Sensores - UFSM

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Sumário
INTRODUÇÃO
1) SENSORES DE POSIÇÃO
2) SENSORES DE VELOCIDADE
3) SENSORES DE PRESENÇA
4) SENSORES DE CARGA
5) SENSORES DE PRESSÃO
6) SENSORES DE TEMPERATURA
7) SENSORES DE VAZÃO
8) SENSORES DE NÍVEL LÍQUIDO

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Introdução

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Dispositivos de Entrada
• Realizam o interfaceamento entre o sistema
físico e o sistema de controle eletrônico,
levando informações do processo para o
controlador.
• Podem ser classificados em:
-Sensores
- Transdutores: * Direto
* Indireto

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Dispositivos de Entrada
• Sensores: dispositivos projetados para detectarem
algum evento no processo e emitirem um sinal de
resposta a este evento.
Ex.: sensor de proximidade – ativa um sinal em
resposta à presença de um objeto em seu campo de
visualização.
• Transdutores: dispositivos que convertem uma
grandeza física em outra.
Foco: transdutores elétricos: convertem grandeza
física (temperatura, pressão, etc.) em sinal elétrico
(normalmente em tensão).

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Dispositivos de Entrada
• Transdutores:
* tipo direto – convertem a grandeza fisica em sinal
elétrico diretamente. Ex.: termopares (convertem
temperatura em tensão)
* tipo indireto – modificam algum parâmetro
interno (p. ex., resistência) de forma proporcional à
grandeza física.
Ex.: termoresistências. Deve-se inserí-las em num
divisor resistivo e medir a tensão sobre a
termoresistência.
• Limitações dos sensores e transdutores: alcance
limitado a poucas dezenas de metros.

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Dispositivos de Entrada
• Transmissor:
dispositivo que recebe o sinal de um transdutor ou
sensor e envia a distâncias maiores, modulando este
sinal sobre outro de referência (4-20 mA, 0-5V,
etc.) de forma proporcional ao sinal do sensor ou
transdutor
Transdutor
Referência (4-20 mA)
Bloco Transmissor
Sinal Modulado

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Parâmetros Fundamentais dos Sensores
• Distância Sensora (Sn): distância perpendicular da
face sensora até o ponto onde o sensor atua.
• Histerese: diferença entre a distância onde o sensor
é ativado quando o objeto se aproxima dele e a
distância na qual o sensor é desativado quando o
objeto se afasta dele. Normalmente dado na forma
percentual.
Sensor
Ativado Desativado
Distância Sensora Histerese
Objeto a ser
Detectado

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Parâmetros Fundamentais dos Sensores
• Zona Cega: região dentro da distância sensora, que por
questões tecnológicas ou de montagem, o sensor não
consegue detectar o objeto.
• Zona de sensibilidade: região da zona detectável, onde o
dispositivo é efetivamente sensibilizado.
Sensor
Zona Cega
Zona de Sensibilidade
• Repetibilidade (em %): pequena variação na distância
sensora quando se procede duas ou mais tentativas de
detecção. Não confundir com histerese.
Objeto a ser
Detectado
• Frequência de operação (Hz): n. máx. de comutações por
segundo que um sensor consegue realizar.

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Parâmetros Fundamentais dos Sensores
• Corrente de consumo: valor da corrente necessária ao
funcionamento do sensor;
• Corrente de carga: é a máx. corrente possível na saída do
sensor;
• Corrente de Pico: é o máx. valor de corrente consumido pelo
sensor no momento da ativação;
• Tensão de Ripple: máx. oscilação da tensão CC de
alimentação permitida;
• Tempo de estabilização: tempo que se deve aguardar logo
após a energização do sensor, para que as leituras sejam
confiáveis;
• Proteção Intrínseca ou IP: Grau de proteção à penetração de
sólidos e líquidos. 2 dígitos (sólidos-líquidos). Ex. IP66.

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Parâmetros Fundamentais dos Sensores
• Versão de Montagem: refere-se a forma como o
sensor deve ser montado e as distâncias que devem
ser respeitadas para assegurar o bom funcionamento
do sensor.
D1
Metal Metal
D2
Metal
Sensor 1 Sensor 2
D1
D2
Metal
Sensor 1 Sensor 2
D3

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Parâmetros Fundamentais dos Transdutores
• Linearidade: parâmetro de grande importância.
Normalmente os transdutores são lineares em certas faixas
de operação. Em caso contrário, aplica-se técnicas de
linearização. Ex.: transdutores de temperatura do tipo NTC
(exponenciais) com auxílio de amplificadores logarítmicos
são linearizados.
• Região de Atuação: Faixa de valores da grandeza que se
deseja converter onde o dispositivo efetivamente deve
trabalhar. Normalmente relacionada com a região linear do
transdutor, porém, deve-se considerar outros limitantes
como integridade física do material, detalhes construtivos,
entre outros.
• Fator de Proporcionalidade: relaciona a grandeza elétrica
com a grandeza física. Ex.: transdutor com 1mV/ o C

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Parâmetros Fundamentais dos Transdutores
• Precisão e Exatidão: parâmetros relacionados ao
erro de conversão de uma grandeza.
Influenciados por vários fatores como condições
ambientais, posicionamento, presença de ruído
elétrico, e outros.
Tensão(mV)
100
50
Fator de Proporc. = 2mV/ o C
Temperatura( o C)

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Técnicas de Blindagem
• Visam eliminar ou reduzir o ruído elétrico e interferências
eletromagnéticas gerados por dispositivos eletroeletrônicos,
equipamentos e processos no ambiente industrial.
• Estudo feito na área de Compatibilidade eletromagnética.
• Recomendações clássicas:
• Separar eletrodutos de circuitos de força dos de
sensoriamento;
• Em bandejas metálicas, manter distância entre os circuitos
citados;
• Evitar o cruzamento de fios de transdutores com fios de
força, fazê-lo perpendicularmente (evitar indução
eletromag.)
• Usar eletrodutos metálicos em ambientes de forte
inteferência eletromag. para abrigar fios de sensores e
transdutores;

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Técnicas de Blindagem
• Usar cabos blindados em casos mais graves (aterrar na
origem);
• Aterrar as pontas dos fios não utilizados;
• Usar sempre o mesmo fio terra para interligar um conjunto
de equipamentos, evitando danos devidos à ddp.
• Ex.:
“Shielding”
Analog voltage source
+
-
A Shield is a metal sheath that
surrounds the wires
Analog Input
IN1
REF1
SHLD

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Transdutores mais usados na Indústria
• Transdutores variam conforme:
a grandeza que medem,
a classe de precisão;
e a região de operação.
• Conforme o tipo de grandeza medida, classificam-se em:
• Transdutores de temperatura;
• Transdutores fotoelétricos;
• Transdutores de posição (Servomecanismos);
• Transdutores de tensão mecânica ou Extensômetros;
• Transdutores de pressão;
• Transdutores de vazão;

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Sensores mais usados na Indústria
• Transdutores convertem uma grandeza física em
outra.
• Transdutores possuem resposta contínua.
• Sensores apenas “sentem” a ocorrência de um
evento e reagem à ele enviando um sinal ao
controle do processo.
• Sensores possuem resposta discreta.
• Principais tipos de sensores usados na indústria:
• Sensores de Nível;
• Sensores de Pressão;
• Sensores de Posição;
• Sensores de Presença;

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Transdutores de POSIÇÃO
Reportam a posição física de um objeto com respeito a um
ponto de referência.
A Informação pode ser linear ou angular.
1.1) Potenciômetro: Converte o deslocamento linear ou
angular em variação de resistência.
(a) Rotary pot (b) Symbol (c) Linear-motion pot

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Transdutores de POSIÇÃO
Potenciômetros de áudio (não-lineares) e de posição (lineares).
Potenciômetros de uma volta e multivoltas.
Trabalham como um divisor de tensão.
Ex.: Potenciometro como um sensor de posição
(a) Motor driving robot arm; pot connected to a motor shaft (b) Circuit

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Transdutores de POSIÇÃO
O erro de carregamento é a diferença entre a tensão de saída
com a carga e sem a carga.
Erro de carregamento = VNL – VL
VNL: tensão de saída sem carga
VL: tensão de saída com carga
(a) Pot is unloaded, (b) 100-k& resistance (c) Developing
no error causes. loading error equivalent
circuit;

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Transdutores de POSIÇÃO
Uso de redutores para o caso em que o movimento angular
total corresponde a uma fração muito pequena da
revolução total do potenciômetro.
When motor shaft is restricted to 90°, the 3:1 gear pass turns the pot
through 270°.

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Transdutores de POSIÇÃO
Erro de linearidade em função da construção física imperfeita.
Definido em termos da resistência ou da posição angular.
Erro de linearidade= ∆R x 100 / Rtot ∆R: máx. erro de resistência
Rtot : resistência total
Erro de linearidade= ∆θ x 100 / θtot ∆θ : máx. erro angular
θtot : variação angular total

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Transdutores de POSIÇÃO
A resolução de um potenciômetro é o menor incremento da
variável medida que pode ser detectado.
Resolução%= menor incremento na resistência x 100
resistência total
Problema evidenciado em potenciômetros de fios enrolados.
O movimento do potenciômetro pode causar pequenos transientes
de tensão indesejados. Solução: um filtro passa-baixas, implementado
por um capacitor em paralelo com a saída do potenciômetro.

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Transdutores de POSIÇÃO
Ex.: Um braço robô gira 120 o ao todo e utiliza um
potenciômetro como sensor de posição. O controlador
baseia-se num sistema digital de 8 bits de entrada e
necessita conhecer a posição real do braço dentro de uma
faixa de 0,5 o .
(a) Hardware setup (b) Sensor circuit

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Transdutores de POSIÇÃO
1.2) Encoders Óticos Rotativos: Produz diretamente uma
saída digital, eliminando a necessidade de um conversor
analógico-digital.
Dois tipos: encoder absoluto e encoder incremental.

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Transdutores de POSIÇÃO
Encoder Absoluto A saída é diretamente digital.
Sempre fornece a posição absoluta.
Não há contato físico para a detecção.
Preço alto em função da precisão.
O mau alinhamento das fotocélulas pode causar erros de
leitura.

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Transdutores de POSIÇÃO
Uma solução comum é o uso de um disco estampado em
Código Gray, em lugar do código binário padrão.

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Transdutores de POSIÇÃO
Uma solução comum é o uso de um disco estampado em
Código Gray, em lugar do código binário padrão.

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Transdutores de POSIÇÃO
Baseado no Código Gray, pode-se empregar um padrão
chamado Código Cinza Excessivo que desloca a tabela
original de Grey. Deve passar por um codificador BCD.

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Transdutores de POSIÇÃO
Encoders Óticos Incrementais possuem apenas uma trilha
com dentes igualmente espaçados.
A posição é determinada pela contagem do número de
dentes que passam na frente de um fotosensor, onde cada
dente representa um ângulo conhecido.
O sistema requer um ponto de referência inicial.

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Transdutores de POSIÇÃO
Um fotosensor apenas não permite determinar o sentido de
rotação do disco.
Um sistema com dois fotosensores pode ser utilizado.

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Transdutores de POSIÇÃO
Régua Ótica – segue o princípio do encoder incremental.
Traduz movimentos lineares. Possui uma placa com
divisões que faz a função do disco no encoder.
Usa dois conjuntos fotosensores e um sinal de zero (refer.)

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Transdutores de POSIÇÃO
Resolver – mais robustos que os encoders (sensíveis à vibração e
temperatura, devido a natureza de sua construção e funcionamento).
Similar a um pequeno motor, com 2 enrolamentos no estator
(perpendiculares entre si) e 1 no rotor alimentado em C.A.
numa frequência W.
A tensão induzida no estator depende de cos(θ) e sen(θ) e a
posição é determinada calculando-se o arco-seno e o arcocosseno.
Problema de
manutenção do rotor
(escovas e anéis) é
resolvido com um
dispositivo “brushless”
ou Sensor Hall.

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Transdutores de POSIÇÃO
1.3) Transformador Diferencial Linear Variável - Linear
Variable Differential Transformer (LVDT)
Construção: núcleo móvel, ferromagnético + 3 bobinas fixas
Bobina do primário recebe tensão em alta frequência.
Bobinas secundárias ligadas de forma subtrativa.

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Transdutores de POSIÇÃO
1.3) Transformador Diferencial Linear Variável - Linear
Variable Differential Transformer (LVDT)
Funcionamento:
Alta resolução e
pequenos
deslocamentos.
Saída padrão: uma
voltagem C.A. com
amplitude proporcional
ao deslocamento linear.

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Transdutores de POSIÇÃO
1.3) Transformador Diferencial Linear Variável - (LVDT)
Tensão de saída possui comportamento linear em função do
deslocamento.

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1.3) Transformador Diferencial Linear Variável - (LVDT)
Aplicações: devido à característica muito linear com a
distância, usa-se em posicionadores de precisão tais como:
-CNCs;
Transdutores de POSIÇÃO
- Robôs industriais;
- Fresadoras (no posicionamento da mesa);
- Controle e sensoriamento de válvulas.
Distâncias mais usuais:
- Desde frações de “mm” até dezenas de “cm”.

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Transdutores de POSIÇÃO
1.3) Transformador Diferencial Linear Variável - (LVDT)
Outras Aplicações: (em outras quantidades físicas)
- Deflexão de vigas, fios ou anéis: células de carga,
transdutores de força ou de pressão;
- Deslocamento: extensômetros, transdutores de temperatura
(dilatação);
- Variação de espessura em peças: medidas de espessura e
perfil, classificação de produtos por tamanho;
- Nível de fluído: medida de nível e fluxo de fluído,
sensoriamento de posição em cilindros hidráulicos;
- Velocidade e aceleração: controle de suspensão
automotiva.

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1.3) Transformador Diferencial Linear Variável - (LVDT)
Vantagens:
Transdutores de POSIÇÃO
- Custo baixo;
- Solidez e robustez;
- durabilidade;
- Alta razão entre sinal e ruído e baixa impedância de saída;
- Histerese desprezível;
- Resolução infinitesimal, somente limitada pelos dispositivos
amplificadores e medidores de tensão utilizados na saída;
- Pequeno tempo de resposta, limitado à inércia do núcleo;
- baixo risco de dano ao LVDT caso a medida exceda os seus
parâmetros de trabalho.

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Transdutores de POSIÇÃO
1.3) Transformador Diferencial Linear Variável - (LVDT)
Desvantagens:
- Núcleo deve estar em contato com a superfície a ser medida;
- Medidas dinâmicas ficam limitadas a 1 décimo da
frequência de ressonância do LVDT.

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Transdutores de POSIÇÃO
1.3) Linear Variable Differential Transformers (LVDT)
Circuito de Aplicação: Conexão do LVDT a um circuito
com saída em C.C.

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SENSORES DE VELOCIDADE
ANGULAR
São dispositivos que fornecem uma saída proporcional a
uma velocidade angular.
Aplicações:
- Leitores de CD-ROM, DVD Players
- Bombas centrífugas
- Transportadores
- Medidores de fluxo de líquidos
- Máquinas operatrizes
- Robótica
- Máquinas automáticas de Soldagem, etc.

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SENSORES DE VELOCIDADE
ANGULAR
Formas de medição da velocidade angular.
a) Velocidade a partir de sensores de posição
Obter a velocidade a partir de duas amostras consecutivas
do transdutor de posição.
θ −θ
∆θ
Velocidade=
= 2 1
∆t t −t
2 1
∆θ: deslocamento angular
∆t : passo no tempo
θ1, θ2 : amostras consecutivas de posição angular
t1, t2 : instantes de amostragem

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SENSORES DE VELOCIDADE
ANGULAR
No caso de sensores óticos rotativos, pode-se determinar a
velocidade a partir do conhecimento do tempo que se leva
para cada dente no disco passar.

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SENSORES DE VELOCIDADE
ANGULAR
A idéia é contar os ciclos de um relógio de alta velocidade para a
duração de um período de passagem de um dente.
O valor da contagem é proporcional ao recíproco da velocidade angular.

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SENSORES DE VELOCIDADE
ANGULAR
b.1) Tacômetros óticos: dispositivos que permitem determinar
a velocidade de um eixo em rpm.
O período da forma de onda de saída é inversamente
proporcional à rpm do eixo.
O sistema formado por
apenas um fotodetetor e
uma fonte de luz não
percebe a posição ou a
direção.
Solução: similar ao
encoder incremental:
usar 2 conjuntos
fotosensores.

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SENSORES DE VELOCIDADE
ANGULAR
b.2) Tacômetros com rotores dentados: consiste em um
sensor estacionário e um disco metálico e dentado.
Dois tipos de sensores: sensores de relutância variável e
sensores por efeito Hall.
Sensor gera um
pulso para cada
passagem do
dente sobre ele.

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SENSORES DE VELOCIDADE
ANGULAR
b.3) Tacômetros C.C.: é essencialmente um gerador de C.C.
que produz uma voltagem de saída em C.C. proporcional à
velocidade do eixo.
A polaridade da saída é determinada pela direção de rotação.
O encapsulamento de tacômetros C.C. típicos permite a
montagem direta (piggiback) sobre um motor.
A informação da tensão de saída versus o rpm é normalmente
fornecida em gráficos.
Exemplo: para o modelo CK20 – linearidade de 0,2%
saída = 9 V: 0,2x 3000 rpm = 6 rpm (veloc. real de 2994 a 3006 rpm)

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SENSORES DE VELOCIDADE
ANGULAR

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SENSORES DE VELOCIDADE
ANGULAR
b.3) Tacômetros C.C.: Exemplo de aplicação.
Motor C.C. com tacômetro CK20-A (saída de 3V/Krpm)
acoplado diretamente ao eixo possui uma caixa de redução de
100:1. Aciona uma máquina-ferramenta com velocidade
máxima de 60 o /s.
Qual é a saída do taco,
para 60 o /s?
Qual é a resolução do
sistema (LSB) para um
ADC de 8 bits?

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Simplesmente informam ao controlador se uma parte móvel
está em um dado lugar.
São úteis no controle de eventos discretos.
Classificam-se pela natureza do princípio de funcionamento:
•Sensor Indutivo;
•Sensor Capacitivo;
•Sensor Ultrassônico;
•Sensor Fotoelétrico.

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Sensor Indutivo: executa comutação eletrônica quando um
objeto metálico entra no seu campo eletromagnético.
Aplicações: máquinas-ferramentas, máquinas operatrizes, de
embalagens, têxteis, correias transportadoras e na indústria
automobilística para resolver problemas gerais de automação.
Construção: 4 blocos
Funcionamento: baseado na variação da permeabilidade
magnética do meio.

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Sensor Indutivo – Funcionamento:

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Sensor Indutivo – Efeito da Histerese:

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Sensor Indutivo – Efeito do material alvo:

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Sensor Indutivo – Frequência de comutação:
Método de ensaio conforme a norma IEC

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Sensor Indutivo – Influência de condutores próximos:
Imunidade ao campo de soldagem

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Sensor Indutivo – Blindagem: 2 tipos
Sensor Blindado Sensor Não Blindado

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SENSORES DE PROXIMIDADE

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Fonte: catálogo eletrônico Allen-Bradley

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Fonte: catálogo eletrônico Allen-Bradley

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Fonte: catálogo eletrônico Allen-Bradley

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Fonte: catálogo eletrônico Allen-Bradley

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Sensor Capacitivo – Atua na presença de materiais
orgânicos, plásticos, vidro, líquido, além de metais.
Aplicação: em detectores de nível em tanques, contagem de
garrafas (cheias ou vazias), contagem de embalagens
plásticas, limitadores de carretéis, etc.

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Sensor Capacitivo
Construção: semelhante ao sensor indutivo, com 4 blocos.
Funcionamento: baseado na variação do dielétrico do meio.

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Sensor Capacitivo – 2 tipos.
Sensor Blindado Sensor Não Blindado

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Sensor Capacitivo – Montagens.
Sensor Blindado Sensor Não Blindado
Em montagem rente

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Sensor Capacitivo – Aplicações. Fonte: catálogo eletrônico Allen-Bradley

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Chaves Limite: é uma chave mecânica push-button montada
de forma a ser atuada quando uma parte mecânica ou
alavanca chega ao final de um trajeto desejado.
Aplicação: em portões de garagem, etc.
Problemas comuns:
- Sendo mecânicas podem se desgastar.
- Requerem uma certa quantidade de força física para
atuarem.
Alternativa: usar sensores de proximidade magnéticos ou
óticos.

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Sensores óticos de proximidade: também chamado
interruptor, utiliza uma fonte de luz e um fotosensor que
são montados de tal forma que um objeto é detectado
quando corta o caminho da luz.
(a) Counting cans on a conveyor belt (b) Detecting ”read only“hole in a
floppy disk

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Principais tipos de fotodetetores usados: foto-resistores,
foto-diodos, foto-transistores e células fotovoltaicas.
(a) Foto-resistor (b) Fotodiodo
(c) Fototransistor (d) Célula Fotovoltaica

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Algumas aplicações utilizam um sensor ótico de proximidade
denominado slotted coupler ou optointerrupter.
(a) Tipos de Encapsulamento (b) Circuito

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Aplicações: em situações onde a fonte de luz, o objeto a ser
detectado e o detector não possam estar próximos um do
outro. Ex.: sistemas de alarme, etc.
Problemas: em algumas aplicações industriais pode ser difícil
manter as lentes destes sistemas livres de sujeiras.

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Sensores de proximidade por efeito Hall:
Efeito Hall: Quando um fio condutor, percorrido por uma corrente
elétrica, é colocado na presença de um campo magnético as cargas deste
condutor sofrerão um força.
A força magnética sobre as cargas provoca uma corrente perpendicular a
direção de propagação da corrente inicial.
Isto promoverá o aparecimento de uma região com concentração de cargas
positivas e a outra de cargas negativas, criando um campo elétrico
perpendicular ao campo magnético B.

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Sensores de proximidade por efeito Hall:
Efeito Hall:
Esta corrente cessará quando o balanço de cargas, positivas e negativas
crie uma força elétrica que anule a força magnética sobre as cargas. Isto é,
A diferença de potencial entre as partes superior e inferior do condutor é
dada por
Onde, i é a corrente no condutor, A é
área seccional e n é o número de carga
por unidade de volume.

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Sensores de proximidade por efeito Hall:
Efeito Hall: alguns materiais como o cobre, germânio e
índio, produzem uma tensão na presença de um campo
magnético.

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Funcionamento: Quando varia-se o campo magnético, pelo
movimento de um magneto ou pela alteração do caminho do
campo magnético, a tensão gerada varia proporcionalmente.
A relação final é dada por:
Onde:
V H : tensão do efeito Hall
K : constante dependente do material
I : corrente propiciada por fonte externa
B : densidade de fluxo magnético
D : constante de espessura

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SENSORES DE PROXIMIDADE
A saída V H do sensor é variável com a distância e para se
obter uma ação de chaveamento, deve-se passá-la por um
detetor de limiar.
Uma chave completa por efeito Hall pode ser adquirida na
forma de um CI. Exemplo: Allegro A1211.
(a) Threshold detector (b) Allegro UGN-3175

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Allegro A1211:
SENSORES DE PROXIMIDADE

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Allegro A1211:
SENSORES DE PROXIMIDADE

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SENSORES DE PROXIMIDADE
Aplicações: em teclados de computador, em sensores de
proximidade em máquinas, em tacômetros de rotor dentado
(visto anteriormente), etc.
(a) Seletor de mudanças em veiculo (b) Sensor de nível em tanques

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Aplicações:
SENSORES DE PROXIMIDADE

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SENSORES DE CARGA
Sensores de carga medem força mecânica.
Na maioria dos casos, o sensor mede a pequena deformação
causada pela força.
Uma vez que a quantidade de deslocamento por tração
(esticamento) ou compressão (esmagamento) é
determinada, a força correspondente é calculada pelos
parâmetros mecânicos do material.
A razão da força pela deformação é uma constante para
cada material, como definido pela lei de Hooke:
F = KX
K : constante de mola do material
F : força aplicada
X : esticamento ou compressão resultante da força

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SENSORES DE CARGA
1) Strain Gauges a Fio (Bounded-Wire Strain Gauges)
Um strain gauge a fio pode ser usado para medir uma
grande faixa de forças, de 10 lb a várias toneladas.
Consiste num fino fio (0,001poleg) disposto em ziguezague
algumas vezes e cimentado em um fino substrato.
(a) Placement of gauges (b) Interface circuit using a bridge

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SENSORES DE CARGA
Atualmente utilizam-se técnicas de circuito impresso para
criar o padrão de fio.
A “strain gauge” (célula) deve ser seguramente fixado à
superfície de um objeto para detectar deformações.
A célula deve ser orientada de tal forma que a parte
longitudinal do fio em zigue-zague fique alinhada na mesma
direção da deformação esperada.
Se o objeto é posto sob tensão, a célula vai ser esticada e os
fios alongados.
Os fios não só ficam mais longos como também mais finos.

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SENSORES DE CARGA
Ambas as ações fazem com que a resistência total do fio
cresça, como ilustrado pela equação básica da resistência
elétrica:
R : resistência elétrica de um certo comprimento de fio (a 20 o C)
ρ : resistividade (uma constante dependente do material)
L : comprimento do fio
A : área da seção transversal do fio
A mudança na resistência em um strain gauge de fio é
pequena, apenas unidades percentuais do valor nominal,
possivelmente menos que um Ohm e é usada para calcular o
alongamento do objeto.

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SENSORES DE CARGA
Medir tais resistências requer um circuito em ponte. A
ponte também permite cancelar variações devidas à
temperatura pela conexão de um gauge de compensação
(dummy) como um dos resistores da ponte.
O gauge de compensação é fixado fisicamente próximo do
gauge ativo para estar submetido à mesma temperatura,
sendo orientado perpendicularmente para que a força
aplicada não alongue seus fios.

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SENSORES DE CARGA
A tensão ao longo da ponte é expressa por:
Hipóteses para aproximação:
Todos os resistores na ponte possuem o mesmo valor
nominal R quando a ponte está equilibrada;
Quando o gauge é alongado a sua resistência R G aumenta
para (R + ∆R); considera-se que 2∆R é muito menor que
4R.
Variação da resistência em função da variação de tensão:

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SENSORES DE CARGA
A relação entre o alongamento e a resistência é calculada
pelo uso do fator gauge FG (gauge factor GF):
:alongamento do objeto por unidade de comprimento,
denominada strain,
: fator gauge, uma constante fornecida pelo fabricante,
Uma última equação relaciona o strain ao stress em um
objeto.

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SENSORES DE CARGA
Stress : força por área de seção transversal, ρ
O stress e o strain são relacionados pelo módulo de Young
(módulo de elasticidade):
E : módulo de Young (uma constante para cada material)
ρ : stress (força por área de seção transversal)

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Exemplo de Aplicação:
SENSORES DE CARGA
Um “strain gauge” e um circuito em ponte são usados para
medir a força de tensionamento em uma barra de ferro. A
barra possui uma área de seção transversal de 13 cm 2 . O
“strain gauge” tem uma resistência nominal de 120 Ω e um
fator FG de 2. A ponte é alimentada com 10 V. Quando a
barra está sem carga, a ponte é balanceada para que a saída
seja 0 V. Então uma força é aplicada à barra, e a saída de
tensão da ponte passa para 0,0005 V. Encontre a força na
barra.

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SENSORES DE CARGA
2) Sensores de força a semicondutor
Sensores que utilizam o efeito piezorresistivo do silício.
As unidades modificam a resistência quando uma força é
aplicada e são de 25 a 100 vezes mais sensíveis que o strain
gauge a fio.
Um strain gauge a semicondutor é simplesmente uma fita
de silício que é fixada à estrutura.
Quando a estrutura é esticada, o silício é elongado, e a
resistência entre as suas extremidades aumenta (de forma
não linear).

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SENSORES DE CARGA
3) Sensores para forças pequenas
Aplicação: braços robôs manuseando objetos sensíveis, etc
Strain gauges montados num substrato elástico, como a
borracha, podem medir forças pequenas.
Outra solução é montar um sensor de força com uma mola e
um potenciômetro linear.

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Exemplo de aplicação:
SENSORES DE CARGA
Construir um sensor de força com as seguintes características:
Faixa de trabalho: 0 a 30 lb.
Deformação: 0,5 polegadas (máxima)
Saída: 0,1 V por lb.
Dispõe-se de um potênciometro linear com excursão de braço de 1 poleg.

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SENSORES DE CARGA
Outro sensor para forças bem pequenas é um sensor tátil feito
de espuma condutora (espuma de borracha saturada com
pequenas partículas de carbono).
Funcionamento: ao ser pressionada a espuma, a resistência
varia proporcionalmente (em uma dada faixa) à força
(diminuindo).
É o princípio utilizado em keypads a membrana.

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SENSORES DE PRESSÃO
Pressão: É a força por unidade de área que um material
exerce sobre o outro.
Unidades comuns: psi (lb/pol 2 ) e Pa (N/m 2 ).
Sensores de pressão são compostos por duas partes:
1 a .) Conversão de pressão numa força ou deslocamento.
2 a .) Conversão de força ou deslocamento em sinal elétrico.
Medidas de pressão são feitas apenas para gases e líquidos.

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SENSORES DE PRESSÃO
• Tipos de medida de pressão:
• Pressão Gauge - diferença entre a pressão de interesse e a
pressão ambiente. (é a medição mais simples)
(ao nível do mar: pressão ambiente = atmosf. = 101,3 kPa)
• Pressão diferencial - diferença de pressão entre dois
pontos distintos no circuito, onde nenhum deles está na
pressão atmosférica necessariamente.
• Pressão absoluta - medida por um sensor de pressão
diferencial com um dos lados em 0 psi (próximo ao vácuo
total).

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Tubo de Bourdon
O movimento é proporcional à pressão aplicada.
O deslocamento pode ser linear ou angular.
Um sensor de posição, como um LVDT, transforma o
deslocamento num sinal elétrico.
Disponível para pressões de 30 a 100.000 psi.
(a) ”Unbend“ type (b) ”Untwist“ type
Uso típico: medida
de pressão gauge de
vapor d'água e água.

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Fole (Bellow)
Foles de metal convertem pressão em um movimento linear.
Medidor de pressão diferencial: fole dentro de recipiente
(canister).
(a) Single-pressure type (b) Differential-pressure type
Mais sensíveis que o
tubo de Bourdon nas
pressões de 0 a 30 psi.

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Sensores de pressão a semicondutor
Utilizam a propriedade piezoelétrica do silício.
Pressão ⇒ resistência elétrica ⇒ tensão.
Vantagem: não possuem partes móveis.
Valores Comerciais:
Pressões nas faixas
de 0 a 1,5 psi e 0 a
5000 psi.

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Sensores de pressão a semicondutor
Exemplo: Sensor comercial ST2000 da Sym Inc.
Pode ser utilizado
para medir pressão de
fluidos e gases.
Possui amplificador
interno.
Saída: em tensão
proporcional à
pressão absoluta.

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TRANSDUTORES DE TEMPERATURA
Definição de temperatura – é a medida do nível de energia
térmica considerado pela vibração das moléculas de um
material.
Sólidos – átomos ou moléculas fortemente ligados uns com os
outros, sendo incapazes de afastarem-se de suas posições
de equilíbrio.
Líquidos – ao adicionar energia térmica, as ligações das
moléculas quebram-se e se movem ao longo do material.
Gases – o aumento na energia térmica intensifica a velocidade
das moléculas até que estas se afastam umas das outras.

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SENSORES DE TEMPERATURA
Fornecem uma saída proporcional à temperatura.
Coeficiente de temperatura: positivo (maior parte) ou
negativo
Principais tipos:
Bimetálicos
Termopares ou Termoacopladores (thermocouples)
Termo-resistências (RTDs)
Termistores
Semicondutores

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SENSORES DE TEMPERATURA
Sensores de temperatura bimetálicos
• Consiste de uma fita bimetálica enrolada em espiral onde
2 metais possuem diferentes coeficientes de expansão
térmica.
Utilizados para
controle ON-OFF.
(termostatos)
Fechamento de contato
por mercúrio.
Vantagem: não requer
condicionamento de
sinal.
A bimetallic thermal sensor controlling a mercury switch (shown in “cold” state).

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SENSORES DE TEMPERATURA
Termopares ou termoacopladores
Efeito Seebeck: uma FEM proporcional à temperatura pode
ser produzida por um circuito composto por duas junções
formadas por metais distintos.
Funcionamento: a junção submetida ao calor, fornece uma
tensão proporcional à temperatura.
A tensão medida será:
V = K*(T2 – T1)
Onde, K é um fator de
proporcionalidade
Deve-se conhecer a temperatura da junção fria ou de referência.

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SENSORES DE TEMPERATURA
Termopares ou termoacopladores
• Construção prática: dois fios metálicos, compostos por
duas ligas metálicas, normalmente heterogêneas, unidas
por um ponto de junção apenas.
• Mede-se a tensão sobre a junção fria que fica conectada
ao equipamento. É o padrão industrial.
• Internamente, o equipamento de medição usa diodo ou
outro componente qualquer para fornecer a temperatura
da junção fria.

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SENSORES DE TEMPERATURA
Termopares ou termoacopladores
• Exemplo de uso de um RTD como referência:
• Em laboratórios de calibração a configuração mais
comum é a de duas juntas (maior precisão). A junta fria é
solidamente conectada à fonte de 0 o C (garrafa térmica de
gelo)

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SENSORES DE TEMPERATURA
Termopares ou termoacopladores
• Cuidados no uso:
- o cabo nunca deve sofrer “extensão”, pois introduz erro
de leitura devido ao deslocamento da junta fria do eqpto.
- Quando for necessário, usar materiais iguais ao do
termopar ou cabos especiais e fazer uma operação de
compensação. Exemplo:

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SENSORES DE TEMPERATURA
Termopares ou termoacopladores
• Fontes de erros de medição:
- Carregamento do circuito do termopar;
- Precisão na leitura;
- Ruído e resposta dinâmica;
- Erro de Inserção.

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SENSORES DE TEMPERATURA
Termopares ou termoacopladores
- Erro de Inserção (inerente aos sensores de temperatura)
resultante do aquecimento ou resfriamento da junção e é
classificado em 3 tipos:
a) erro de condução (transferência de calor para o
ambiente através do contato do termopar com o corpo
monitorado)
b) erro de recuperação (em gases movimentando a altas
velocidades ocorre a sua estagnação próximo ao probe de
medida)
c) erro de radiação (devido a perdas por radiação de calor)

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SENSORES DE TEMPERATURA
Termopares ou termoacopladores
Problemas: a tensão obtida em função da temperatura é bem
baixa (da ordem de mV) e suscetível ao ruído.
Vantagens: ampla faixa de temperaturas mantendo a
linearidade e bastante robustos.
Aplicações: largamente empregados na indústria para a
medição e controle de temperatura.
Exemplo: termopar de uma liga ferro-constantan fornece 35
µV/ o C.

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SENSORES DE TEMPERATURA
Termopares ou termoacopladores
Características de tensão

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SENSORES DE TEMPERATURA
Termopares comerciais são disponíveis para diversas faixas
de temperatura e valores de sensibilidade.
A Thermocouple outputs for different wire types (referenced at 32°F).

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SENSORES DE TEMPERATURA
Termopares ou termoacopladores
Classificação (faixa temperaturas, materiais das ligas e precisão)

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Termopares
Junção quente: ponta de prova (probe).
Junção fria: referência de temperatura.
Vnet = Vhot – Vcold, conhecido Vcold, então: Vhot = Vnet + constante
Tipo J
(a) Basic principle
(b) Thermocouple
connected to copper
wires

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Termopares
Na prática: termopares conectados a cabos de cobre - três
junções se formam.
Junções com os cabos de cobre devem ser mantidas à
mesma temperatura (bloco isotérmico).
Também utilizam-se cabos de compensação.
Originalmente junção fria imersa em um banho de gelo
Vcold fica então constante e conhecida.
Modernamente não é mais necessário o banho de gelo,
utilizam-se, por exemplo, um sistema de acondicionamento
de temperatura para a junção fria.

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Termopares
• Outra alternativa para se compensar numericamente o
efeito da temperatura da junção fria, consulta-se numa
tabela a tensão correspondente Vcold à temperatura
ambiente e somando a Vnet, obtendo-se diretamente Vhot.
• 3a. Alternativa: usar um diodo sensível à temp. ambiente
A diode being used to compensate for cold-junction voltage.
A junção fria e o
diodo são mantidos à
mesma temperatura
por um bloco
isotérmico.

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Termo-resistências ou RTDs
Sensor de temperatura baseado no fato de que os metais
aumentam sua resistência elétrica com o aumento de
temperatura. (RTD = Resistance Temperature Detector)
Metal mais usado: platina. Outros: Ni, Cu, Fe, Mo (ligas)
Encapsulamento: em FIO ou FILME (barras de cerâmica).
Coeficiente de temperatura positivo, para a platina 0,0039 Ω/
Ω/ o C.
A resistance temperature
detector (RTD).

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Termo-resistências ou RTDs
PT 100: resistência de platina de 100 Ω a 0 o C e coeficiente de
temperatura de 0,39 Ω/ o C.
Vantagens: Muito preciso e estável.
Desvantagens: Baixa sensibilidade; Resposta lenta às
variações bruscas de temperatura; e Alto custo.
Princípio de funcionamento:
Variação da resist. elétrica com a temp. de um fio metálico:
Onde: Ro – Resistência a 0 o C
R(t) =R o (1+a.t+b.t 2 +c.t 3 )
a,b,c – parâmetros caraterísticos da liga ou metal.

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Termo-resistências ou RTDs
Costuma-se especificar RTDs pelo coeficiente médio (alfa) de
temperatura na faixa de 0 a 100 o C. Assim,
Alfa = (R 100 –R 0 ) / (100 R 0 ) em 1 / o C
Características de aplicação de metais e ligas mais usados:

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Termistores
Dispositivos de dois terminais que variam a
resistência com a temperatura
Materiais semicondutores baseados em óxidos de metais (Mn,
Ni, Cu, Fe, Ti).
Não lineares: não são obtidas leituras precisas de temperatura
Aplicações: para indicações de mudança de temperatura como
indicação de superaquecimento.
Alta sensibilidade.
Larga faixa de valores de resistência de poucos Ohms até
1MΩ.

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Termistores
Classificação: de acordo com a variação da resistência:
NTC – resistência diminui com o aumento da temperatura.
PTC – resistência aumenta com o aumento da temperatura.
NTC: mais usual na medição e controle de temperatura.
Pouco usados em processos industriais.
Relação Resistência x Temperatura dada pela equação de
Steinhart & Hart:
T = 1 / (a + b ln R + c ln R 3 )
Coeficientes a, b e c são característicos de cada modelo e
informados pelos fabricantes.
Exemplo de dispositivo: 44004 fabricado pela YSI

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Termistores
Exemplo de dispositivo: 44004 fabricado pela YSI
Problemas: baixas temperaturas. Não linear.
Aplicação típica dos NTCs: proteção de circuitos de potência
PTCs: limitação de uso dentro de uma faixa de temperatura
mais restrita que a dos NTCs.
Aplicação típica dos PTCs: proteção por sobrecarga por
corrente excessiva de componentes eletrônicos.

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Termistores
Termistores
Maiores resistências
para maiores
temperaturas pois
aumenta a
sensibilidade e
protege de
sobrecorrente
(a) Thermistor temperature vs. resistance curve (b) Interface circuit

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Sensores de Temperatura em CIs
Exemplo comum: séries LM34 e LM35.
LM35: Vout = 10mV/oC.
Montagens para temperaturas positivas e negativas.
LM135: saída em Kelvin.
Exemplo de aplicação em circuito:

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Sensores de Temperatura em CIs
Comparison of Rankine, Fahrenheit, Kelvin, and Celsius temperature scales.

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Sensores de Temperatura em CIs
Folha de dados: séries LM34 e LM35.

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Sensores de Temperatura em CIs
Exemplo comum: séries LM-34 e LM-35.

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Sensores de Temperatura em CIs
AD7414 (Analog Devices): sistema completo de
monitoramento digital de temperatura.
Analog Devices TMP1: termostato em um só chip. Três
resistores fornecem os limites superior e inferior da
temperatura. A saída pode comandar diretamente relés
para acionar aquecedores e refrigeradores.

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TRANSDUTORES de VAZÃO
Importância comercial da medição de vazão:
Ex.: Gasoduto Bolívia-Brasil
transporta até 30 milhões de metros cúbicos por dia de gás
natural
Estimando-se um custo de venda de U$ 0,50 por metro
cúbico, um erro sistemático de apenas 1% em um medidor
de vazão está associado a uma quantia de cerca de
U$ 150.000,00 por dia.

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TRANSDUTORES de VAZÃO
medem a quantidade de material fluido passando por um
ponto a um certo tempo.
Usualmente o material, gás ou líquido, está fluindo em um
tubo ou um canal aberto.
A vazão de sólidos não é abordada neste estudo.
A quantidade total movimentada é medida em unidades de
volume (litros, mm3, cm3, m3, galões, pés cúbicos) ou
em unidades de mssa (g, Kg, toneladas, libras).
A vazão instantânea é dada por uma das unidades acima,
dividida por uma unidade de tempo. Ex.: litros/min, m3/h,
galões/min. Para os gases e vapores: kg/h ou m3/h

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TRANSDUTORES de VAZÃO
Quando se mede vazão em unidades de volume deve-se
especificar as “condições base”. Ex:
Para líquidos – condição de operação: 0oC, 20oC, etc.
Para gases – comum indicar em Nm3 /h (metros cúbicos
normais por hora, ou seja a temperatura de 0oC e a
pressão atmosférica) ou em SCFM (pés cúbicos standard
por minuto, com T = 60oF e 14,696 PSIA de pressão
atmosf)
Tipos de Medidores de vazão:
- 1. Medidores de Quantidade,
- 2. Medidores Volumétricos.
Obs.: Erro de linearidade em função da construção física

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TRANSDUTORES de VAZÃO
1. Medidores de Quantidade – são aqueles que a qualquer
instante permitem saber que quantidade de fluxo passou
mas não a vazão do fluxo que está passando. Ex.: bombas
de gasolina, hidrômetros, balanças industriais, etc.
Tipos:
a) Medidores de Quantidade por Pesagem – utilizados para a
medição de sólidos (balanças industriais)
b) Medidores de Quantidade Volumétrica – são aqueles em
que o fluído ao passar pelo mecanismo de medição faz com
que o mesmo acione o mecanismo de indicação. São os
elementos primários de bombas de gasolina e hidrômetros.
Ex.: disco nutante, tipo pistão rotativo oscilante, tipo pistão
alternativo, tipo pás, engrenagem, etc.

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TRANSDUTORES de VAZÃO
1b) Medidores de Quantidade Volumétrica – são, na realidade,
motores movidos pela passagem de fluido. O número de
rotações do motor está associado à vazão do fluido.
Alguns tipos de medidores de vazão de deslocamento positivo:
• Medidor de disco Nutante
• Medidor de Palhetas
• Medidor de Lóbulos
• Bombas medidoras

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TRANSDUTORES de VAZÃO
• Medidor de disco Nutante
muito utilizado na medição do consumo doméstico de água. A
exatidão típica esperada para um medidor deste tipo é da
ordem de 1 a 2%.

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TRANSDUTORES de VAZÃO
• Medidor de Palhetas
Para este medidor a exatidão típica é da ordem de 0,5 %.

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TRANSDUTORES de VAZÃO
• Medidor de Lóbulos

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TRANSDUTORES de VAZÃO
2. Medidores Volumétricos
são aqueles que exprimem a vazão por unidade de tempo.
Tipos principais:
a) Sensores de vazão baseados na pressão - A pressão de um
fluído em movimento é proporcional à vazão.
b) Sensores de vazão de turbinas - A velocidade de rotação da
hélice é proporcional à velocidade de escoamento do
fluído.
c) Medidores de vazão magnéticos – O campo elétrico gerado
por um fluido condutor movendo-se dentro de um campo
magnético é proporcional à sua velocidade.

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TRANSDUTORES de VAZÃO
a) Sensores de vazão baseados na pressão diferencial
A pressão diferencial pode ser produzida por vários tipos de
elementos primários colocados na tubulação de forma que
o fluxo passe através deles.
Função: aumentar a velocidade do fluído diminuindo a área de
seção em um pequeno comprimento para haver uma queda
de pressão. Mede-se vazão a partir desta queda de pressão.
Vantagem: aplicam-se numa grande variedade de medições,
envolvendo a maioria dos gases e líquidos, incluindo
fluídos com sólidos em suspensão, fluídos viscosos, em
faixas de temperatura e pressão bem amplas.
Problema: perda de carga irrecuperável que causa ao processo.

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TRANSDUTORES de VAZÃO
a) Sensores de vazão baseados na pressão diferencial
PLACA DE ORIFÍCIO
É o sensor de vazão mais simples.
Perda de carga de 40 a 80% da Pressão Diferencial Gerada.
VANTAGENS
• Instalação fácil
• Econômica Baixa
• Construção simples
• Manutenção e troca simples

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TRANSDUTORES de VAZÃO
a) Sensores de vazão baseados na pressão diferencial
PLACA DE ORIFÍCIO
É o sensor de vazão mais simples.
Perda de carga de 40 a 80% da Pressão Diferencial Gerada.
DESVANTAGENS
• Alta perda de carga
• Baixa Rangeabilidade

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TRANSDUTORES de VAZÃO
a) Sensores de vazão baseados na pressão diferencial
A pressão de um fluido em movimento é proporcional à vazão.
Onde,
Q: vazão (in3)
C: coeficiente de descarga (aprox. 0,63 para a água se o diâmetro do orifício for ao menos
metade do diâmetro do tubo)
A: área do orifício (in2)
d: densidade do fluido (lb/in2)
P2 - P1: diferença de pressões (psi)
g: aceleração da gravidade (384in/s2)

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TRANSDUTORES de VAZÃO
a) Sensores de vazão baseados na pressão diferencial
PLACA DE ORIFÍCIO
Equação aproximada: vazão real depende de efeitos de
velocidade, da razão das áreas A1/A2 e da condição da
superfície do tubo.

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TRANSDUTORES de VAZÃO
a) Sensores de vazão baseados na pressão diferencial
Tubo de Venturi - Um venturi é uma restrição gradual num
tubo que faz com que a velocidade do fluido cresça na área
constrita e a pressão estática diminua temporariamente.
O sensor por venturi tende a manter a vazão laminar.
Tanto a placa de orifício como o tubo venturi ocasionam
quedas de pressão no tubo por onde escoa o fluido. O venturi
produz um diferencial menor para mesma vazão e diâmetro.

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TRANSDUTORES de VAZÃO
a) Sensores de vazão baseados na pressão diferencial
Tubo de Venturi
Vantagem: recuperação de pressão bastante eficiente.
Aplicações: recomendado quando se deseja um maior
restabelecimento de pressão e quando o fluido medido
carrega sólidos em suspensão.

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a) Sensores de vazão baseados na pressão diferencial
Tubo de Venturi - Exemplo de aplicação:

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a) Sensores de vazão baseados na pressão diferencial
Tubo de Pitot é um sensor de vazão baseado na pressão que
causa um mínimo de restrição ao escoamento.
O tubo pitot é um pequeno tubo aberto que encara de frente a
vazão. Composto por dois tubos:
O primeiro fica de frente para a vazão e mede a dita pressão
de impacto. O segundo abre-se perpendicularmente à vazão,
medindo a dita pressão estática.

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Tubo de Pitot
TRANSDUTORES de VAZÃO
A pressão de impacto é sempre maior que a pressão estática e
a diferença entre elas é proporcional à velocidade,
conseqüentemente à vazão.
O tubo pitot é usualmente empregado em aeronaves e
indicadores de velocidade marítima.

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TRANSDUTORES de VAZÃO
b) Sensores de vazão de turbinas (tipo spin ou flowmeters)
Empregam uma hélice (paddle wheel ou propeller) instalado
na direção da vazão.
Para turbinas construídas com pequenas perdas mecânicas, a
relação entre vazão e rotação é aproximadamente linear.
A vazão é obtida a partir da contagem da rotação que pode ser
feita facilmente por um sensor magnético e um imã
colocado na ponta de uma das pás da turbina ou usando um
sensor de efeito Hall.

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TRANSDUTORES de VAZÃO
b) Sensores de vazão de turbinas (tipo spin ou flowmeters)
Movimento da hélice captado por um sensor de efeito Hall.
O sensor de efeito Hall fornece um pulso a cada rotação da
hélice.

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TRANSDUTORES de VAZÃO
c) Medidores de vazão magnéticos
Princípio de funcionamento: Um fluido condutor movendo-se
dentro de um campo magnético gera um campo elétrico
dado pela expressão:
E = B.l.v
Onde, E: tensão elétrica induzida
B: densidade de fluxo magnético
l: comprimento do condutor
v: velocidade do condutor

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TRANSDUTORES de VAZÃO
c) Medidores de vazão magnéticos
Construção: Uma seção não
condutora do tubo é colocada
sob um campo magnético.
Produz-se então uma tensão
proporcional à velocidade do
fluido, detectada por eletrodos
aos lados do tubo.

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TRANSDUTORES de VAZÃO
c) Medidores de vazão magnéticos
Vantagens: São os mais flexíveis e universais dentre os
métodos de medição de vazão.
Perda de carga equivalente a um trecho reto de tubulação, pois
não possui qualquer obstrução. É virtualmente insensível à
densidade e à viscosidade do fluido de medição.
Aplicações: ideais para medição de produtos químicos
altamente corrosivos, fluidos com sólidos em suspensão, lama,
água, polpa de papel. Desde saneamento até industrias
químicas, papel e celulose, mineração e alimentícias.
Restrições: o fluído deve ser eletricamente condutivo, e fluidos
com propriedades magnéticas adicionam um certo erro de
medição.

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SENSORES DE NÍVEL LÍQUIDO
Os sensores de nível líquido medem a altura de um líquido
dentro de um recipiente.
Podem ser discretos ou contínuos.
Detetores de nível discretos
Detectam quando um líquido atinge um certo nível.
Tecnologias mais empregadas:
Bóia com chave de nível.
Fotocélulas.
Sondas com eletrodos que detectam a resistência (para
líquidos levemente condutivos).

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SENSORES DE NÍVEL LÍQUIDO
Detetores de nível discretos
(a) Bóia com chave
de nível
(b) Fotocélulas (c) Sondas Resistivas
Ex.: café, cerveja, ácidos
Automoveis – sensor de
temperatura fria

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SENSORES DE NÍVEL LÍQUIDO
Detetores de nível contínuos
Fornecem um sinal proporcional ao nível do líquido.
Tecnologias de medida:
- Bóia ligada a um sensor de posição (usado nos hodômetros).

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SENSORES DE NÍVEL LÍQUIDO
Detetores de nível contínuos
Tecnologias de medida:
- Medida da pressão ao fundo do recipiente:
A pressão é proporcional ao nível
Onde,
P=d.H
P – pressão gauge no fundo
d – densidade de peso (peso liquido
por unidade de volume)
H – altura do líquido no tanque

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SENSORES DE NÍVEL LÍQUIDO
Detetores de nível contínuos
Tecnologias de medida:
- Monitoração do peso do líquido por células de carga.

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SENSORES DE NÍVEL LÍQUIDO
Detetores de nível contínuos
Tecnologias de medida:
- Eletrodos verticais imersos: a saída é uma resistência ou
capacitância proporcional ao nível líquido.

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SENSORES DE NÍVEL LÍQUIDO
Detetores de nível contínuos
Tecnologias de medida:
- Sensores de ultrasom.
Pode-se empregar uma unidade completa, composta por
transdutor e circuito eletrônico.

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Bibliografia
•Moraes, Cícero Couto de, Castrucci, Plínio de Lauro.
Engenharia de Automação Industrial. LTC Editora, São Paulo,
2001.
•Thomazini, Daniel, e Albuquerque, Pedro Urbano. Sensores
Industriais: Fundamentos e Aplicações. Editora Érica, São
Paulo, 2005.
•Kilian, Christopher T. Modern Control Technology: Components
and Sistems, 2nd edition, Delmar Thomson Learning, USA, 2000.
•Souza, Geraldo Teles de. Controle de Automação Industrial.
Apostila. ETE Pedro Ferreira Alves, São Paulo, 2004.
•Catálogo Allen Bradley, disponível na web, sítio:
http://www.ab.com/catalogs/ (acesso em 04/2008)
•Azevedo, Luís Fernando A. Introdução à Medição de Vazão.
Notas de Aula do Curso: Métodos Experimentais para Engenharia
Mecânica, PUC-Rio.

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Bibliografia
As ilustrações utilizadas nesta apresentação foram retiradas das seguintes
referências:
•Kilian, Christopher T. Modern Control Technology: Components
and Sistems, 2nd edition, Delmar Thomson Learning, USA, 2000.
•Souza, Geraldo Teles de. Controle de Automação Industrial.
Apostila. ETE Pedro Ferreira Alves, São Paulo, 2004.
•Catálogo Allen Bradley, disponível na web, sítio:
http://www.ab.com/catalogs/ (acesso em 04/2008)
•Azevedo, Luís Fernando A. Introdução à Medição de Vazão.
Notas de Aula do Curso: Métodos Experimentais para Engenharia
Mecânica, PUC-Rio.