Elementos sensores. Elementos sensores

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1 eletromagnéticos Usados para medida de velocidade linear ou angular. Baseia-se na lei de indução de Faraday. Tacômetro de relutância variável: Força magnetomotriz é constante (imã permanente) eletromagnéticos F = F Aproximação: m = número de dentes (velocidade angular da roda dentada) 1

2 eletromagnéticos Amplitude: Ê = bmω r Frequência: f = mω r /(2π) Ambos são proporcionais à velocidade de rotação da roda dentada Devido a efeitos de carregamento e interferência, é preferível extrair a informação da velocidade de rotação a partir da variável frequência do sinal de tensão induzida. termoelétricos Termopar (sensor de temperatura) Junção bimetálica Condutor metálico A Condutor metálico B Junção Desequilíbrio de cargas V Voltímetro (mede o potencial de contato) A B + - Obs. Efeito Seebeck 2

3 termoelétricos Série de potências: E T AB = a 1 T + a 2 T 2 + a 3 T onde os a i s dependem dos tipos de metais A e B Ex. Metais: Ferro e Constantan (termopar tipo J) a tensão em µv será: T o C Obs. Constantan liga cobre-níquel termoelétricos Circuito termopar prático (2 sensores) Temperatura conhecida Estabelece-se uma temperatura de referência tal que se T 1 T 2 E AB T1,T2 0 e se T 1 < T 2 E AB T1,T2 < 0 3

4 termoelétricos Para maior precisão (menor influência de entradas ambientais) T 2 será uma temperatura controlada Como a tensão gerada é da ordem de µv e mv é necessário como elemento condicionador de sinais um amplificador de tensão de alto ganho e alta impedância de entrada Se a junção não estiver encapsulada (protegida) a constante de tempo térmica é pequena (na ordem de poucos ms). Se estiver encapsulada, a resposta será mais lenta. 4

5 piezoelétricos e piezoresistivos (cristais) Respondem à deformação mecânica causada por uma força aplicada Piezoelétrico: Aproveita-se a corrente gerada em função da velocidade de deformação. Ex. Microfone de eletreto Duas moléculas eletricamente neutras simétrica Não simétrica Em relação ao eixo horizontal passando pelo centro Sem deformação não há dipolo elétrico Como deformação surge um dipolo elétrico Piezoresistivo: Aproveita-se a variação da resistividade do material em função da deformação (como visto no caso do strain gauge) de efeito Hall E r existe devido à diferença de potencial entre as facess1 e S 2 Tipo N Tipo P r F B r r = qv B V V qe = qvb V = vbd IBd IB = = ρwd ρw R = H IB w J = ρv = I / wd R H E r d J densidade de corrente ρ densidade de carga =1/ ρ w E r R H coeficiente Hall d w 5

6 de efeito Hall V R = H IB w Tensão Vtem módulo proporcional a B(Iconstante) ou a I(Bconstante) de efeito Hall Exemplo: sensor + circuito condicionador Transdutor A corrente de saída I S é proporcional à corrente em um cabo que passa pelo furo do sensor Transdutor Alimentação simétrica Resistor Terra Conversor corrente tensão 6

7 (alguns tipos muito utilizados) LDR Light Dependent Resistor (celula fotocondutiva) Elemento resistivo Uma curva típica Feito de material semicondutor(sulfeto de cadmio, por ex.) Fótonsda radiação luminosa fornecem energia a elétrons que saem da banda de valênciapara a banda de condução do material, diminuindo a resistência Não são rápidos iluminação (alguns tipos muito utilizados) Sensores ópticos Fotodiodo Normalmente polarizado reversamente Sensibilidade: R λ I P componente de corrente devio à luz P potência da luz incidente 7

8 (alguns tipos muito utilizados) Fototransistor Coletor e base formam um diodo reversamente polarizado exposto à incidência de radiação luminosa Corrente de base aumenta com aumento da luz incidente, consequentemente aumenta a corrente de coletor (i C = h FE i B ) (alguns tipos muito utilizados) Optoacopladores Led Permitem desacoplamento elétricoentre partes de um sistema 8

9 (alguns tipos muito utilizados) Chaves ópticas Por obstrução Por reflexão (alguns tipos muito utilizados) Encoder Para medida digital de posição angular a) Encoder absoluto + - 9

10 (alguns tipos muito utilizados) Código binário Código Gray (alguns tipos muito utilizados) Encoder Para medida digital de posição angular b) Encoder incremental Sinais defasados em 90º: +90º em um sentido de rotação -90º em outro sentido 10

11 (alguns tipos muito utilizados) Detecção do sentido de rotação: V c onda quadrada com frequência duas vezes maior que a do canal A ou canal B Detetor de sentido Circuito contador (de incremento e decremento) é utilizado para contar os pulsos de V a, V b, ou V c para determinação da posição angular. V d nível baixo V d nível alto A contagem será por incremento ou decremento, dependendo do sinal V d. (alguns tipos muito utilizados) Também existem encoders (absoluto e incremental) linearespara monitorar deslocamentos de translação 11