Instrumentação Eletroeletrônica. Prof. Afrânio Ornelas Ruas Vilela

Transcrição

1 Instrumentação Eletroeletrônica Prof. Afrânio Ornelas Ruas Vilela

2 Transdutores Instrumentação Eletroeletrônica 2

3 Processo Instrumentação Eletroeletrônica 3

4 Transdutores x Sensores SENSOR: é um elemento deum sistema de medição que é diretamente afetado por um fenômeno, corpo ou substância que contém a grandeza a ser medida. Pode-se citar como exemplos: O elemento de platina de um termômetro do tipo RTD, (Resistance Temperature Detector) Tubo de Bourdon de um manômetro, Bóia de um instrumento de medição de nível. Instrumentação Eletroeletrônica 4

5 Transdutores x Sensores Um transdutor é um dispositivo que converte um tipo de energia qualquer em outro tipo de energia qualquer. Tipos de energia incluem (mas não estão limitados a essas): elétrica, mecânica, eletromagnética (incluindo luz), química, acústica ou térmica. termopar, transformador de corrente Instrumentação Eletroeletrônica 5

6 Transdutores x Sensores Sensor detecta uma variável física de interesse. Ex: pressão, temperatura, força. Transdutor transforma essa variável em outra fácil de ser medida. Ex: transformar um sinal de temperatura em sinal elétrico. Muitas vezes os termos sensor e transdutor são usados indistintamente. Nesse caso, o transdutor é o instrumento completo, que engloba o sensor e os demais componentes. Instrumentação Eletroeletrônica 6

7 Transdutores Caracterização em relação a função: Transdutores Sensores: detectam as variáveis do processo e as transformam para posterior processamento Transdutores Atuadores: alteram as variáveis do processo Transdutores Conversores: convertem e/ou transferem energia entre dois sistemas Instrumentação Eletroeletrônica 7

8 Transdutores sensores humanos Toque Visão Audição Instrumentação Eletroeletrônica 8

9 Transdutores sensores industriais Posição Velocidade Aceleração/Vibração Força/Pressão Tensão e Corrente Elétrica Temperatura Densidade Viscosidade... Instrumentação Eletroeletrônica 9

10 Classificação de Transdutores Sensores Passivos Sensores passivos geram diretamente um sinal elétrico em resposta a um estímulo. Não emitem radiação. Retiram energia do processo Instrumentação Eletroeletrônica 10

11 Classificação de Transdutores Sensores Ativos Sensores ativos requerem ser excitados por uma fonte externa de energia para operarem. Esse sinal de excitação é modificado pelo sensor, em função do estímulo (mensurando), para produzir o sinal de saída. Podem retirar ou inserir energia no processo Instrumentação Eletroeletrônica 11

12 Classificação de Transdutores Sensores Simples Um transdutor é dito simples quando possui apenas um estágio de transdução entre entrada e saída. Exemplo (detector de proximidade indutivo): Produz uma variação de tensão elétrica quando algum material ferromagnético se movimenta próximo ao sensor (bobina em conjunto com um imã) Instrumentação Eletroeletrônica 12

13 Classificação de Transdutores Sensores Composto Um transdutor é dito composto quando possui mais de um estágio de transdução entre entrada e a saída. Exemplo (célula de carga): 1. Elemento Elástico - converte força ou pressão em deformação mecânica 2. Extensômetros de resistência elétrica convertem deformação mecânica em variação de resistência elétrica 3. Converte variação de resistência em variação de tensão elétrica Instrumentação Eletroeletrônica 13

14 Classificação de Transdutores Sensores Quanto à função: Analógico: Fornece um sinal analógico de saída. Ex: tensão, ângulo de rotação (potenciômetro). Discreto: fornece um sinal de natureza binária, onde os valores estão associados aos estados lógicos. Ex: chaves, encoders. Instrumentação Eletroeletrônica 14

15 Tipos de Transdutores Conforme o tipo de grandeza medida, classificam-se em: Transdutores de temperatura; Transdutores de posição; Sensores de nivel Transdutores fotoelétricos; Transdutores de pressão; Transdutores de vazão; Instrumentação Eletroeletrônica 15

16 Transdutores de temperatura Os transdutores de temperatura são dispositivos que permitem ler temperaturas desde a criogenia (temperaturas muito baixas, próximas do zero absoluto) à fusão, incluindo a fusão nuclear. A forma de seleção do tipo de transdutor mais conveniente para cada aplicação é também condicionada pelo tipo de ambiente ande este irá ser aplicado. Em termos gerais existem 3 grandes tipos de transdutores de temperatura: resistivos, termopares e termístores. Instrumentação Eletroeletrônica 16

17 Termômetro de Resistência (RTD) As termoresistências ou bulbos de resistência ou termômetro de resistência ou resistance temperature detector (RTD) são transdutores que se baseiam no princípio de variação da resistência ôhmica em função da temperatura. Estes transdutores de temperatura possuem grande exatidão e excelente repetitividade de leitura. O primeiro a usar o termômetro de platina foi William Siemens em 1871 O material mais utilizado é a platina, a qual se padronizou, pois apresenta uma ampla escala de temperatura, uma alta resistividade permitindo assim uma maior sensibilidade, um alto coeficiente de variação de resistência com a temperatura, uma boa linearidade da resistência versus temperatura, por ter rigidez e ductibilidade para ser transformada em fios finos, além de ser obtida em forma puríssima Instrumentação Eletroeletrônica 17

18 Termômetro de Resistência (RTD) Atualmente o termômetro de resistência de Platina (Pt) mais utilizada na indústria e em estudo laboratoriais é o Pt- 100, cujo sufixo numérico corresponde a sua resistência elétrica quando submetida a 0ºC. Outros tipos de termo resistência de platina. Pt-25 Pt-50 Pt-200 Instrumentação Eletroeletrônica 18

19 Termômetro de Resistência (RTD) Equação para cálculo da resistência: Onde: R 0 = Resistência de referência na temperatura T 0 (normalmente 0 o C) α 0, β 0 e γ 0 são os coeficientes térmicos R T = resistência para a temperatura T Instrumentação Eletroeletrônica 19

20 Termopares Consiste na união de dois metais dissimilares, que produzem uma muito pequena tensão a uma dada temperatura. Esta tensão é proporcional à variação da temperatura e é lida e convertida em unidades de temperatura pelo medidor apropriado. São os transdutores mais utilizados por indústrias, devido a sua simplicidade, confiabilidade, baixo custo e robustez A diferença de temperatura entre a junta quente e a junta fria pode ser obtida por meio da medição da diferença de potencial (ddp) gerada entre as juntas Instrumentação Eletroeletrônica 20

21 Termistores Os termistores PTC são resistências cujo valor é dependente da temperatura, normalmente fabricadas a partir de titanato de bário e são normalmente utilizadas em sistemas em que se pretenda uma drástica variação da resistência a uma dada corrente ou temperatura. Aplicações: sensor térmico para temperaturas entre os 60 C e os 180 C. Podem ser aplicados como por exemplo, na proteção de enrolamentos em motores e transformadores; Medidores de fluxo sensores de níveis de líquidos. Podem ser utilizados, por exemplo no controle do líquido de arrefecimento de motores de automóveis. Instrumentação Eletroeletrônica 21

22 Termistores Exemplo: Instrumentação Eletroeletrônica 22