AULA 11 - TRANSDUTORES CAPACITIVOS E INDUTIVOS

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1 AUA TRANSDUTORES APAITIVOS E INDUTIVOS Prof. Vaner Brusamareo 04

2 Transdutores apacitivos Fornecem uma ateração da capacitância em resposta ao estímuo Ateração da distância, área ou dieétrico das pacas apacitor apacitância

3 3 Transdutores apacitivos Impementações mais comuns Pacas Paraeas iíndros oncêntricos r o A d d o Permissividade do vácuo r Permissividade reativa Pacas Paraeas A r iíndros oncêntricos r o r n r r r constante física que descreve como um campo eétrico afeta e é afetado por um meio. A permissividade do vácuo é 8, x0 F/m.

4 Transdutores apacitivos 4 Tipos Variação da Distância de Pacas Posição da paca Variação da Área Efetivas de Pacas Paraeas Posição da paca Variação da Permissividade Posição do Dieétrico Ateração do Dieétrico

5 Transdutores apacitivos Ateração da Distância das Pacas Função de Transferência Pacas Paraeas d A d d d A o r d A A d d o r o r 0 5

6 Transdutores apacitivos 6 Ateração da Distância das Pacas Variáveis Espúrias Ateração do dieétrico Desocamentos panares de uma paca em reação a outra udança do paraeismo entre as pacas Acopamento dos condutores por trás das pacas

7 7 Transdutores apacitivos Ateração da Distância das Pacas Um capacitor fixo e outro variáve: Função de Transferência apacitor dupo com paca centra comum A A r o d Pacas Paraeas d d d inimiza a Infuência: ateração do dieétrico diatação térmica das pacas r o A d d d d

8 Transdutores apacitivos 8 Ateração da Distância das Pacas apacitor Diferencia Função de Transferência Pacas Paraeas d d A d r r o o A d d A d d d d inimiza a Infuência: ateração do dieétrico diatação térmica das pacas

9 9 Transdutores apacitivos Ateração da Área Efetiva de Pacas Paraeas Função de Transferência Um capacitor fixo e outro variáve (em função da variação da área) apacitor de referência d fixas d A móve A Ae inimiza a Infuência: ateração do dieétrico diatação térmica das pacas r r o o d A d A A A A

10 0 Transdutores apacitivos Ateração da Área Efetiva de Pacas Paraeas Função de Transferência Um capacitor fixo e outro variáve em função do desocamento apacitor de referência r r inimiza a Infuência: ateração do dieétrico diatação térmica das pacas r o r n r r o r n r

11 Transdutores apacitivos fixas Ateração da Área Efetiva de Pacas Paraeas apacitor Diferencia Função de Transferência d As duas áreas variando : uma capacitância aumentando e outra diminuindo d móve A AA AA Pacas Paraeas inimiza a Infuência: ateração do dieétrico diatação térmica das pacas r r o o A A d A A d A A

12 Transdutores apacitivos Ateração da Área Efetiva de Pacas Paraeas apacitor Diferencia Função de Transferência Pacas Paraeas A r o A A d d r o A A d AA AA inimiza a Infuência: ateração do dieétrico diatação térmica das pacas A A

13 Transdutores apacitivos 3 Ateração da Área Efetiva de Pacas Paraeas apacitor Diferencia Função de Transferência r o r n r r r inimiza a Infuência: ateração do dieétrico diatação térmica das pacas r o r n r

14 Transdutores apacitivos 4 Variação da Permissividade udança de posição do dieétrico Função de Transferência onsidere o capacitor que depende do dieétrico em repouso onsidere o capacitor que depende do novo dieétrico d Pacas Paraeas A r o A A r o A r r r d d o A d A Aterações na composição química do dieétrico ateram o sina de saída

15 Transdutores apacitivos 5 d Variação da Permissividade udança do dieétrico Função de Transferência Pacas Paraeas A r r r o A d r

16 Transdutores apacitivos 6 Apicações Sensores de Proximidade Transdutores de Pressão Transdutores de Fuxo Transdutores de Níve de íquido Transdutores de Desocamento Transdutores de Aceeração Transdutores de Posição Anguar ou inear Transdutores de Espessura odificadores apacitivos

17 Transdutores apacitivos 7 Apicações Sensores de Proximidade Ateração do Dieétrico

18 Transdutores apacitivos 8 Apicações Transdutores de Proximidade

19 Transdutores apacitivos 9 Apicações: Transdutores de Proximidade (touch pad) A posição do dedo é detectada na inha e couna que apresentarem o maior acopamento capacitivo. A aproximação do dedo aumenta a constante dieétrica

20 Transdutores apacitivos 0 Apicações Transdutores de Pressão udança na distância entre pacas capacitor diferencia

21 Sensores de Pressão icrofabricados em Si apacitivos

22 Transdutores apacitivos Apicações Transdutores de Pressão

23 Transdutores apacitivos 3 Apicações :Transdutores de Níve: Ateração da Posição do Dieétrico r r h r o o h r n r h r n r r n r h o r o

24 étodo capacitivo Níve 4 A variação do níve do materia entre duas pacas condutoras faz com que a capacitância varie. No caso de pacas paraeas: onde é a permissividade do isoante (refete a habiidade para armazenar cargas) em e a distância de separação entre as pacas do capacitor. A permissividade para um isoante é dada por: i d A i o r A Figura ao ado iustra um tanque e o capacitor ciíndrico equivaente, no qua o níve está sendo medido pea variação da capacitância. Podese observar um eetrodo de diâmetro, um isoante de diâmetro e um tanque de diâmetro. Desta forma a capacitância do sistema pode ser definida por: 0 d d 3 n n d d

25 Transdutores apacitivos 5 Apicações Transdutores de Níve Ateração da Posição do Dieétrico Podem se tornar imprecisos no caso do íquido ser contaminado por agum agente que atere sua constante dieétrica

26 6 étodo capacitivo

27 Transdutores apacitivos 7 Apicações Transdutores de Aceeração Ateração da Distância entre Pacas a F m kd m Aceeração

28 Transdutores apacitivos 8 ondicionamento Não são estáveis com a temperatura, pois R varia de forma diferente de.

29 Transdutores apacitivos 9 ondicionamento V 5/5V 40kHz R vo v o V

30 Transdutores apacitivos 30 ondicionamento simpificado V 5/5V G R k 40kHz G demoduador síncrono 3 uf vo v o k

31 Transdutores apacitivos 3 ondicionamento simpificado U U3 V 5/5V 40kHz v o k V R vo

32 Transdutores Indutivos 3 Fornecem uma ateração da Indutância ou do Acopamento agnético entre bobinas de um transformador em resposta ao estímuo Ateração da reutância magnética Indutor ou Transformador Indutância ou Acopamento agnético

33 Transdutores Indutivos 33 Tipos Indutor de Reutância Variáve Indutor Diferencia Variáve Transformador Diferencia Variáve (VDT) inear Rotativo Inductosin inear Rotativo Resover reutância em ampèreespira por weber (uma unidade que equivae a votas por henry) é a força magnetomotriz (F) em ampèreespira Φ é o fuxo magnético em webers.a reutância de um circuito magnético uniforme pode ser cacuado como: =comprimento A=área =permeabiidade magnética

34 Transdutores Indutivos Indutor de Reutância Variáve Função de Transferência (aproximada) A N A N A N Desconsiderando a interação magnética de com A N A N 34

35 Transdutores Indutivos Indutor de Reutância Variáve Função de Transferência (aproximada) T T N N N N N N T T Se as espiras estiverem uniformemente espaçadas k N k N T T e A N A N N T T A k T T A k T A k T A k A k T T T T T T A N Fator de ocupação min T / T / max 35

36 Transdutores Indutivos 36 Indutor de Reutância Variáve Apicação Sensor de Proximidade

37 Transdutores Indutivos 37 Indutor de Reutância Variáve Apicação Sensor de Proximidade inear edindo de Espessura edindo de Excentricidade Separando Peças etáicas com Formas Diferentes

38 Transdutores Indutivos 38 Indutor de Reutância Variáve Apicação Sensor de Proximidade inear Determinando a Defexão de uma Serra Sensor de posição inear

39 Transdutores Indutivos 39 Indutor de Reutância Variáve Apicação Sensor de Proximidade On/Off Detectando a Presença de Tampas etáicas Detectando a Presença de ateriais etáicos na Esteira ontando Tubos etáicos

40 Transdutores Indutivos 40 Indutor de Reutância Variáve Apicação Sensor de Proximidade On/Off Detector de Posição de Engrenagens Detector de Fim de urso de Aavanca Detector de Posição de Eevador

41 Transdutores Indutivos Indutor diferencia Função de Transferência T T T T o T onde: T o 4

42 Transdutores Indutivos 4 Indutor diferencia Apicações Transdutor de Pressão Transdutor de Aceeração

43 Transdutores Indutivos Indutor diferencia ondicionamento Demoduador Vo R7 R6 U3 R5 Zero R4 R3 Ganho R R U U T 5kHz V Vx j j j j j j Vg Vg Vg Vx 43

44 Transdutores Indutivos 44 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) Princípio de Funcionamento E s E p E s T T T Es Es k Ns Np Ep

45 Transdutores Indutivos 45 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) Princípio de Funcionamento Ed Es Es

46 Transdutores Indutivos 46 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) Princípio de Funcionamento

47 Transdutores Indutivos 47 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) Estrutura

48 Transdutores Indutivos 48 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) Função de Transferência Es E p s kp i 0 Ns Es k Np E Ep N d Es k Ns Np p di 0 k Ns T ( Enaçadas ) Ns Ns Ns T T T Ns 0 k Np p A Indutância útua 0 é inearmente proporciona ao desocamento

49 Transdutores Indutivos 49 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) Função de Transferência (aproximada) Ed=E s E s E s E p E s Ns Es k Np Ep T Se as espiras estiverem uniformemente espaçadas k T T Ed Ns Es Np k Ep Se Ns =Ns =Ns então: Es Es (aproximada) Ns Np Ep T

50 Transdutores Indutivos 50 Ep Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) Função de Transferência i 0 P S S i Es i Es Ns 0 k Np p 0 é inearmente k Np Ns 0 s dependem de 0 não é inearmente

51 Transdutores Indutivos Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) Função de Transferência Rs s s Rs Eg Rp p di 0 di 0 di 0 0 di di 0 0 di i Es Es i Ep i 0 di di di p Rpi Ep i i Es Es Ed di di di s i Rs Es 0 0 di di di s i Rs Es 0 0 di di di p Rpi Ep di di di s i Rs Es 0 0 di di di s i Rs Es 0 0 5

52 Transdutores Indutivos 5 Rp Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) Função de Transferência di0 di di 0 0 di s 0 Rs i Es Ed i i Es Es Eg Ep i 0 p s 0 di0 di Rs i Es Ep di0 Rpi p di Ed 0 Rs Rs i s s 0 0 Se i =0 temse di /=0 Ep Rpi 0 p di 0 Ed 0 0 di di 0 di

53 Transdutores Indutivos 53 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) Função de Transferência Eg Ep Rp di 0 i 0 0 Ns 0 k Np di p p Ns s s k p k 0 T Np 0 di0 0 di di0 di T / Ed Rs Rs i Es i Edmax Es i =i =0 Ep Ed Se Ns=Ns=Ns Ns di0 p Np Rpi Edmin T 0 di0 p T / di0 0 di0 p 0 Ed Ep Ep Rpi 0 Rpi Ns Np 0 T

54 Transdutores Indutivos 54 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) Função de Transferência Rp di 0 0 di s 0 di 0 di Rs i Es Ed Ep Rpi 0 Ns Np T Eg Ep i 0 p 0 di 0 di Rs i =i =0 s i Es Ns =Ns =Ns Ed Ns Np Ep p tg Rp Rp p p T

55 Transdutores Indutivos 55 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) ondicionamento Retificador Síncrono

56 Transdutores Indutivos 56 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) ondicionamento Retificador Não Síncrono

57 Transdutores Indutivos 57 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) ondicionamento Retificador Síncrono Ata imunidade a Ruído Sensibiidade a variação da fase do sina moduado Baixa sensibiidade a variação da freqüência e ampitude do sina de excitação com uso de ampificador ratiométrico Retificador Não Síncrono Baixa imunidade a ruído Não é sensíve a variação da fase do sina moduado Baixa sensibiidade a variação da freqüência e ampitude do sina de excitação com uso de ampificador ratiométrico

58 58 ondicionamento

59 59 ondicionamento

60 Transdutores Indutivos 60 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) ondicionamento Retificador de Precisão Transdutor Síncrono

61 Transdutores Indutivos 6 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) ondicionamento

62 Transdutores Indutivos 6 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) ondicionamento

63 Transdutores Indutivos 63 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) ondicionamento

64 Transdutores Indutivos 64 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) ondicionamento

65 Transdutores Indutivos 65 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) ondicionamento AD698 (Simpificado)

66 Transdutores Indutivos 66 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) ondicionamento AD598 (Simpificado)

67 Transdutores Indutivos 67 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) Acondicionamento

68 Transdutores Indutivos 68 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) Apicações Transdutor de Desocamento Transdutor de Aceeração

69 Transdutores Indutivos 69 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) Apicações ontroe de quaidade na fabricação de garrafas inspecionando aturas e diâmetros

70 Transdutores Indutivos 70 Transformador Diferencia inear Variáve (VDT) Apicações Sensor de movimento do braço do operador de robôs ou sensor de posição das diversas partes móveis do braço do robô.

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