07/04/2016. Medição de pressão. Sensores/transmissores de pressão : Transmissão pneumática de pressão:

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1 constante,4kgf/cm 2 Transmissão pneumática de pressão: eduções (ajuste de vazão) eástico Diâmetro de é 4x menor que o diâmetro de v vazão no bico depende da distância x do bico ao obturador om x > 0 não há obstrução competa e a vazão no bico cria em uma pressão P no reservatório de voume V e no bico. pressão P tem um vaor intermediário entre Ps e a pressão atmosférica. Transdutor tipo bocaobturador (bicopaheta) Transmissão pneumática de pressão: constante,4kgf/cm 2 Entrada de pressão Transmissor pneumático de pressão tipo equiíbrio de forças pressão P (entrada) deforma/movimenta o diafragma. O movimento do diafragma movimenta a barra de força, que movimenta a paheta e a aavanca de faixa. paheta se movimentando atera a pressão após a restrição e através do reé ampificador atera a pressão no duto de saída (0,2 a,0 kgf/cm 2 ). ateração da pressão de saída é reaimentada para a paheta através da deformação/deformação do foe de reaimentação. Essa reaimentação tem a função de ajustar a dinâmica do transmissor (eq. de forças). pressão de saída será transmitida a um receptor pneumático que o opere na faixa de pressão de saída do transmissor.

2 Transmissão eetrônica de pressão com sensor capacitivo (variação de pressão causa variação do parâmetro capacitância do sensor) ssumindo : (0) 0 v Q v Q: carga armazenada E: campo eétrico d: distância entre as pacas v: tensão entre as pacas (t) v (t) Símboos i i ( t) dt d( v ( t) ) i ( t) dq( t) dt dv ( t) dt i I dv dt ( s) sv ( s) V Z( s) com v ( s) I (t) e i ( s) s (t) senoidais s jω, Z(jω) jω ω frequencia da senóide (rad/s) Z( jω) Impedância Transmissão eetrônica de pressão com sensor capacitivo (variação de pressão causa variação do parâmetro capacitância do sensor) apacitor mais simpes (pacas paraeas) ε 0 ε d ε 0 permissividade eétrica do vácuo (8,85 pfm ) ε permissividade reativa do materia apacitância depende de ε, e d OBSEVÇÃO: P ONDIIONMENTO DE SINL, ELEMENTOS SENSOES PITIVOS GELMENTE SÃO INSEIDOS EM PONTES DE DEFLEXÃO.

3 Transmissão eetrônica de pressão com sensor capacitivo a. Separação variáve ε 0 ε d x como função não inear de x b. Área variáve dimensões w e ε ε 0 d ( wx) Linha reta idea: em função de x w Linha reta idea Transmissão eetrônica de pressão com sensor capacitivo c. Dieétrico variáve distância d ε 2 > ε 2 ε 0ε d ε 0ε wx d 2 ε 0ε 2 d 2 ε 0ε 2w( x) d ε 0w ε d [ ε ( ε ) x] Linha reta idea

4 Transmissão eetrônica de pressão com sensor capacitivo Sensor diferencia de desocamento 2 pacas fixas paca móve ε 0 ε d x 2 ε 0 ε d x inda não ineares Quando e 2 são inseridas em uma ponte de defexão (Wheatstone) compensase a não inearidade Transmissão eetrônica de pressão com sensor capacitivo Sensor de pressão paca eástica (diafragma condutivo) y em função de r paca fixa a raio do diafragma t espessura do diafragma E móduo de Young ν coeficiente de Poisson com apacitância de repouso

5 07/04/206 Transmissão eetrônica de pressão com condicionamento por ponte de defexão No domínio de Lapace (s): Tensão de circuito aberto: E Th (s) (*) Ponte de defexão (gera) V S (s): Fonte de aimentação, expressa no domínio de Lapace (s) Z i (s) (i,2,3,4): Impedâncias Transmissão eetrônica de pressão com condicionamento por ponte de defexão esistências fixas Sensor capacitivo de pressão apacitor fixo h: pressão no tempo : V V sen( ωt) s m E Th No tempo V m h 0 3 sen 2 ( ωt)

6 07/04/206 Transmissão eetrônica de pressão com condicionamento por ponte de defexão Seja E Th 0 para h h MIN Se 3 / 2 >> Linha reta idea reacionando E Th com h Transmissão eetrônica de pressão com condicionamento por ponte de defexão ponte de defexão reativa pode incorporar um sensor diferencia capacitivo em dois de seus braços. 2 ε 0 ε d x ε 0 ε 2 d x 2 E Th Z jω Z Z 2 4 Substituindo em (*) 3 VS (modeo inear) 2d x Z jω 2

7 Transmissão eetrônica de pressão condicionamento de saída (tensão ou corrente) OBS. saída da ponte de defexão reativa é uma tensão senoida () cuja ampitude varia com a pressão a ser medida. É necessário traduzir essa ampitude em uma tensão contínua (). Sensor/transmissor saída em tensão Sensor apacitivo Ponte de defexão (reativa) onversor mpificador de tensão Tensão (V a 5V) Sensor/transmissor saída em corrente (mais comum) Sensor apacitivo Ponte de Defexão (reativa) onversor onversor Tensãoorrente orrente (4m a 20m) Transmissão eetrônica de pressão com sensor resistivo (variação de pressão causa variação do parâmetro resistência do sensor) Extensômetros (strain gauges) Sensores de deformação mecânica. Dois tipos: Métaicos Semicondutores onceito de pressão, deformação, móduo de Young e razão de Poisson: tensão ompressão de tensão F/ de compressão F/

8 Transmissão eetrônica de pressão com sensor resistivo tensão ompressão Deformação ongitudina (reativa): e e L L ( tensão) ( compressão) Em uma certa faixa de vaores eação entre pressão e deformação é inear: pressão Móduo de Young (ou eástico) deformação Transmissão eetrônica de pressão com sensor resistivo Vemos que: omprimento aumenta área da seção transversa diminui (espessura e argura diminuem) Deformação ongitudina por tensão deformação transversa por compressão Deformação ongitudina por compressão deformação transversa por tensão Temse a reação: e ν T e L ν coeficiente de Poisson (geramente entre 0,25 e 0,4)

9 Transmissão eetrônica de pressão com sensor resistivo De forma gera, e variam com a deformação, ta que 2 h w / e L e wh Extensômetro (Strain gauge) esistência varia com a deformação. Em um condutor metáico: resistividade esistência eétrica: Transmissão eetrônica de pressão com sensor resistivo / e L e wh h w w h h h w w L L L ve ve ve h h w w 2 então, e L ve L 2

10 Transmissão eetrônica de pressão com sensor resistivo ( 2ν ) e L 0 Fator " gauge" G 0 resistência de repouso (sem deformação) e L G 2ν e L e L variação da resistividade devido à deformação mecânica Efeito piezoresistivo omo ν 0,3 e 0,4 G 2,0 e L metais Ge 0 L Transmissão eetrônica de pressão com sensor resistivo Usamse igas metáicas com: Baixo coeficiente de variação da resistência em função da temperatura Baixo coeficiente inear de diatação térmica Temperatura será uma entrada modificadora e de interferência São coados na superfície roseta roseta

11 Transmissão eetrônica de pressão com sensor resistivo G Transmissão eetrônica de pressão com sensor resistivo Em strain gauges de semicondutor: e L é ato G é ato Siício tipo P G (de 00 a 75) Siício tipo N G (de 00 a 40) resistência diminui com a deformação mecânica Vantagem: Maior sensibiidade Desvantagem: Mais sensíve à temperatura (resistência) OBSEVÇÃO: ESSE SENSO ESISTIVO É INSEIDO EM UM PONTE DE DEFLEXÃO ESISTIV (WHETSTONE) P ONDIIONMENTO DE SINL.

12 Transmissão eetrônica de pressão com sensor resistivo Transmissão eetrônica de pressão com sensor resistivo Para um strain gauge ( I )na ponte de defexão resistiva) a variação da resistência 0 Ge é muito pequena. Se IMIN e assumindo V S uma tensão (constante). ( Ge) I 0 ~ ~ LINE

13 07/04/206 Transmissão eetrônica de pressão com sensor resistivo Para ponte com quatro strain gauges (um par oposto em tensão e outro par oposto em compressão) temse maior sensibiidade. Há compensação intrínseca de temperatura Transmissão eetrônica de pressão com sensor resistivo Sensor/transmissor saída em tensão Sensor esistivo Ponte de defexão (resistiva) mpificador de tensão Tensão (V a 5V) Sensor/transmissor saída em corrente (mais comum) Sensor esistivo Ponte de Defexão (resistiva) onversor Tensãoorrente orrente (4m a 20m)

14 Transmissão eetrônica de pressão com sensor piezoeétrico : esponde à deformação mecânica causada por uma força apicada (deformação essa devido a um pressão exercida). Piezoeétrico: proveitase a corrente gerada em função da veocidade de deformação. Duas moécuas eetricamente neutras simétrica Não simétrica Em reação ao eixo horizonta passando peo centro Sem deformação não há dipoo eétrico omo deformação surge um dipoo eétrico Piezoresistivo: proveitase a variação da resistividade do materia em função da deformação (como visto no caso do strain gauge) Transmissão eetrônica de pressão com sensor piezoeétrico. Medição de força/pressão utiizando crista piezoeétrico: Força ou exercida no crista, F ou P Átomos sofrem pequeno desocamento x, proporciona a F O crista adquire uma carga eétrica qkx rista fonte de corrente: dq dx i N K dt dt Veocidade de deformação

15 Transmissão eetrônica de pressão com sensor piezoeétrico. Sensor/transmissor saída em tensão Sensor Piezoeétrico onversor corrente/tensão mpificador de tensão Tensão (V a 5V) Sensor/transmissor saída em corrente (mais comum) Sensor Piezoeétrico mpificador de corrente orrente (4m a 20m)