Exemplo: sensor e actuador mecânicos. Revisões. Exemplos de actuadores e sua classificação. Transdutores activos ou passivos

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1 evisões Eemplo: sensor e actuador mecânicos Transdutor? Sensor? Eemplos? Actuador? Eemplos? Classificação dos transdutores? Aplicação? Prcípio de funcionamento (transdução)? Sistema de strumentação? Acondicionamento de sal? Energias convertidas? Forma de energia do sal Forma de energia do sal radiante térmica Sensor Processador radiante térmica Actuador mecânica mecânica magnética eléctrica eléctrica magnética Amplificador / Helena Sarmento Cap / Helena Sarmento Cap Eemplos de actuadores e sua classificação Transdutores activos ou passivos Actuador LED LCD Forma de energia adiante adiante Função isualização isualização Prcípio de funcionamento Geração de fotões Moléculas de cristal polarizadas Activos (selfgeneratg) não requer uma fonte eterior: célula fotovoltaica (solar) termopares transdutor Impressora térmica Cabeça magnética Laser Altifalante Térmica Magnética adiante Mecânica Armazenamento Armazenamento Armazenamento Transmissão Cera derretida Magnetização de filmes emoção de material Geração de som Passivos (modulatg) é necessária uma fonte eterior que é modulada pelo sal a medir: resistência térmica fotodíodo transdutor Antena Motor eléctrico adiante Mecânica Transmissão Transmissão Geração de ondas rádio Geração de movimento fonte / Helena Sarmento Cap / Helena Sarmento Cap Características de desempenho dos sensores: Características estáticas: relacionadas com sais a medir sem variações no tempo, em determadas condições de temperatura, humidade e pressão atmosférica ( geralmente ambientes teriores). Características dâmicas: relacionadas com a resposta a sais a medir que variam no tempo. Características estáticas gama de funcionamento valores máimos e mínimos na entrada ( ma, m ) e na saída: ( ma, m ) e máima variação (span) na entrada ma m mav sensor Características ambientais: relacionadas com o desempenho dos sensor durante ou depois da eposição a determadas condições eteriores de temperatura, pressão, vibração, aceleração, etc. e na saída (Full Scale Operation): ma m m gama / Helena Sarmento Cap5 m / Helena Sarmento Cap6 ma

2 erro e eactidão (accuracy) erro: diferença algébrica entre o valor teórico e o valor medido eactidão: erro ± % erros determados por calibração: histerese, repetibilidade, learidade ma erro m offset m curva teórica erro curva real ma histerese máima diferença entre leituras na saída, para qualquer valor de sal na entrada dentro da gama de entrada, quando este sal varia nas direcções diferentes (aumentando e dimudo) h % repetibilidade máima diferença entre leituras na saída, para o mesmo valor de sal na entrada dentro da gama de entrada, quando r este % sal varia na mesma direcção r h / Helena Sarmento Cap7 / Helena Sarmento Cap8 learidade (para sensores com resposta lear) máima diferença entre a leitura obtida e o valor da lha recta ma( l ( ) ( ) ) para o mesmo valor de sal aplicado na entrada dentro da gama de entra l ( ) K offset ma K m ma m K sensibilidade mav m offset m ma resolução amplitude dos degraus de saída quando o sal a medir varia contuamente na gama de entrada limiar (threshold) mínima variação do sal a medir que provoca diferença no valor de saída mav m limiar resolução m ma / Helena Sarmento Cap9 / Helena Sarmento Cap Características dâmicas (com variações no tempo do sal a medir) resposta na frequência variação da amplitude e da fase do sal de saída para uma gama de frequências de sais susoidais na entrada resposta transitória resposta na saída quando há uma variação na entrada em forma de degrau num sistema não amortecido sistema de ª ordem t 95% t r tempo de subida t 95% tempo de resposta (estabelecimento) a 95% t r t 98% tempo de resposta a 98% t 5% t t t 9% 95% 98% t 98% ω ξ sistema de ª ordem factor de amortecimento e frequência de ressonância d d ξω ω a dt dt frequência de ressonância factor de amortecimento a altura do degrau ξ > sobre amortecido sobreelevação / Helena Sarmento Cap / Helena Sarmento Cap

3 Electrónica da terface Características ambientais i gama de temperaturas para as quais o sensor opera Sensor v Acondicionamento de sal transmissão erro de temperatura: máima diferença entre leituras obtidas, para o mesmo valor de sal na entrada dentro da gama de entrada, quando a temperatura varia entre os valores etremos da gama de temperaturas erros de aceleração, de vibração, de pressão, de montagem, etc. Circuitos de conversão de parâmetros (,C, L) em tensão Amplificadores, tegradores, seguidores (adaptação de impedância) Filtros (ruído) Fonte de alimentação (sensores passivos) Compensação/learização Conversor tensãocorrente, conversor AD, conversão frequênciatensão, conversão tensãofrequência, / Helena Sarmento Cap / Helena Sarmento Cap Muitos sensores alteram um parâmetro eléctrico (resistência, capacidade, dutância, etc.) quando há alteração do sal de entrada Transdução resistiva: divisor de tensão A variação do parâmetro eléctrico não pode ser mediada directamente, sendo necessários circuitos: passagem de corrente no sensor determando a queda de tensão. ganho: A << sistema lear EF sensor / Helena Sarmento Cap5 / Helena Sarmento Cap6 O ganho é lear se <<. Na figura, maior learidade para ariação do ganho com,,,8,6,, 6 8 Num sensor lear ( ) A sensibilidade é S O valor é máimo d S d ds d num sensor lear [ ] quando ( ) / Helena Sarmento Cap7 / Helena Sarmento Cap8

4 A sensibilidade é máima para,,5,,5,,5 ariação da sensibilidade com, 6 8 A sensibilidade é pequena quando é grande << Divisor potenciométrico: antagem: Circuito simples Desvantagem: Para ser lear, não é muito sensível a pequenas variações de A tensão de saída fica dependente da variação da temperatura do sensor Alternativa: usar ponte de Wheatstone em modo balanceado ou não balanceado / Helena Sarmento Cap9 / Helena Sarmento Cap v Ponte de Wheatstone (dois divisores de tensão): se for um sensor (dummy) idêntico a, compensamse variações com a temperatura v / Helena Sarmento Cap Ponte de Wheatstone (dois divisores de tensão): com um elemento de erência ( ) idêntico ao sensor ( ) Em modo balanceado (null), ajustase (manual ou automaticamente) de modo a ter O valor de é sendo o ganho / Helena Sarmento Cap v v Em modo não balanceado (deflection), detectase a tensão A sensibilidade v v S d d ( ) é igual à do divisor de tensão, mas: Em modo não balanceado, pode aumentarse a sensibilidade com um andar de ganho. Em modo balanceado, a medida não depende de. / Helena Sarmento Cap / Helena Sarmento Cap

5 Modo não balanceado usado quando fazendo << ( ) v 5 v 5 6 v () 6 Aproimadamente lear / Helena Sarmento Cap5 / Helena Sarmento Cap6 Necessidade de: impedância de entrada elevada CM elevado desvios (offsets) pequenos Amplificador de strumentação: n n ariação da posição relativa dos eléctrodos: (microsensores mecânicos) variação da constante dieléctrica: (sensores de temperatura e químicos) A C ε d C C C C EF C sensor sistema não lear ou com sensibilidade baia / Helena Sarmento Cap7 / Helena Sarmento Cap8 Conversão frequênciatensão v v C C Utilização na determação da velocidade de rotação de eios de máquas elétricas ou mecânicas. O sal com uma dada frequência é proveniente de sensores ópticos ou electromagnéticos que geram impulsos correspondentes à rotação da máqua. A tensão contínua obtida pode ser a variável de controlo num sistema que controle a velocidade de rotação de uma máqua. C C Para valores de C (pf) muito pequenos há problemas com capacidades parasitas (tegração dos circuitos e sensor) / Helena Sarmento Cap9 / Helena Sarmento Cap 5

6 Conversão frequênciatensão fonte de CC v L C L corrente L CC v I v X v C C t Monoestável t CC Q Q CC v o v v v i v i c > c v v v v sen ( πf t) I I t T I t mono L I L L mono o f f o / Helena Sarmento Cap 6