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Sensores

Sensores Fabrício Ramos da Fonseca

Introdução aos Sensores

Nas plantas automatizadas os sensores são elementos muito importantes. Na nossa vida cotidiana, os sensores estão presentes em várias situações, ainda que muitas vezes não nos damos conta. Vamos analisar, por exemplo, o funcionamento de um termômetro. Ele indica a temperatura do nosso corpo através do mercúrio, uma substância que se expande com o aumento da temperatura. Então, podemos dizer que o mercúrio é o sensor da temperatura do corpo.

Quando subimos numa balança analógica e observamos nosso peso, por exemplo, estamos diante de um processo que faz uso de um sensor. A balança indica nosso peso ou massa porque uma mola sofre uma deformação mecânica proporcional a ele. A informação da deformação é transformada (mecanicamente) e faz girar o ponteiro da balança.

Há outros inúmeros exemplos do uso de sensores como o velocímetro de um automóvel que indica a velocidade de deslocamento porque existe um sensor que é capaz de medir a velocidade das rodas. Ou então, a porta de uma geladeira que ao ser aberta acende a luz, porque há um sensor que indica que ela foi aberta.

Procure pensar em outros exemplos da nossa vida em que os sensores estão presentes.

O sensor percebe (ou "sente") uma determinada grandeza física/química e a transmite para um indicador (termômetro, ponteiro do velocímetro, ponteiro da balança, etc.) e, em muitos casos, também para um controlador. Na transmissão de uma grandeza física/química há uma transformação de sinal. A deformação da mola pelo peso transforma-se no acionamento do ponteiro da balança, por exemplo.

Sensoré, então, um dispositivo capaz de monitorar a variação de uma grandeza física e transmitir esta informação a um sistema em que a indicação seja inteligível para nós ou para o elemento de controle do sistema. No caso do automóvel, por exemplo, o elemento que controla o sistema é o motorista; no caso da geladeira é uma ligação elétrica que determina se a lâmpada deve ser acesa.

Todos os dispositivos sensores são compostos por elementos denominados transdutores, pois são capazes de transformar um tipo de energia em outro. A maior parte dos sensores é constituída por transdutores que convertem uma grandeza de entrada em uma grandeza elétrica, que pode ser processada por um circuito elétrico ou eletrônico.

Sensores

Transdutor: é todo dispositivo que recebe um sinal de entrada na forma de uma grandeza física, e fornece uma resposta na saída, da mesma espécie ou diferente, que reproduz certas características do sinal de entrada a partir de uma relação definida.

Há vários tipos de sensores e, em um sistema, eles podem ser colocados em pontos diferentes.

Características e Tipos de Sinais

Os sensores podem ser classificados segundo o tipo de sinal que transformam. Assim, para estudar sensores é necessário começar pelos tipos de sinais.

Um sinal é uma informação na forma de um valor (ou de uma curva de valores) de uma grandeza física [DIN 19226]. Há diferentes representações para os diversos tipos de sinais, da mesma maneira que há diversas representações para uma grandeza física. Vamos ver, a seguir alguns tipos de sinais.

Sinal Digital

O sinal digital binário (“bi=dois”) só pode assumir dois valores. Estes valores são associados a estados que podem indicar, por exemplo, se uma pressão está acima ou abaixo de uma determinada referência. O valor 0 (zero) é geralmente utilizado para indicar estados como “falso”, “aberto”, “desligado” ou “abaixo da referência”, enquanto o valor 1 (um) pode indicar estados como “verdadeiro”, “fechado”, “ligado” ou “acima da referência”.

Observe o exemplo da Fig. 1.

Sensores

Fig. 1 - Exemplo de sinal binário ou discreto

Na Fig. 1, o gráfico da esquerda indica a sinalização digital binária mudando de zero para um de acordo com a mudança da variável pressão visualizada no gráfico da direita. No tempo T1, a pressão encontra-se em um valor onde seu nível binário correspondente é o zero. Ao alcançar o tempo T2, percebe-se que a pressão atingiu uma amplitude que faz com que o sensor seja comutado do valor zero para o valor um, detectando assim um aumento da pressão. A zona entre os níveis de acionamento lógico zero e um serve para absorver pequenas flutuações na pressão evitando que o sensor seja comutado por variações não significativas.

Estes estados são traduzidos em sinais elétricos para que os sensores possam ser ligados à porta de dispositivos industriais. As saídas mais comuns destes sensores são:

• Saída de Contato Seco: saída representada por dois terminais que ocasionalmente são “curto circuitados” por um evento, possibilitando a passagem de um determinado sinal. Podem ser encontrados nos formatos Normal Aberto (NA), onde os contatos inicialmente encontram-se desconectados e são acionados por um evento qualquer (chegada ao fim de curso de um pistão, abertura ou fechamento de uma porta, etc.) ou Normal Fechado (NF), onde os terminais inicialmente encontram-se conectados e são separados por um evento qualquer.

Fig. 2 - Ligação de um sensor de contato seco NA a um canal de entrada digital de um CLP

• Saída de Corrente Contínuao: os sensores com saída de corrente contínua são alimentados por uma fonte. Possuem na saída um transistor que tem como função chavear (ligar e desligar) a carga conectada ao sensor. Existem ainda dois tipos de transistores de saída, um que conecta o terminal positivo da fonte de alimentação, conhecido como PNP; e o tipo que conecta o negativo da fonte, conhecido como NPN.

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Fig. 3 - Ligação de um sensor de corrente contínua a uma carga que pode ser representada pela entrada digital de um CLP

A seguir, na Fig.4, estão indicados exemplos de sensores industriais que geram sinais digitais (ou discretos) binários e algumas das suas aplicações.

Tipo de dispositivo Sinal gerado Aplicações Aspecto

Botão de comando Digital – Contato seco

Ligar e desligar equipamentos.

Chave de nível Digital – Contato seco ou corrente contínua

Detectar se o nível de um reservatório está acima ou abaixo de uma referência.

Sensor indutivo de proximidade (tipo P ou N)

Digital – Contato seco ou corrente contínua

Detectar a presença de objetos metálicos.

Pressostato Digital – Contato seco

Detectar se a pressão de um vaso está acima ou abaixo de uma referência.

Fig. 4 – Aplicações de sensores que geram sinais binários

Sensores

Os sinais gerados por estes dispositivos podem ser ligados às entradas digitais de equipamentos industriais como CLPs para que possam ser interpretados e processados.

Na Fig. 5, a seguir, temos alguns exemplos de dispositivos industriais que são acionados por sinais digitais (ou discretos) binários e algumas das suas aplicações.

Tipo de dispositivo Sinal de ativação Aplicações Aspecto

Sinaleiro Digital – Tensão de

C ou CA

Indicação luminosa de equipamento ligado ou parado. Alarmes.

Contator Digital – Tensão de

C ou CA

Acionar circuitos elétricos de maior potência. Intertravar comandos elétricos.

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