Características de Sensores

Transcrição

1 Instrumentação e Controle Aula 8 Características de Sensores Prof. Renato Watanabe ESTO004-17

2 Onde estamos no curso Sistema Obtenção das Equações Diferenciais que descrevem o comportamento do sistema Representação no Espaço de Estados Transformada de Laplace Resposta natural Resposta forçada Análise de Estabilidade

3 Onde estamos no curso Controlador Atuador Sistema ou Planta + + Sensor Referência ou Set Point Erro Sinal de controle Saída Distúrbio externo Ruído sensorial

4 Sensor Transdutor Elemento específico que transforma uma forma de energia em outra forma de energia Tanto sensores quanto atuadores contém transdutores

5 Sensor Transdutor Elemento específico que transforma uma forma de energia em outra forma de energia Tanto sensores quanto atuadores contém transdutores Sensor Elemento específico que transforma uma determinada variável física de interesse em uma grandeza passível de processamento Geralmente uma grandeza elétrica

6 Classificações de Sensores Sensores diretos: Transformam um estímulo não elétrico diretamente em um sinal elétrico Há vários efeitos físicos que podem gerar os sensores diretos: efeito fotoelétrico, efeito termoelétrico (Seebeck) e o efeito piezelétrico.

7 Classificações de Sensores Sensores diretos: Transformam um estímulo não elétrico diretamente em um sinal elétrico Há vários efeitos físicos que podem gerar os sensores diretos: efeito fotoelétrico, efeito termoelétrico (Seebeck) e o efeito piezelétrico. Sensores complexos: Há muitas situações onde a transformação direta da grandeza estudada em sinal elétrico é complexa Utiliza-se uma composição de transdutores para realizar o trabalho

8 Sensores de posição Exemplo de sensor direto. Medir a distância a partir de uma posição Verificar alinhamento ou rotação Acompanhar movimento

9 Sensores de posição Reportam a posição física de um objeto com relação a um ponto de referência linear ou angular.

10 Sensores de posição Reportam a posição física de um objeto com relação a um ponto de referência linear ou angular. Potenciômetro: Converte o deslocamento linear ou angular em variação da resistência Trabalha como um divisor de tensão

11 Faixa (range) A região entre os limites nos quais a grandeza é medida, recebida ou transmitida. Expresso em limites inferior e superior. Faixa de temperatura de -20 C e 200 C

12 Faixa (range) A região entre os limites nos quais a grandeza é medida, recebida ou transmitida. Expresso em limites inferior e superior. Faixa de temperatura de -20 C e 200 C Amplitude (span) Diferença algébrica entre os limites superior e inferior da escala de medidas Para uma faixa de temperatura de -20 C e 200 C tem se uma amplitude 220 C.

13 Faixa (range) A região entre os limites nos quais a grandeza é medida, recebida ou transmitida. Expresso em limites inferior e superior. Faixa de temperatura de -20 C e 200 C Amplitude (span) Diferença algébrica entre os limites superior e inferior da escala de medidas Para uma faixa de temperatura de -20 C e 200 C tem se uma amplitude 220 C. Fundo de escala O valor máximo da escala Para uma faixa de temperatura de -20 C e 200 C tem se um fundo de escala de 200 C.

14 Linearidade O quanto a curva de saída do sensor se aproxima de uma linha reta.

15 Linearidade O quanto a curva de saída do sensor se aproxima de uma linha reta. Exemplo: termistor O gráfico ao lado mostra o comportamento da resistividade do Tungstênio em função da temperatura A linearidade de um sensor é quantificada por: Linearidade % = 100. Dif max span

16 Resolução A menor variação do sinal de entrada que resultará em uma variação mensurável de saída. Para sensores analógicos a resolução é infinita. Para sensores em que saída é um sinal digital, depende do número de bits utilizados para representar o sinal de saída: Res = span 2 n 1

17 Resolução A menor variação do sinal de entrada que resultará em uma variação mensurável de saída. Para sensores analógicos a resolução é infinita. Para sensores em que saída é um sinal digital, depende do número de bits utilizados para representar o sinal de saída: Res = span 2 n 1 Repetibilidade Resultado de uma sequência de medidas da saída com a mesma entrada nas mesmas condições de operação

18 Sensibilidade (Ganho do sensor) A razão da variação na saída pela variação da entrada com a saída. Para sensores lineares, pode-se definir como: Faixa de saída do sensor K = Faixa de entrada do sensor Para sensores não-lineares, é a derivada da curva que relaciona a entrada com a saída.

19 Deriva (drift) Mudança indesejável que ocorre no sinal medido com o passar do tempo Causada por fatores ambientais ou por fatores intrínsecos ao sistema

20 Deriva (drift) Mudança indesejável que ocorre no sinal medido com o passar do tempo Causada por fatores ambientais ou por fatores intrínsecos ao sistema Relação sinal/ruído (SNR) Razão entre os valores (RMS ou pico) do sinal de interesse e do ruído introduzido no processo Esse parâmetro é expresso por um número e representa quanto um sinal de interesse é influenciado por um determinado ruído (sinal indesejável sobreposto ao sinal de interesse)

21 Exemplos de Datasheet de sensor: