Sensores Indutivos. Princípio de Funcionamento (ferromagnéticos)

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1 Sumário Introdução... 3 Sensores Indutivos... 4 Princípios de Funcionamento (ferromagnético)... 4 Princípios de Funcionamento (não ferromagnético)... 5 Distância Sensora e Histerese... 5 Alcance dos Sensores Indutivos... 5 Aplicação... 6 Modelos de Sensores... 6 Sensores Capacitivos... 6 Princípios de Funcionamento... 7 Alcance dos Sensores Capacitivos... 7 Aplicação... 8 Modelos de Sensores... 8 Chaves Fim-de-Curso... 8 Chaves Tipo Alavanca... 9 Chaves Tipo Pistão... 9 Chaves Fim-de-curso Seladas... 9 Chaves Fim-de-curso Sem Plug-in e Com Plug-in Conclusão Bibliografia

2 Introdução Atualmente as indústrias estão investindo cada vez mais em automatização em seus processos produtivos buscando sempre qualidade, repetibilidade, confiabilidade e maior produtividade. E os sensores e as chaves fim-de-curso em geral estão quase sempre presentes, nestes sistemas de automação industrial. Este trabalho tem como objetivo apresentar de forma simples e objetiva alguns modelos de sensores capacitivos, indutivos e as chaves fim-de-curso existentes no mercado, a utilização destes nos mais diversos segmentos, seus princípios de funcionamento e características básicas dos mesmos. 3

3 Sensores Indutivos São equipamentos normalmente eletrônicos capazes de detectar a variação de alguma grandeza e fornecer em sua saída um sinal elétrico proporcional à variação desta grandeza. Normalmente ferromagnéticos utilizados para comutar circuitos elétricos e eletrônicos de potência reduzida, sempre que detectarem metal em sua face sensora. Sendo assim estes efetuam um chaveamento eletrônico quando um objeto metálico aproxima-se de sua face ativa (sensora). Essa aproximação varia conforme o tipo de sensor indutivo, pois existe uma distância pré-determinada para cada tamanho de sensor. Proporcionam repetibilidade, alta velocidade na resposta e confiabilidade. Algumas de suas configurações de saída são de corrente contínua, corrente alternada e namur (sensor padrão DIN 19234, é a configuração mais simples de sensor indutivo). Os sensores indutivos para materiais não ferromagnéticos são projetados de forma a fazer com que haja desequilíbrio entre os campos elétrico e magnético gerados pelo sensor, fazendo-o assim ficar sensível também a materiais dessa natureza, desde que estes sejam condutores. Princípio de Funcionamento (ferromagnéticos) Baseia-se na geração de um campo eletromagnético de alta freqüência, que é desenvolvido por uma bobina ressonante instalada na face sensora. A bobina faz parte de um circuito oscilador que em condição normal (desacionada), gera um sinal senoidal. Quando um metal aproxima-se do campo, este através de correntes de superfície (foulcault), absorve a energia do campo, diminuindo a amplitude do sinal gerado. A variação de amplitude deste sinal é convertida em uma variação continua, que comparada com um valor padrão passa a atuar no estágio de saída. Face sensora: Superfície onde emerge o campo eletromagnético. Distância sensora (S): É a distância em que aproximando-se do acionador da face sensora, o sensor muda o estado de saída. Distância de acionamento: A distância de acionamento é em função do tamanho da bobina. Assim, não podemos especificar a distância sensora e nem o tamanho do sensor simultaneamente. Distância sensora nominal (Sn): É a distância sensora teórica, a qual usa um alvo padrão (Norma DIN 50010) como acionador e não considera as variações causadas pela 4

4 industrialização, temperatura de operação e tensão de alimentação. É o valor em que os sensores de proximidade são especificados. Distância sensora real (Sr): Valor influenciado pela industrialização, especificado em temperatura ambiente e tensão nominal. Distância sensora efetiva (Su): Valor influenciado pela temperatura de operação. Distância sensora operacional (Sa): É a distância em que seguramente pode-se operar, considerando-se as variações de industrialização, temperatura e tensão de alimentação. Princípio de Funcionamento (não ferromagnéticos) Seu principio de funcionamento baseia-se no fato que quando à uma determinada distância da face sensora temos uma intensidade de campo elétrico bastante superior à do campo magnético, a aproximação de um material condutor, porém não ferromagnético, age como um curto-circuito para este campo, reforçando a condição de oscilação anteriormente imposta em regime normal da funcionamento e causando assim uma variação no consumo de energia do oscilador, variação esta responsável pela efetivação da detecção. Distância Sensora e Histerese Para a grande maioria das aplicações envolvendo detecção de posição, a distância sensora do equipamento deve ser extremamente constante sob as várias condições de temperatura ambiente, principal causadora de variações. Também deve ser o comportamento de histerese, sendo que esta última deve ser tão pequena quanto permitem as normas, para que as detecções sejam precisas. Alcance dos Sensores Indutivos O alcance é especificado pelo fabricante. Existem fatores de correção que levam em conta as variações do material do alvo (material a ser detectado). Material alvo Fator de correção Aço carbono 1,00 Aço Inox 0,85 Latão 0,50 Alumínio 0,45 Cobre 0,40 O tamanho e a forma do alvo também podem afetar o alcance. Os seguintes pontos devem ser considerados como orientação geral quanto ao tamanho e a forma do objeto. 5

5 Alvos planos são preferíveis. Alvos arredondados podem diminuir o alcance. Materiais não ferrosos normalmente diminuem o alcance. Alvos menores que a face ativa reduzem o alcance. Alvos maiores que e face ativa podem aumentar o alcance. Aplicação Alguns exemplos de onde estes podem ser aplicados são: máquinas operatrizes, injetoras e linhas transportadoras entre outros. Os sensores de proximidade indutivos são bastante usados em máquinas substituindo as tradicionais chaves de fim-de-curso que pode oxidar, desgastar ou apresentar algum tipo de mau funcionamento, comprometendo assim o processo que se deseja. Porém, para que tenhamos a confiabilidade necessária, um ponto importante deve ser verificado quanto às especificações dos sensores a serem utilizados. Como a detecção ocorre sem que haja o contato físico entre o acionador e o sensor, aumentado a vida útil do sensor por não possuir peças moveis sujeitas ao desgaste. Modelos de Sensores Sensores Capacitivos São sensores que executam chaveamento eletrônico quando um objeto, de qualquer material, inclusive líquido, se aproxima de sua face sensível a uma distância pré-determinada 6

6 para cada tamanho de sensor. São fabricados em dois tipos elétricos diferentes, corrente contínua e corrente alternada. Princípio de Funcionamento O princípio de funcionamento baseia-se na geração de um campo elétrico, desenvolvido por um oscilador controlado por capacitor. O capacitor é formado por duas placas metálicas, carregadas com cargas elétricas opostas, montadas na face sensora, de forma a projetar o campo elétrico para fora do sensor, formando assim um capacitor que possui como dielétrico o ar. Quando um material se aproxima da face sensora, ou seja, do campo elétrico, o dielétrico do meio se altera, alterando também o dielétrico do capacitor frontal do sensor. Como o oscilador de sensor é controlado pelo capacitor frontal, quando aproximamos um material, a capacitância também se altera, provocando uma mudança no circuito oscilador. Esta variação é convertida em um sinal contínuo, que comparado com um valor padrão, passa a atuar no estagio de saída. Face sensora: É a superfície onde emerge o campo elétrico. Distância sensora nominal (Sn): É a distância sensora teórica, a qual utiliza um alvo padrão como acionador e não considera as variações causadas pela industrialização, temperatura de operação e tensão de alimentação. É a distância em que os sensores são especificados. Distância sensora efetiva (Su): Valor influenciado pela industrialização e considera as variações causadas pela temperatura de operação. Distância sensora operacional (Sa): É a distância que observamos na prática, sendo considerados os fatores de industrialização e um fator que é proporcional ao dielétrico do material a ser detectado. Alcance dos Sensores Capacitivos O alcance é especificado pelo fabricante. Existem fatores de correção que levam em conta as variações do material do alvo (material a ser detectado). Os fatores de correção 7

7 para os sensores capacitivos são determinados segundo a constante dielétrica do material alvo. Materiais com constantes dielétricas altas são mais fáceis de detectar. Abaixo alguns exemplos: Material alvo Fator de correção Açúcar 3,00 Água 80 Vidro 3,7-10 Borracha 2,5-35 Cimento em pó 4,0 Aplicação São muito utilizados para a detecção de objetos de natureza metálica ou não, tais como: madeira, papelão, cerâmica, vidro, plástico, alumínio, granulados, pós de natureza mineral como talco e cimento, etc. Como podemos perceber os sensores capacitivos são usados quase sempre na mesma função dos sensores indutivos. Os líquidos de maneira geral são ótimos atuadores para os sensores capacitivos, não importando se são condutivos ou não, a viscosidade ou cor. Desta forma excelentes sistemas para controle de níveis máximos e mínimos de líquidos ou sólidos são obtidos com a instalação de um ou dois sensores, mesmo que mergulhados totalmente no produto. Modelos de Sensores Chaves Fim-de-curso Na linha de chaves fim-de-curso existem diversos modelos, com várias disposições de contatos e diferentes mecanismos de operação, para uso em uma ampla variedade de 8

8 aplicações. São componentes importantes na automação industrial, pois são usadas extensivamente em sistemas de produção industrial onde se espera alta produção. Chaves Tipo Alavanca Chaves do tipo alavanca (chaves de operação angular), são acionadas através de uma alavanca que é pressa à um eixo rotativo que se projeta para fora do cabeçote de operação. Podem trabalhar no sentido horário ou anti-horário ou ainda em ambas as direções, ainda podem ser equipados com vários tipos de dispositivos como, por exemplo, alavanca com rodízio, alavanca ajustável com rodízio, alavanca bifurcada, haste rígida entre outros. Chaves Tipo Pistão Chaves do tipo pistão (chaves de operação retilínea) são acionadas por meio de um pistão no topo do cabeçote (pistão vertical) ou no lado do cabeçote (pistão horizontal), ou seja, podem trabalhar no sentido vertical ou horizontal. Pressão sobre o pistão faz a comutação dos contatos. Os pistões podem ser com rodízio de aço ou sem rodízio. As chaves de pistão lateral podem ser fornecidas com retorno por mola. Chaves Fim-de-curso Seladas Seu sistema de selagem é desenvolvido para proteger as chaves de poeira, umidade e fluídos normalmente encontrados no ambiente industrial. Estas chaves não permitem a entrada de fluídos aumentando assim a vida útil das mesmas. São utilizadas normalmente em ambientes úmidos, lugares com jatos de água ou onde existam produtos químicos desfavoráveis, submersão em líquidos e também para áreas secas. 9

9 Chaves Fim-de-curso Sem Plug-in e Com Plug-in Seu sistema é ideal para condições pesadas, com alto grau de versatilidade. Estas têm uma construção robusta. São usadas em sistemas de esteira transportadora, equipamentos de transferência de material, morsas automáticas, furadeiras e muitos outros equipamentos para produção em alta velocidade. 10

10 Conclusão Como mostramos, os sensores e as chaves fim-de-curso podem ser utilizados em inúmeros processos industriais promovendo a segurança e a produtividade entre outras vantagens. Ao conhecermos as características básicas e os princípios de funcionamento destes componentes podemos futuramente utilizá-los em sistemas produtivos. Entretanto existem vários outros modelos de sensores no mercado, por exemplos, os sensores magnéticos e os sensores ultra-sônicos, cada qual com suas características e aplicações recomendadas, atendendo assim as necessidades das empresas. 11

11 Bibliografia