ELT030. 2º Semestre-2016

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1 ELT030 Instrumentação 2º Semestre-2016

2 SENSORES: Proximidade e Deslocamento SENSORES DE PROXIMIDADE SENSORES INDUTIVOS SENSORES CAPACITIVOS SENSORES FOTOELÉTRICOS SENSORES DE DESLOCAMENTO SENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR SENSORES DE DESLOCAMENTO ANGULAR 2

3 SENSORES DE PROXIMIDADE: Introdução Sensores de Contato Físico (mecânicos) Chaves de fim-de-curso". Usadas como sensor de posição. 3

4 SENSORES DE PROXIMIDADE: Introdução São dispositivos capazes de perceber a presença de um corpo de material metálico ou não gerando um sinal elétrico em sua saída. Geram níveis de tensão capazes de serem interpretados por relés, contatores, CLP, decodificadores e outros dispositivos lógicos ou analógicos. Alimentação: Tensões da rede elétrica ou fonte de tensão contínua. Aplicações: Máquinas operatrizes, injetoras, máquinas têxteis e de embalagens, indústria automobilística, etc... 4

5 SENSORES DE PROXIMIDADE: Introdução Vantagens: Não requer energia mecânica para sua operação Não possui contato mecânico com o material a detectar É totalmente vedado Opera em qualquer posição Possui alta velocidade de comutação É imune a vibrações Vida útil elevada Desvantagens: Necessidade de alimentação Possui consumo próprio Normalmente não possui manutenção 5

6 SENSORES DE PROXIMIDADE: Introdução CARACTERÍSTICAS GERAIS Face Sensora: É a superfície onde emerge o campo eletromagnético. Distância Sensora (S): É a distância em que aproximando-se o acionador da face sensora, o sensor muda o estado da saída. 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. Distância Sensora Real (Sr): Valor influenciado pela industrialização, especificado em temperatura ambiente e tensão nominal, com desvio de 10%. Distância Sensora Efetiva (Su): Valor influenciado pela industrialização e considera as variações causadas pela temperatura de operação. Distância Sensora Operacional (Sa): É a distância em que seguramente pode-se operar, considerando-se todas as variações de industrialização, temperatura e tensão de alimentação. 6

7 SENSORES INDUTIVOS PRINCIPIOS DE OPERAÇÃO O sensor consiste de uma bobina em um núcleo de ferrite, um oscilador, um detector de nível de sinais de disparo e um circuito de saída. São projetados para operar gerando um campo eletromagnético e detectando as perdas das correntes parasitas geradas quando objetos do alvo de metal ferroso penetram no campo. Conforme um objeto de metal avança para dentro do campo, as correntes parasitas são induzidas no alvo. O resultado é uma perda de energia e uma menor amplitude da oscilação. O circuito de detecção reconhece, então, uma alteração específica em amplitude e gera um sinal que acionará a saída do estado sólido para ENERGIZADO ou DESENERGIZADO. 7

8 SENSORES INDUTIVOS Alvo Padrão Um alvo padrão é um quadrado de aço com 1 mm de espessura, com comprimentos laterais equivalentes ao diâmetro da superfície ativa ou 3X a distância do valor nominal da comutação, a que for maior. Fatores de Correção do Alvo (Faixa de Detecção do Valor Nominal) x (Fator de Correção) = Faixa de Detecção. 8

9 SENSORES INDUTIVOS Sensores Indutivos Blindados versus Não-Blindados Os sensores de proximidade blindados permitem que o campo eletromagnético fique concentrado na superfície frontal do sensor sem causar um disparo falso. Alcances mais longos podem ser obtidos através de um sensor não-blindado. 9

10 SENSORES CAPACITIVOS PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO O campo sensoreado deste dispositivo é formado por eletrodos posicionados concentricamente, de forma semelhante a um capacitor aberto. Estes eletrodos irradiam um campo elétrico de sensoreamento. Quando uma massa penetra neste campo, a capacitância de acoplamento entre os eletrodos aumenta, o que faz o circuito oscilar. A amplitude desta oscilação é avaliada por um circuito detetor que ativa a saída de estado sólido. 10

11 SENSORES CAPACITIVOS DISTÂNCIA SENSORA NOMINAL (Sn) DISTÂNCIA SENSORA OPERACIONAL (Sa) É a distância que observamos na prática, sendo considerados os fatores de industrialização (81% Sn) e um fator que é proporcional ao dielétrico do material a ser detectado, pois o sensor capacitivo reduz sua distância quanto menor o dielétrico do acionador. Sa = 0,81. Sn. F(ε) As distâncias sensoras nos sensores capacitivos são especificadas para o acionador metálico de aço SAE 1020 quadrado, com lado igual a 3 vezes a distância sensora para os modelos não embutidos, e em sensores capacitivos embutidos utiliza-se o lado do quadrado igual ao diâmetro do sensor. 11

12 SENSORES CAPACITIVOS AJUSTE DE SENSIBILIDADE APLICAÇÕES O ajuste de sensibilidade dos sensores capacitivos é protegido por um parafuso, que impede a penetração de líquidos e vapores no sensor. O ajuste de sensibilidade presta-se principalmente para diminuir a influência do acionamento lateral no sensor, diminuindo-se a distância sensora. Permite ainda que se detecte alguns materiais dentro de outros, como por exemplo: líquidos dentro de garrafas, pós dentro de embalagens, ou fluidos em canos ou mangueiras plásticas. 12

13 6.1.3 SENSORES CAPACITIVOS VANTAGENS Detectam não só todos os metais com distâncias semelhantes, mas também materiais não metálicos, como madeira, papelão, vidro, plásticos, concreto e até mesmo líquidos. Possibilitam a detecção de um material no interior de outro. DESVANTAGENS Ocustopodeserde1,5a3vezessuperioraodeumsensorindutivo. Podem sofrer interferência de materiais incrustantes em sua superfície ativa, provocando seu acionamento indevido. 13

14 SENSORES FOTOELÉTRICOS FUNDAMENTOS CARACTERÍSTICAS 14

15 SENSORES FOTOELÉTRICOS FUNDAMENTOS VANTAGENS 15

16 SENSORES FOTOELÉTRICOS SISTEMA POR BARREIRA A distância sensora nominal Sn é definida como sendo a máxima distância entre emissor e receptor. 16

17 SENSORES FOTOELÉTRICOS SISTEMA POR DIFUSÃO A distância sensora depende do tipo de material a ser detectado. As características como cor, tonalidade e tipo de superfície influem na determinação da distância sensora, sendo necessário neste caso, atentar ás condições de aplicação como distância mínima de detecção, ponto de detecção e grau de pureza do ambiente. 17

18 SENSORES FOTOELÉTRICOS SISTEMA POR REFLEXÃO A distância sensora é determinada como sendo a máxima distância entre sensor e espelho podendo ser utilizado em distâncias menores. 18

19 SENSORES FOTOELÉTRICOS APLICAÇÕES Ajustes: Angularofeixedeluzemrelaçãoaoobjeto. Ajuste de sensibilidade disponível no corpo do sensor, reduzindo ou aumentado a emissão conforme o tipo de material. 19

20 SENSORES FOTOELÉTRICOS SISTEMA UTILIZANDO FIBRAS ÓPTICAS 20

21 CONEXÕES ELÉTRICAS TIPOSDESAÍDASDECONTATOS MARCAÇÃO DOS TERMINAIS DE SAÍDA 21

22 CONEXÕES ELÉTRICAS SENSORES EM CORRENTE CONTÍNUA SENSORES EM CORRENTE ALTERNADA 22

23 EXERCÍCIOS 1) Conceitue um sensor de proximidade e identifique suas vantagens e desvantagens. 2) Defina: a. Face sensora b. Distância sensora c. Distância sensora operacional 3) Explique o funcionamento de um sensor de proximidade indutivo e identifique a sua limitação de desempenho. 4) Explique o funcionamento de um sensor de proximidade capacitivo. Cite suas vantagens e desvantagens. 5) Explique os diversos tipos de funcionamento de sensores de proximidade fotoelétrico. Cite as vantagens e desvantagens de cada um. 23

24 SENSORES DE DESLOCAMENTO São instrumentos usados para medir o movimento de um corpo. Este movimento pode ser retilíneo ou angular. Existem diferentes tipos cada um com suas características, seus méritos e limitações. EXEMPLO: Sensores de deslocamento linear: transformadores diferenciais, sensores resistivos e sensores magneto sônicos. Sensores de deslocamento angular: potenciométrico (resistivo), encoders ópticos incrementais e encoders absolutos. 24

25 SENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR: Transformador diferencial Conhecido como LVDT Transformador diferencial de variável linear. O principio de funcionamento é baseado em transferência magnética, o que resulta em resolução infinita. ( A menor fração de movimento pode ser detectada por condicionadores eletrônicos de sinal adequados.) Aprimeirabobinaéexcitadaemcorrenteac. Material ferromagnético é colocado na posição linear central. Bobinas secundárias são conectadas opostamente uma á outra de modo que, na posição central as suas saídas sejam canceladas. 25

26 SENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR: Transformador diferencial Armadura posição central. Armadura Sec. 1 Armadura Sec. 2 26

27 SENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR: Transformador diferencial A amplitude da saída do transdutor aumenta independentemente da direção do movimento em relação à região central. 27

28 SENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR: Transformador diferencial SAÍDADOLVDT Vantagens: Operação livre de atrito (Elevada vida útil) Resolução infinita (Rápida resposta) Robustez física (Aplicações em ambientes agressivos) Sensibilidade em um único eixo (Evita problemas como mau alinhamento) Saída absoluta (a saída independe de um estado anterior ou seja ela não é incremental) 28

29 SENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR: Magneto-sônico 29

30 SENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR: Magneto-sônicos TIPOSDEPERFISDAHASTEEDOCURSORMAGNÉTICO 30

31 SENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR: RESISTIVOS POTENCIÔMETROS INDUSTRIAIS VANTAGEM: instrumento de ordem zero.(respostas rápidas não existe constante de tempo do sinal medido.) DESVANTAGEM: desgaste mecânico do contato entre o cursor e a pista resistiva. (Problemas de precisão, exatidão e linearidade) 31

32 SENSORES DE DESLOCAMENTO ANGULAR: Sensor resistivo FUNDAMENTOS Não se rcomenda a utilização de potenciômetros comuns de ¾ de volta devido possuirem faixa e exatidão limitadas. Potenciômetros multivoltas, com 5 e 20 voltas, podem ser encontrados com exatidão e linearidade de 0,1%. 32

33 SENSORES DE DESLOCAMENTO ANGULAR: Encoder óptico incremental FUNDAMENTOS Fonte de luz Máscara reticulada Disco codificado Conjunto de sensores ópticos. O sinal luminoso resultante define a resolução do dispositivo em pulsos por revolução (ppr). 33

34 SENSORES DE DESLOCAMENTO ANGULAR: Encoder absoluto FUNDAMENTOS Padrão código binário Padrão código Gray 34

35 SENSORES DE DESLOCAMENTO ANGULAR: Encoder absoluto FUNDAMENTOS 35

36 EXERCÍCIOS 1) Quais os tipos de sensores de deslocamento linear? Explique o princípio de funcionamento decadaumdeles. 2) CitecincovantagensdeumLVDTesuasimplicações. 3) Quais os tipos de sensores de deslocamento angular? Explique o princípio de funcionamento decadaumdeles. 4) Qual a vantagem do sensor de deslocamento angular absoluto sobre o incremental? 5)Calculearesoluçãodeumencoderabsolutoemcódigobináriode8bits.Qualoânguloquando a informação obtida for

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