Sensores Digitais. Prof. Ms. Marco Antonio Baptista de Sousa

Transcrição

1 Sensores Digitais Prof. Ms. Marco Antonio Baptista de Sousa

2 Apresentação Em função dos novos métodos de fabricação, onde sofisticados comando de processos de automação e robotização de máquinas industriais e sistemas exigem confiabilidade, rapidez e segurança na execução de trabalhos, foram criados novos dispositivos para efetuarem estas tarefas em substituição as tradicionais chaves mecânicas, que com o passar do tempo se desgastam e assim requerem substituição periódicas. Na forma de substituir estas chaves mecânicas, foram criados os Sensores Eletrônicos que oferecem maior confiabilidade, não se desgastam com o passar do tempo (pois operam por proximidade sem contato físico) maior durabilidade e precisão.

3 O que são sensores de proximidade São elementos capazes de perceber a presença de um corpo de material metálico ou não, através de uma face ativa e efetuando o chaveamento elétrico de uma ou mais cargas acopladas em suas saídas. Pelas suas características construtivas, possibilitam a aplicação em locais onde ocorrem influência de outros materiais como poeira, calor, luz, umidade, líquidos, gases, combustíveis, etc.

4 Vantagens: Não precisa de energia mecânica para operar, Não tem contato mecânico com o material a ser detectado, É totalmente vedado, Funciona em qualquer posição, Tem alta frequência de comutação, É imune à vibrações, Construídos em dimensões reduzidas, Maior durabilidade.

5 Desvantagens: Precisa ser alimentado, Tem consumo próprio, Não tem conserto.

6 Exemplos de aplicações: Máquinas operatrizes, Máquinas de embalagem, Máquinas para madeira, Máquinas têxteis, Injetora de plásticos Linha transportadora, Injetoras de plásticos, Industria automobilística, Áreas de segurança, Ambientes fechados. Máquinas Operatrizes

7 Sensores de Corrente Contínua Tipo PNP/NPN Os sensores PNP possuem no estágio de saída um transistor que tem função de chavear (ligar e desligar) o terminal positivo da fonte. Configuração PNP Normal Aberto (PA) Configuração PNP Reversível (PR) Já os sensores NPN possuem no estágio de saída um transistor que tem função de chavear (ligar e desligar) o terminal negativo da fonte. Configuração NPN Normal Aberto (NA) Configuração NPN Reversível (NR)

8 Sensores de 2 Fios São sensores que vão ligados em série com a carga, da mesma forma que um fim de curso mecânico. A alimentação do circuito interno é obtida através de uma pequena corrente que circula pela carga, gerando uma pequena tensão residual incapaz de acionar a maioria das cargas eletrônicas. Configuração a 2 Fios CC Normalmente Aberto(NA) Configuração a 2 Fios CA Normalmente Aberto(NA) Configuração a 2 Fios CC Normalmente Fechado(NF) Configuração a 2 Fios CA Normalmente Fechado(NF)

9 Sensores CA / CC (corrente alternada e contínua) São sensores a 2 fios multi alimentação que funcionam de 20 a 250V tanto em corrente contínua como em corrente alternada e são opções de aplicações, para estratégia de estoque e altas tensões CC. Sensores Corrente Alternada de 3 Fios Nos casos em que a corrente de fuga do sensor a 2 fios causam o acionamento da carga, pode-se utilizar o sensor a 3 ou a 4 fios que possuem 2 fios exclusivos para alimentação. Configuração Normal Aberta a 3 Fios WA3 Configuração Reversível a 4 Fios WR4

10 Configurações de Saída Sensores de Corrente Contínua Tipo Namur (N) Semelhante aos sensores convencionais, diferenciando-se apenas por não possuir o estágio de saída com um transistor de chaveamento. Aplicado tipicamente em atmosferas potencialmente explosivas de industrias químicas e similares, com barreiras de segurança intrínseca.

11 Associação de Sensores Associação Série PNP: S1 FONTE + - Associação Série NPN: S1 FONTE + - S2 S2 S3 S3 Sn Sn CLP CLP

12 Associação de Sensores Associação Paralelo PNP: S1 FONTE + - S2 CLP S3 Sn

13 Associação de Sensores Associação Paralelo NPN: S1 FONTE + - S2 S3 CLP Sn

14 Sensores de Proximidade Indutivos Os sensores indutivos são equipamentos eletrônicos capazes de detectar a aproximação de peças metálicas, componentes, elementos de máquinas, etc, em substituição às tradicionais chaves fim de curso. Seu princípio de funcionamento baseia-se na geração de um campo eletromagnético de alta freqüência, que é desenvolvido por uma bobina ressonante instalada na face sensora. Aparência Física Construção Básica:

15 Utilização Os sensores indutivos são utilizados onde existem condições extremas de trabalho tais como: óleos lubrificantes, óleos solúveis, óleos de corte, vibrações, presença de líquidos, pós e onde são exigidos altos níveis de vedação e robustez. Alimentador vibratório Óleo em máquina operatriz Sistema de pintura

16 Face Sensora ou Superfície Ativa É a superfície por onde emerge o campo eletromagnético. D - diâmetro da área onde emerge o campo eletromagnético Metal Ativador Padrão O metal ativador consiste de uma chapa de aço de 1mm de espessura, formato quadrado. O lado deste quadrado é igual ao diâmetro do círculo da face sensora ou 3 vezes a distância sensora nominal quando o resultado for maior que o anterior. L = D (se 3 x Sn < D) ou: L = 3 x Sn (se 3 x Sn > D)

17 Superfície Ativa Faceada ou Embutida Este tipo de sensor tem o campo eletromagnético emergindo apenas na face sensora e permite que seja montado em uma superfície metálica. Superfície Ativa Saliente ou Não-Embutida O sensor é montado com a superfície ativa saliente, emergindo o campo magnético também na superfície lateral da face sensora.

18 Distâncias: Distância Sensora Nominal Sn É a distância entre a face ativa do sensor e o metal atuador, no momento em que ocorre o chaveamento elétrico. Distância Sensora Real Sr Valor influenciado pela industrialização, especificado em temperatura ambiente (20ºC) e tensão nominal, com desvio de 10%: 0,9Sn Sr 1,1Sn Distância Sensora Útill Su Valor influenciado pela temperatura de operação, possui um desvio máximo de 10% sobre a distância sensora real: 0,81Sn Su 1,21Sn 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: 0 Sa 0,81 Sn

19 Para materiais acionadores diferentes do metal SAE 1020 ou St37, deve-se aplicar os seguintes fatores de correção. Ferro ou Aço Cromo Níquel Aço Inox Latão Bronze Alumínio Cobre 100%Sn 90%Sn 60%Sn 50%Sn 50%Sn 40%Sn 30%Sn

20 Sensores de Proximidade Capacitivos São sensores com a capacidade de detectar a presença de materiais metálicos e materiais não metálicos, tais como; ferro, aço, plástico, madeira, papéis, líquido, pó, vidro, etc. Também são empregados em controles de nível em tanques, reservatórios, silos, etc. Aparência física Construção Básica:

21 Principio de Funcionamento O funcionamento é baseado na geração de um campo elétrico, criado por oscilador controlado por capacitor. Este capacitor é formado por duas placas metálicas carregadas com carga elétrica e na aproximação do material a ser detectado, altera este campo elétrico, alterando assim a capacitância das placas. Um acoplado a este capacitor interpreta a variação do dielétrico na face sensível e provoca uma mudança de referência de sinal, que acoplado ao circuito demodulador, converte em sinal contínuo e faz o chaveamento de saída. Ajuste de sensibilidade Distância Sensora Nominal Sn Água 1,0 x Sn Metais 1,0 x Sn Madeira 0,2 a 0,7 x Sn PVC 0,6 x Sn Vidro 0,5 x Sn Óleo 0,1 x Sn

22 Exemplos de Aplicações Verificação de Líquidos no Interior de Vidros ou Frascos Contagem de Caixas em Linha de Produção Controle de Nível para Líquidos Controla a presença de material em linha

23 Sensores de Proximidade Fotoelétricos Os sensores fotoelétricos difusos são composto por uma unidade com transmissor e receptor. A detecção do objeto será feita pela luz que ele próprio refletir. È a opção que apresentação a instalação mais simples. Já os retroreflexivos necessitam de um espelho prismático, o que possibilita maiores alcances operacionais. A detecção se dará pela interrupção da luz emitida pelo sensor. Construção Básica: Aparência Física

24 Princípio de Funcionamento Seu funcionamento é baseado na emissão e recepção de luz infravermelha invisível ao ser humano (em alguns caso esta luz é visível, para facilitar sua aplicação), que pode ser interrompida ou refletida pelo acionador. São composto de dois sistemas básicos: um diodo emissor de luz infravermelho e um foto-transistor, receptor de luz infravermelha, onde operam com frequência de emissão e recepção modulada, sem que haja interferência externa de outros tipos de fonte de luz. Sistema por difusão

25 Sistema por Retro-Reflexão Neste sistema, emissor e receptor estão compostos no mesmo conjunto e os feixes infravermelhos emitidos pelo emissor, refletem em um espelho prismático, retornando até o receptor. O chaveamento eletrônico ocorre quando o atuador interrompe a barreira infravermelha de luz entre sensor e espelho. Espelho Prismático Este espelho possui características próprias de reflexão, onde a luz incidente é desviada a 45 na preimeira incidência e novamente é desviada a 45 da segunda incidência, retornando ao sensor, paralelamente a luz emitida inicialmente.

26 Distância Sensora Nominal Sn A distância sensora nominal Sn é determinada como sendo a máxima distância entre o sensor e espelho prismático, podendo ser utilizado em distâncias menores. Aplicação: Detecções Diversas com Retro- Reflectivos Os materiais transparentes como garrafas de vidro, vidro plano, acrílico, etc., deve-se angular o feixe de luz em releção ao objeto e efetuar o ajuste de sensibilidade no corpo do sensor. Já os materiais brilhantes ou com superfície polida como plásticos, etiquetas brilhantes, etc., deve-se tomar alguns cuidados, pois estes materiais podem refletir o feixe de luz para o sensor, fazendo o papel de espelho não efetuando a detecção do material. Para evitar que isso ocorra, pode-se angular a montagem entre sensor, espelho e objeto entre 10 e 20 em relação ao eixo do objeto ou utilizar sensores com polarizadores ópticos que somente recebem sinais refletidos por espelhos prismáticos.

27 Aplicações Verificação de Presença de Material Limitador de Cursos e Posicionamento de Pontes Rolantes Contagem de Peças

28 Tensão Residual na Carga É o valor de tensão que aparece sobre a carga de um sensor quando a mesma está desenergizada. Corrente Residual na Carga É o valor da corrente que circula pela carga quando o sensor está desacionado. Tensão de Alimentação É a tensão que deve ser fornecida ao sensor para que o mesmo funcione adequadamente. É importante atentar-se a faixa de alimentação para cada tipo de sensor. Queda de Tensão É a diferença entre a tensão de alimentação do sensor e a tensão sobre a carga, quando a mesma está energizada. Corrente de Chaveamento É a máxima corrente de chaveamento que pode ser comutada pelo sensor sem que se danifique o transistor ou tiristor de saída. Corrente de Consumo É a corrente mínima que o sensor necessita para seu funcionamento, independente da carga acoplada ao sensor.

29 Referências Bibliográficas Fonte de Pesquisa (Catálogo): Tecnotron Automação & Controle Fonte de Pesquisa (Catálogo): SICK Fonte de Pesquisa (Catálogo): Festo Automação Fonte de Pesquisa (Internet): Tesla Elétrica