Sensores - Parte 2 SUMÁRIO 1) SENSORES DE PRESSÃO 2) SENSORES DE TEMPERATURA 3) SENSORES DE VAZÃO 4) SENSORES DE NÍVEL LÍQUIDO REFERÊNCIA

Tamanho: px

Começar a partir da página:

Download "Sensores - Parte 2 SUMÁRIO 1) SENSORES DE PRESSÃO 2) SENSORES DE TEMPERATURA 3) SENSORES DE VAZÃO 4) SENSORES DE NÍVEL LÍQUIDO REFERÊNCIA"

Carla Sintra Porto
8 Há anos
Visualizações:

1 Sensores - Parte 2 SUMÁRIO 1) SENSORES DE PRESSÃO 2) SENSORES DE TEMPERATURA 3) SENSORES DE VAZÃO 4) SENSORES DE NÍVEL LÍQUIDO REFERÊNCIA KILIAN, Christopher. Modern Control Technology: Components & Systems, Capítulo 6. Delmar, 2 a Ed., / 24

2 1) SENSORES DE PRESSÃO Pressão: força por unidade de área que um material exerce sobre o outro. Unidades comuns: psi (lb/in 2 ) e Pa (N/m 2 ). Sensores de pressão são compostos por duas partes: Conversão de pressão numa força ou deslocamento. Conversão de força ou deslocamento em sinal elétrico. Medidas de pressão feitas para gases e líquidos. Tipos de medida de pressão: Gauge pressure - diferença entre a pressão de interesse e a presão ambiente Pressão diferencial - diferença de pressão entre dois pontos distintos no circuito Pressão absoluta - medida por um sensor de pressão diferencial com um dos lados em 0 psi (aproximadamente vácuo). 2 / 24

3 Tubo de Bourdon O movimento é proporcional à pressão aplicada. O deslocamento pode ser linear ou angular. Um sensor de posição, como um LVDT, transforma o deslocamento num sinal elétrico. Disponível para pressões de 30 a psi. Uso típico: medida de pressão gauge de vapor d'água e água. 3 / 24

4 Fole (Bellow) Foles de metal para transformar pressão em um movimento linear. Medidor de pressão diferencial: fole dentro de recipiente (canister). Mais sensíveis que o tubo de Bourdon nas pressões de 0 a 30 psi. 4 / 24

5 Sensores de pressão a semicondutor Utilizam a propriedade piezoelétrica do silício. Pressão - resistência elétrica - voltagem. Não há partes móveis. Pressões nas faixas de 0-1,5 psi a psi. 5 / 24

6 Sensor comercial ST2000 da Sym Inc. Pode ser utilizado para medir pressão de fluidos e gases. Possui amplificador interno. Saída: voltagem proporcional à tensão absoluta. 6 / 24

7 2) SENSORES DE TEMPERATURA Fornecem uma saída proporcional à temperatura. Sensores de temperatura bimetálicos Utilizados para controle ON-OFF. Fechamento de contato por mercúrio. Termopares Efeito Seebeck: uma voltagem proporcional à temperatura pode ser produzida por um circuito composto por dois metais distintos. Exemplo: termopar de ferro-constantan, uma liga (alloy), fornece 0,35 V/ o C. 7 / 24

8 Junção quente: ponta de prova (probe). Junção fria: referência de temperatura. V net = V hot - V cold Na prática: termopares conectados a cabos de cobre - três junções se formam. Junções com os cabos de cobre devem ser mantidas à mesma temperatura (bloco isotérmico). Também utilizam-se cabos de compensação. Originalmente junção fria imersa em um banho de gelo (ice-water bath). V cold fica então constante e conhecida. Modernamente não é mais necessário o banho de gelo, 8 / 24

9 utilizam-se, por exemplo, um sistema de acondicionamento de temperatura para a junção fria. Pode-se compensar numericamente o efeito da temperatura da junção fria, consultando numa tabela a tensão correspondente V cold à temperatura ambiente e somando a V net, obtendo-se diretamente V hot. Pode-se também usar um diodo sensível à temperatura. A junção fria e o diodo são mantidos à mesma temperatura por um bloco isotérmico. 9 / 24

10 Termopares comerciais são disponíveis para diversas faixas de temperatura e valores de sensibilidade. Exemplo 6.14 Um forno é suposto estar mantido a 1000 o F por um sistema de controle, mas você suspeita que a temperatura está bem mais fria. Você dispõe de um termopar tipo J e um 10 / 24

11 voltímetro. Descreva como usar o equipamento para verificar a temperatura do forno. Resistance Temperature Detector (RTD) Sensor de temperatura baseado no fato de que os metais aumentam sua resistência elétrica com o aumento de temperatura. Metal mais usado: platina. Encapsulamento em barras de cerâmica. Coeficiente de temperatura positivo, para a platina 0,0039 / / o C. PT 100: resistência de 100 a 0oC e coeficiente de o temperatura de 0, 39 / C. Muito preciso e estável. Baixa sensibilidade e resposta lenta a variações bruscas de temperatura. 11 / 24

12 Alto custo. Termistores Dispositivos de dois terminais que variam a resistência com a temperatura. Materiais semicondutores baseados em óxidos. Não lineares: não são obtidas leituras precisas de temperatura. Utilizam- se para indicações de mudança de temperatura, indicação de superaquecimento. como Alta sensibilidade. 12 / 24

13 Larga faixa de valores de resistência, 1M. de poucos Ohms até Maiores resistências para maiores temperaturas, a sensibilidade e protege de sobrecorrente. pois aumenta Sensores de temperatura em circuitos integrados Exemplo comum: séries LM-34 e LM / 24

14 14 / 24

15 LM-35: V out = 10mV/ o C. Montagens para temperaturas positivas e negativas. LM-135: saída em Kelvin. 15 / 24

16 Analog Devices AD7414: sistema completo de monitoramento digital de temperatura. Analog Devices TMP1: termostato em um só chip. Três resistores fornecem os limites superior e inferior da temperatura. A saída pode comandar diretamente relés para acionar aquecedores e refrigeradores. 16 / 24

17 3) SENSORES DE VAZÃO Sensores de vazão medem a quantidade de material fluido passando por um ponto a um certo tempo. Usualmente o material, gás ou líquido, está fluindo em um tubo ou um canal aberto. Não se trata da vazão de sólidos neste documento. Sensores de vazão baseados na pressão A pressão de um fluido em movimento é proporcional à vazão. O sensor de vazão mais simples é a placa de orifício. Q=CA 2 g d P P 2 1 Q: vazão (in 3 ) C: coeficiente de descarga (aprox. 0,63 para a água se o diâmetro do orifício for ao menos metade do diâmetro do tubo) A: área do orifício (in 2 ) d: densidade do fluido (lb/in 2 ) P 2 - P 1 : diferença de pressões (psi) g: aceleração da gravidade (384in/s 2 ) 17 / 24

18 Equação aproximada: vazão real depende de efeitos de velocidade, da razão das áreas A 1 /A 2 e da condição da superfície do tubo. Outro sensor de vazão baseado na pressão utiliza-se de um venturi para criar a diferença de pressão. Um venturi é uma restrição gradual num tubo que faz com que a velocidade do fluido cresça na área constrita. O sensor por venturi tende a manter a vazão laminar. Ambas a placa de orifício e o tubo venturi ocasionam quedas de pressão no tubo por onde escoa o fluido. O tubo pitot é um sensor de vazão baseado na pressão que causa um mínimo de restrição ao escoamento. 18 / 24

19 O tubo pitot é um pequeno tubo aberto que encara de frente a vazão. Composto por dois tubos: O primeiro fica de frente para a vazão e mede a dita pressão de impacto. O segundo abre-se perpendicularmente à vazão, medindo a dita pressão estática. A pressão de impacto é sempre maior que a pressão estática e a diferença entre elas é proporcional à velocidade, conseqüentemente à vazão. O tubo pitot é usualmente empregado em aeronaves e indicadores de velocidade marítima. 19 / 24

20 Sensores de vazão por turbinas Sensores de vazão por turbinas, também conhecidas por tipo spin ou flowmeters, empregam uma hélice (paddle wheel ou propeller) instalado na direção da vazão. A velocidade de rotação da hélice é proporcional à velocidade de escoamento do fluido. O movimento da hélice é captado por um sensor de efeito Hall. 20 / 24

21 O sensor de efeito Hall fornece um pulso a cada rotação da hélice. Medidores de vazão magnéticos O fluido em movimento age como um condutor em movimento em um gerador. Uma seção não condutora do tubo é colocada sob um campo magnético. Produz-se então uma tensão proporcional à velocidade do fluido, detectada por eletrodos aos lados do tubo. 21 / 24

22 4) SENSORES DE NÍVEL LÍQUIDO Os sensores de nível líquido medem a altura de um líquido dentro de um vaso. Podem ser discretos ou contínuos. Detetores de nível discretos Detectam quando um líquido encontra-se em uma certa algura. Tecnologias mais empregadas: Bóia com chave de nível. Fotocélulas. Sondas com eletrodos que detectam a resistência (para líquidos levemente saturados). 22 / 24

23 Detetores de nível contínuos Fornecem um sinal proporcional ao nível líquido. 23 / 24

24 Tecnologias de medida: Bóia ligada a um sensor de posição (usado no odômetro dos carros). Medida de pressão ao fundo do vaso: proporcional ao nível: P=d H Monitoração do peso do líquido por células de carga. Eletrodos verticais imersos: a saída é uma resitência ou capacitância proporcional ao nível líquido. Sensores de ultrasom. 24 / 24

Documentos relacionados

SENSORES INDUSTRIAIS

SENSORES INDUSTRIAIS Sensores: são dispositivos que transformam grandezas físicas em um sinal Sensores Analógicos e Digitais Caracterís:cas Alcance Precisão Resolução Sensibilidade Tempo de Resposta Não