ser utilizado para medir directamente a diferença de temperaturas ou para medir uma temperatura absoluta, através da colocação de uma junção a uma temperatura conhecida.

Estes cobrem uma faixa extensa de temperatura que vai de -200 a 2300°C aproximadamente, com uma boa precisão e repetibilidade aceitável, tudo isto a um custo menor que outro tipo de sensor de temperatura.

Ao longo dos últimos vinte anos tem sido feito um esforço considerável para avançar a tecnologia da medição de temperatura. Combinações de tungsténio, rénio são largamente usadas em temperaturas mais altas para atmosferas redutoras e inertes ou vácuo.

As seguintes representações representam um termopar sem protecção e outro com protecção metálica. O comprimento “U” depende da aplicação

Figura 15 - Diferentes tipos de termopar

Características termopares

Com base na utilização e no conhecimento mais comuns, existem oito tipos de termo elemento: S, R, B, J, K, N, T e E.


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- Termopares T

Composição: Cobre+/Cobre-Níquel-

Faixa de utilização: -200 a 350°C

Podem ser usados em atmosferas oxidantes, redutoras, inertes e no vácuo. Adequados para medições abaixo de zero graus. Apresentam boa precisão na sua faixa de utilização.

- Termopares J

Composição: Ferro+/Cobre-Níquel-


Podem ser usados em atmosferas oxidantes, redutoras, inertes e no vácuo. Não devem ser usados em atmosferas sulfurosas e não se recomenda o uso em temperaturas abaixo de zero graus. Apresentam baixo custo.

- Termopares E

Composição: Níquel-Cromo+/Cobre-Níquel-


Podem ser usados em atmosferas oxidantes e inertes. Em ambientes redutores ou vácuo perdem as suas características termoeléctricas. Adequados para uso em temperatura abaixo de zero graus.

- Termopares K

Composição: Níquel-Cromo+/Níquel-Alumínio-


Recomendados em atmosferas oxidantes ou inertes. Ocasionalmente podem ser usados abaixo de zero graus. Não devem ser utilizados em atmosferas redutoras ou sulfurosas.

- Termopares S-R

Composição: S 90% Platina – 10% Ródio+/Platina-

R 87% Platina – 13% Ródio+/Platina-

Faixa de utilização: 0 a 1600°C

Recomendados em atmosferas oxidantes ou inertes. Não devem ser utilizados abaixo de zero graus, no vácuo, em atmosfera redutoras ou atmosferas com vapores metálicos. Apresentam boa precisão em temperaturas elevadas.

- Termopares B

Composição: 70% Platina – 30% Ródio+


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94% Platina – 6% Ródio-

Faixa de utilização: 600 a 1700°C

Recomendáveis em atmosferas oxidantes ou inertes. Não devem ser utilizados abaixo de zero graus, no vácuo, em atmosfera redutoras ou atmosferas com vapores metálicos. Mais adequados para altas temperaturas que os tipos S/R.

- Termopares N

Composição: Níquel-Cromo-Silício+/Níquel-Silício-


Excelente resistência à oxidação até 1200°C. Curva FEM x Temp. similar ao tipo K, porém possuem menor potência termoeléctrica. Apresentam maior estabilidade e menor drift x tempo.

Tipos de junção

- Termopar com junção exposta: neste caso a junção quente fica exposta na ponta do sensor, o que proporciona tempo de resposta extremamente pequeno e grande sensibilidade a pequenas alterações de temperatura. A principal desvantagem é um reduzido tempo de vida, especialmente em ambiente agressivos, pois não há nenhuma protecção para a junção.

- Termopar com junção aterrada: neste caso a junção é soldada junto com a bainha, o que proporciona tempo de resposta intermediário entre a junção exposta e a isolada e fornece boa protecção para a junção. Como desvantagem, este tipo de junção é mais susceptível a ruídos.

- Termopar com junção isolada: a junção é isolada e interna, o que proporciona uma boa protecção e imunidade a ruídos, porém há um aumento no tempo de resposta.

Termoresistências

As termoresistências, bulbos de resistência ou RTD, são sensores de temperatura cujo princípio de funcionamento baseia-se na variação da resistência eléctrica do elemento condutor em função da temperatura. Os métodos de utilização de resistências para medição de temperatura iniciaram-se por volta de 1835, com Faraday, porém só mais tarde existiram condições para utilização em processos industriais.

Estes, são sensores de temperatura muito utilizados na indústria devido às suas condições de alta estabilidade mecânica e térmica, resistência à contaminação, baixo índice de desvio pelo envelhecimento e tempo de uso, além de possuir uma larga faixa de trabalho e permitir ligações a longa distância. As termoresistências mais utilizadas são a Pt-100, Pt-1000, Ni-100 e Ni-1000. A que melhor representa a maioria das aplicações na indústria é, sem dúvida, a de platina Pt-100.

A variação da resistência com a temperatura designa-se por coeficiente de temperatura (α) e é especificada como a média da variação entre 0 e 100°C, conforme equação seguinte. Os sensores estão disponíveis em duas classes de tolerância padrão: classe A e classe B, com desvio mínimo de ±0,15°C e ±0,3°C.


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Onde: R100= resistência a 100°C

R0= resistência a zero °C

Tipos de montagem

Na montagem convencional com bainha preenchida, tem-se o sensor montado num tubo metálico, com uma extremidade fechada e todos os espaços são preenchidos com óxido de magnésio, permitindo um boa troca térmica e protegendo o sendo de choques metálicos. A ligação do bulbo é feita com fios de cobre, prata ou níquel isolados entre si. A extremidade aberta, selada com resina epóxi, vendando o sensor do ambiente em que vai atuar.

Ainda assim, neste tipo de montagem, a termoresistências não apresenta muita resistência mecânica e não dispõe de condições para efectuar curvas, bem como tem limitações relativas ao diâmetro externo e ao comprimento total.

Figura 16 - Termoresistências convencional com bainha preenchida

Princípios de medição

Existem normalmente dois instrumentos principais para determinar a resistência ôhmica das termoresistências, que são as pontes de medição (ponte de Wheatstone) e os electrónicos.

O circuito em ponte de Wheatstone é bastante utilizada em laboratórios, devido à sua alta precisão, e em alguns sistemas industriais.

A ponte de Wheatstone, quando apresenta uma relação de resistência R1 x R3 = R2 x R4, encontra-se em equilíbrio e desta forma não circula corrente, uma vez que os potenciais nos pontos A e B são idênticos. Existem diversos tipos de ligações possíveis: a 2, 3 e 4 fios.


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SENSORES VELOCIDADE

Estes sensores são utilizados em dispositivos como leitores de CD-ROM, DVD, bombas centrífugas transportadores, medidores de fluxo líquidos, robótica, máquinas automáticas de soldagem, etc. São importantes para controle de processo produtivo e da segurança do trabalho.

Dínamo taquimétrico

O dino taquimétrico baseia-se no princípio do motor de corrente contínua com escovas que funcionam como gerador. O campo magnético é obtido por meio de um íman permanente cujos polos encontram-se dispostos nas faces.

Quando uma única espira gira a uma velocidade angular , esta espira é influenciada por um fluxo variável. Logo, a tensão nos terminais da espira variam mediante a seguinte relação:

Cujo valor máximo é proporcional à velocidade angular. O tacogerador é um estator constituído de um íman permanente e de um rotor em que são enroladas N espiras

espaçadas entre ela de um ângulo de

. As N espiras são conectadas a um colector a

lâminas (laminas comutadoras) e através de duas escovas tem-se disponível a tensão reduzida. A tensão de saída do dínamo depende da temperatura, pois ela é afectada pela resistência do induzido e o campo magnético produzido pelo íman.

A constante taquimétrica (kt), também chamadas de gradiente taquímetro ou sensibilidade, exprime a relação entre a tensão de saída nos seus terminais e a velocidade de rotação. O parâmetro que caracteriza fundamentalmente um tacogerador é expresso pela relação.

Figura 17 - Principio funcionamento de um dínamo

Como principais característica, este sensor tem: alta sensibilidade, que pode atingir valores de 300V/100Rpm com velocidade máxima de 5000 rpm; devido ao campo magnético não ser totalmente homogéneo e aos fenómenos de comutação do colector, a tensão de saída não é exactamente contínua e impulsos de alta frequência são sobrepostos à tensão induzida, devido à comutação; a presença de escovas, limita fortemente a sua confiabilidade e aumenta a sua manutenção; além disto, os dínamos taquimétricos possuem baixa linearidade, elevada inércia e atrito mecânico.


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Aplicações

Este transdutor de medida de velocidade pode ser utilizado em elevadores prediais, elemento de compensação e estabilização em sistemas de regulação de posição, em máquinas rotativas convencionais, bem como máquinas têxteis, e em várias outras aplicações que exigem um controle preciso de velocidade.

Acoplador óptico

Este sensor é constituído basicamente por um disco com furos ao eixo do motor e um par (transmissor e receptor) acoplado por meio de um feixe de luz. Muitas vezes é utilizado um fotoacoplador já integrado.

O fotoacoplador, é um dispositivo que permite que um objecto interrompa a transmissão de luz emitida por um led. O circuito típico do fotoacoplador, bem como o seu aspecto construtivo, é exibido na imagem seguinte. Este é basicamente constituído por um díodo emissor de luz (LED) na entrada e um fotosensor na saída e consiste numa ligação óptica entre ambos.

Figura 18 - Fotoacoplador

Aplicações

Como sensor de velocidade, a imagem seguinte apresenta um exemplo do fotoacoplador como sensor de velocidade, onde temos um disco que está conectado ao eixo de um motor que gira parcialmente dentro de uma cavidade do fotoacoplador. Esta configuração pode ser utilizada para gerar uma tensão de realimentação (que é proporcional à velocidade do motor) num sistema de controlo de velocidade em loop fechado.

Figura 19 - Aplicação do fotoacoplador para medição de velocidade


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A construção do disco inclui n furos distribuídos regularmente em intervalos de forma angular na sua periferia. Quando o disco roda, a luz do LED passa pelos furos do disco e é interrompida pela parte sólida do disco. Por esta razão, o fotoacoplador gera um pulso na saída cujo período do ciclo depende do tamanho do espaçamento dos furos e cuja frequência depende da velocidade do motor . Desde que o disco tenha n furos, o fotoacoplador deve gerar n pulsos para cada volta do disco.

Este tipo de sensor faz parte dos denominados transdutores digitais de velocidade que fornecem uma saída em forma de pulsos, variável com a velocidade. Esses pulsos são normalmente enviados a instrumentos contadores ou aplicados a um conversor, cuja saída terá uma tensão contínua proporcional à frequência de pulsos.

Entre os transdutores digitais de velocidade mais populares temos os fotoeléctricos, que podem ser de disco furado ou por reflexão, como é ilustrado na imagem seguinte:

Figura 20 - Sensor óptico de velocidade

Para aumentar a precisão do sistema, em especial em baixas rotações, é necessário incrementar o número de furos.

O transdutor fotoeléctrico a reflexão, em vez de utilizar um emissor e um receptor, utiliza um transmissor e um receptor num único encapsulamento. Neste caso, os discos utilizados não têm furos, mas sim traços que reflectem o feixe óptico.

A grande desvantagem dos transdutores fotoeléctricos, consiste em não conseguirem fornecer um sinal directamente utilizável nas regulações, sendo necessário utilizar um ADC para converter o sinal digital em analógico.


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CONCLUSÃO

Existe uma tendência, com a descoberta de novos materiais, de miniaturização com a possibilidade cada vez maior de integração do sensor e circuito de condicionamento de sinais.

Os mesmos sensores, ou seja, o elemento sensível podem ser aplicados para detecção ou medição de grandezas diferentes, como por exemplo, os sensores ópticos podem ser utilizados para detectar presença, ou medir velocidade, utilizando por isso os mesmos princípios físicos.

A selecção do sensor a utilizar para efectuar a medição da grandeza física, deve sempre ter em conta todas as características de cada sensor.


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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

URBANO, Pedro & THOMAZINI, Daniel. Título: Sensores Industriais – Fundamentos e Aplicações – ÉRICA EDITORA

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