tubo de bourdon e transdutores

Download Tubo de Bourdon e Transdutores

Post on 25-Jun-2015

1.149 views

Category:

Documents

4 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

CECE CENTRO DE ENGENHARIAS E CINCIAS EXATAS ENGENHARIA MECNICA

FRANCISCO MARIN BORTOLUZZI

EXPERIMENTOS EM SISTEMAS FLUIDO MECNICOS

Foz do Iguau 2010 UNIOESTE Universidade Estadual do Oeste do Paran CECE Centro de Engenharias e Cincias Exatas

Campus Foz do Iguau

FRANCISCO MARIN BORTOLUZZI

SENSORES DE PRESSO

Trabalho referente a sensores de presso referente disciplina de Experimentos em Sistemas Fludo Mecnicos apresentado ao docente Dr. Thiago Antonini.

Docente: Dr. Thiago Antonini Alves

Foz do Iguau 2010

2

SUMRIO1. REVISO BIBLIOGRFICA......................................................................................4 4. REFERNCIAS

3

1. REVISO BIBLIOGRFICA Transdutor, em uma definio mais abrangente um dispositivo que recebe um sinal, no caso atual de presso, e o retransmite independentemente da converso de energia. Tecnicamente falando um dispositivo que transforma um tipo de energia em outro, utilizando para isso um elemento sensor. Por exemplo o sensor pode traduzir uma informao de velocidade em uma tenso eltrica, sendo possvel ento o transporte dessa informao atravs de distncias elevadas. Existem dois tipos de transdutores como um todo, os transdutores passivos cuja energia de sada proveniente da energia de entrava, e existem os ativos onde dispe de uma alimentao de energia, onde a maior parte da energia de sada provida pela energia de alimentao. Outra classificao abrangente transdutores simples onde possui apenas um estgio de transduo entre a entrada e a sada, e o composto onde possui mais de um estgio entre a entrada e a sada. Alguns exemplos de transdutores podem ser: um termopar onde as diferenas de temperatura entre as junes so convertidas em tenses eltricas ou um cristal piezeltrico onde energia eltrica convertida em energia mecnica. Em se tratando de presso, o transdutor de presso um componente bsico para a medida de presso. Ele tem a funo de receber uma presso mecnica sobre sua superfcie e transformar isso em um sinal eltrico. Existem vrias tcnicas para realizar medio de presso, em questo trataremos do manmetro de Bourdon que usa o principio de que um tubo achatado tende a mudar para um de seo circular. Apesar de essa mudana de seo ser pouco perceptvel, consegue-se grande preciso, pois se trabalha dentro da regio elstica da curva tenso/deformao do material do tubo.

4

2. DESENVOLVIMENTO 2.1 Transdutores Potenciomtricos So simples e de baixo custo. Operam de maneira que um fole aciona um potencimetro que converte os valores de presso em valores de resistncia eltrica. Podem operar sob diversas condies e uma vantagem que o sinal por ter boa intensidade e ento dispensa o uso de amplificador. Porm o dispositivo produz desvios inerentes e tm alguma sensibilidade a variaes de temperatura. usado para faixas de presses de 0,0035 MPa at 70 MPa com preciso na faixa de 1% do fundo de escala desconsiderando as variaes de temperatura. A figura a seguir ilustra o funcionamento do transdutor potenciomtrico.

Figura 1 Transdutor Potenciomtrico 2.2 Transdutores Capacitivos Neste tipo de transdutor o diafragma funciona como uma espcie de armadura comum de dois capacitores em srie, ento o deslocamento do diafragma devido a uma variao presso resulta em um aumento na capacitncia de um e na reduo de outro, cuja mudana detectada por um circuito oscilador. possvel medir presses em vasos fechados ou presses manomtricas. A faixa de operao deste tipo de presses de aproximadamente zero (vcuo) at 70 MPa, com variaes de 2,5 MPa. Boa preciso na faixa de 0,01% e boa estabilidade trmica. A figura 2 ilustra esse tipo.

5

Figura 2 Transdutor Capacitivo. 2.3 Transdutores de deformao Este transdutor usa um sensor auxiliar, do tipo strain gage, que mede deformao. Esta medida de deformao de um diafragma provocada por uma presso pode ser medida conforme o esquema da figura 3. Tem uma preciso aceitvel na faixa de 0,25% e uma alta faixa de presses, variando de 0,001 MPa at 1400 MPa.

Figura 3 transdutor de deformao. 2.4 Transdutores ticos Funciona com o auxilio de um anteparo conectado a um diafragma que aumenta ou diminui a intensidade da luz, emitida por um led, que um fotodiodo recebe. E com o auxilio de um circuito eletrnico completa o dispositivo. Tem uma boa preciso (0,1%) e sua vantagem a alta estabilidade trmica, porm as vezes necessrio um segundo fotodiodo para compensar variaes da luminosidade da fonte com o tempo. Sua faixa de operao 0,035 MPa at 400 MPa. A figura 4 ilustra seu funcionamento.

6

Figura 4 Transdutor tico. 2.5 Transdutores Indutivos O ncleo de um transformador se move de acordo com a presso sobre o diafragma. Supondo uma situao inicial simtrica, se uma tenso alternada aplicada no primrio do transformador, a tenso de sada ser nula porque os secundrios esto ligados em oposio. Ento o desequilbrio provocado pelo movimento do diafragma aumenta a tenso em um secundrio e diminui no outro ento o circuito transforma isso em um sinal correspondente a presso. conhecido por LVDT, isto , transformador linear diferencial e varivel. Tem boa estabilidade trmica, porm sensvel a campos magnticos e a vibraes. Sua faixa de operao de 0,2 MPa at 70 MPa. A figura 5 ilustra uma das configuraes possveis para este tipo de transdutor.

Figura 5 Transdutor indutivo. 2.6 Transdutores piezoeltricos Usam o efeito piezoeltrico para gerar um sinal eltrico. Ento um circuito auxiliar processa apenas a tenso gerada pelo efeito piezoeltrico, o dispositivo registra apenas variaes de presso, uma vez que a tenso cai rapidamente em condies estticas. Este efeito pode ser til em algumas aplicaes, porm h circuitos que 7

detectam a frequncia de ressonncia do cristal, sendo possvel medir presses estticas. So altamente sensveis a variaes de temperatura e sua instalao requer cuidados especiais. A figura 6 ilustra um exemplo.

Figura 6 Transdutores piezoeltricos. 2.7 Transdutores de Fio Ressonante Neste tipo, um fio metlico, com uma extremidade presa no diafragma, mantido sob tenso pelo efeito de uma mola. Ento o deslocamento do diafragma varia a tenso no fio e com isso sua freqncia de ressonncia tambm. Uma bobina corretamente posicionada prxima com o auxilio de um circuito apropriado, detectam a variao e convertem em um sinal eltrico. Sua faixa de operao pode ser de presses baixas at 40 MPa. Tem alguma sensibilidade com a temperatura, so sensveis a vibraes e uma desvantagem que a sua sada no linear e precisa ser compensada pelo circuito. A figura 7 mostra o esquema de um transdutor de fio ressonante.

Figura 7 Transdutor de fio ressonante.

8

2.8 Manmetros de Bourdon Em meados de 1849, o medidor de Bourdon foi patenteado na Frana por Eugene Bourdon. Atualmente um dos dispositivos mais usados para medio de presso de lquidos e gases. No ano de 1852 a patente foi vendida a Edward Ashcroft, que desempenhou um papel importante na adoo da energia a vapor nos Estados Unidos. O principio de funcionamento baseado na alterao da curvatura originada num tubo de seco elptica pela presso exercida em seu interior, levando a que o tubo tenda a se desenrolar. Ento este tubo tem uma das extremidades fechadas e ligadas a um mecanismo que permite transformar o desenrolar do tubo em movimento de ponteiro para medida da presso. Os tubos podem ter trs formar diferentes, sendo em espiral quando necessrio baixas presses, hlice quando usando em altas presses e o tipo tubo em C. A figura 8 mostra um exemplo.

Figura 8 Bourdon tipo C. A preciso dos manmetros Bourdon de cerca de 0,1% para fundo de escala. Em presses mais baixas, para aumentar a preciso usado o Bourdon do tipo Hlice ou helicoidal, conseguindo-se obter uma preciso de 0,01% fsd. A calibrao deste tipo de manmetro muito importante, o ajuste zero feito colocando-se o ponteiro no valor mnimo da escala com o tubo de Bourdon em estado de repouso, isto , presso interna do tubo igual presso atmosfrica. A principal vantagem do uso do tubo de Bourdon seu baixo custo e sua alta longevidade. 9

2.9 Calibrao de transdutores Para a obteno de dados precisos com um transdutor de presso existe uma srie de passos necessrios antes da coleta dos dados. Antes de comear importante que haja uma tenso apropriada e uma faixa de presso apropriada, zeragem do transdutor e amplificadores. O transdutor e o amplificador associado a ele devem ser zerados antes de calibrar. Todos os transdutores podem produzir um pequeno desvio que precisa ser removido antes da calibrao. Se estiver usando fluido, o tubo deve ser totalmente preenchido com liquido antes da calibrao e a torneira deve ser aberta para o ar. Sempre certificando-se que no h bolhas dentro do tubo. Outro caso se estiver usando um cateter de presso Millar, preciso anexar o cateter com o amplificador usando o mtodo adequado e ento pr-mergulhar a ponta do cateter em gua. Este ltimo caso mais utilizado na medicina.

10

3. CONCLUSO Com o desenvolvimento deste trabalho foi possvel obter um maior conhecimento sobre os transdutores e manmetros de Bourdon, uma vez que so dispositivos amplamente usados na engenharia mecnica. interessante ressaltar que para cada faixa de temperatura usado um tipo diferente de transdutor de presso, como por exemplo para altssimas presses da ordem de 1000 MPa usado um transdutor de deformao, que atravs de seu princpio de uso capaz de suportar altas presses. Pelo outro lado, para aferir baixas presses utilizado o transdutor de fio ressonante, que suporta presses de no mximo 40 MPa. Ressaltando isso, possvel visualizar o papel do engenheiro dentro da indstria, que saber diferenciar cada aplicao e conhecer o equipamento que melhor se encaixa no trabalho que se deseja realizar. Sempre obedecendo a regra de custo-benefcio que um dos fatores que mais ditam regras no mercado atual.

11