SENSORES DISCIPLINA DE MATERIAIS ELÉTRICOS ALUNOS: André Sato Érico Noé Leandro Percebon
Indrodução SENSORES são dispositivos que mudam seu comportamento sob a ação de uma grandeza física, podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal que indica esta grandeza. Quando operam diretamente, convertendo uma forma de energia em outra, são chamados transdutores. Os de operação indireta alteram suas propriedades, como a resistência, a capacitância ou a indutância, sob ação de uma grandeza, de forma mais ou menos proporcional.
Funções dos Sensores substituir a medição manual com eficiência, certeza e rapidez. O sinal de um sensor pode ser usado para detectar e corrigir desvios em sistemas de controle (SC), e nos instrumentos de medição, que freqüentemente estão associados aos SC de malha aberta (não automáticos), orientando o usuário.
Características Linearidade: É o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza física. Quanto maior, mais fiel é a resposta do sensor ao estímulo. Os sensores mais usados são os mais lineares, conferindo mais precisão ao SC. Os sensores não lineares são usados em faixas limitadas, em que os desvios são aceitáveis, ou com adaptadores especiais, que corrigem o sinal. Faixa de atuação: É o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado o sensor, sem destruição ou imprecisão.
Tipos de Sensores 1. Sensores de temperatura: possui elemento que, conforme sua temperatura é variada produz um sinal elétrico. Para processos industriais ou comerciais, como a refrigeração de alimentos e compostos químicos, fornos de fusão, destilação fracionada, usinas nucleares.
Sensores de Temperatura O NTC (Negative Temperature Coeficient, Coeficiente Negativo de Temperatura), tem resistência inversamente proporcional à temperatura. Ele é feito de compostos semicondutores, como os óxidos de ferro, magnésio e cromo. Devido a seu comportamento não linear, o NTC é utilizado numa faixa pequena de temperaturas, em que a curva é próxima de uma reta.
Sensores de Temperatura O PTC (Positive Temperature Coeficient) tem resistência proporcional à temperatura, e atua numa faixa restrita. A variação da resistência é maior que a de um NTC, na mesma faixa. Seu uso é mais freqüente como sensor de sobretemperatura, em sistemas de proteção, por exemplo, de motores.
Sensores de Temperatura O DIODO comum de silício, polarizado diretamente com corrente de 1mA, tem queda de tensão próxima de 0.62V, a 25oC. Esta tensão cai aproximadamente 2mV para cada ºC de aumento na temperatura, e pode ser estimada pela equação: Vd = A - BT A e B variam um pouco conforme o diodo.
Sensores de Temperatura O diodo é encontrado em controles e termômetros de baixo custo e razoável precisão, até uns 100 ºC.
Sensores de Temperatura TERMOPAR: Quando dois metais encostados são submetidos a uma temperatura, surge nos extremos deles uma tensão proporcional à temperatura. Este é o efeito Seebeck. V=KT K é uma constante para cada par de metais, custo é elevado, alta confiabilidade e precisão.
Sensores de Temperatura Sensores Integrados: Há circuitos integrados sensores de temperatura, Oferecem alta precisão, por conterem circuitos linearizados. Operam de 0 a 100ºC aproximadamente.
Sensores de Temperatura Sensor de temperatura por Infravermelho: utilizados onde a medida direta de temperatura não é possível, absorvem a radiação infravermelho irradiada por superfícies aquecidas.
Tipos de Sensores 2. Sensores de Velocidade Empregam-se nos controles e medidores de velocidade de motores dentro de máquinas industriais, eletrodomésticos como videocassete e CD, unidades de disquetes e Winchesters de computadores, na geração de eletricidade, etc.
Sensores de Velocidade Tipos: Tacogerador, Interruptor de Lâminas, Óticos.
Tipos de Sensores 3. Sensores de Vazão Servem para medir o fluxo de líquidos em tubulações. Tipos: Sensor de turbina, Sensor por diferença a de pressão, Sensor térmicot
Tipos de Sensores 4. Sensores de Posição Em aplicações em que se necessita monitorar a posição de uma peça, como tornos automáticos industriais, ou contagem de produtos, ou verificar a posição de um braço de um robô ou o alinhamento de uma antena parabólica com outra ou um satélite
Sensores de posição Tipos: Sensores de passagem, Detectores de fim-de-curso, Contadores, Sensores de posição.
Tipos de Sensores 5. Sensores de vibração: são sensores para medição, exibição e análise de velocidade linear, disposição e proximidade, ou aceleração. Possui muitos princípios de operação, o mais comum é o piezoelétrico. As formas de saída deste sensor são sinais de tensão ou corrente, e freqüência.
Tipos de Sensores 6. Sensores de capacitância elétrica: são essencialmente osciladores com um capacitor em aberto que gera um campo eletrostático. 7. Sensores de gás: interage com o gás para iniciar a medição de concentração, então um sinal elétrico é produzido.
Tipos de Sensores 8.Sensores de pressão: possui elementos que produzem um sinal elétrico proporcional a pressão aplicada ou a diferença de pressão.
Sensores Sensores Fotoelétricos
Elétron massa (m) Placa de zinco (limpa) Luz ultravioleta
h = (1/2)mv2 + Ø h = energia do fóton Ø = energia necessária para arrancar o elétron do metal (1/2)mv2 = energia cinética dos fotoelétrons
Foto Diodo
Foto transistor Vcc+ Foto transistor Saída Sensor básico
Categorias de sensores fotoelétricos: Feixe de luz Proximidade
Feixe de Luz Feixe de luz emissor receptor
Proximidade emissor Feixe de luz receptor
LVDT Linear Variable Differential Transformer (Transformador Diferencial Variável Linear)
Histórico Os primeiros Transformadores diferenciais surgiram no começo do século passado, sendo utilizados para controle de potência AC de motores e geradores. Em meados de 1930 os transformadores lineares começaram a ser utilizados em processos telemétricos em equipamentos de análises químicas, tornando-se dispositivos lineares. O uso do LVDT foi difundido com a publicação do artigo The linear variable differencial transformer por Herman Shaevitz em 1946.
Princípio de Funcionamento O LVDT é um dispositivo eletromecânico que produz uma tensão proporcional a posição de seu núcleo. É composto basicamente de: Bobina excitadora ou primária 2 bobinas secundárias Núcleo ferromagnético móvel Eixo não-ferromagnético acoplado ao núcleo Estrutura isolante para as bobinas Carcaça metálica para blindagem e resistência mecânica O principio de medição consiste da variação da indutância mútua entre as bobinas de acordo com a posição do núcleo ferromagnético.
Princípio de Funcionamento
Princípio de Funcionamento Conforme o a posição do núcleo muda aparecem nas bobinas secundárias tensões proporcionais à tensão aplicada na bobina excitadora, respeitando a forma de onda, ou seja, pode ser usado em sinais senoidais tanto como em sinais contínuos.
Aplicações Aviões, navios e submarinos Naves e laboratórios espaciais Reatores nucleares Medições industriais É largamente usado como Dilatômetro