SENSORES

Transdutor

Dispositivo que converte uma forma de energia ou quantidade física noutra.

Sensor

Fornece informação de entrada no nosso sistema a partir do mundo externo.

Por exemplo, um sensor fotoeléctrico pode ser tanto um transdutor quanto um sensor propriamente dito.

Dizemos que um sensor fotoeléctrico é um transdutor quando ele converte energia luminosa em energia eléctrica. É o caso das células fotovoltaicas que convertem directamente luz em energia eléctrica.

Por outro lado, temos sensores propriamente ditos que convertem luz numa variação de uma grandeza eléctrica qualquer como corrente ou resistência. Esse é o caso das LDR e dos fotodíodos.

Atuador

Executam acções de saída para o mundo externo.

Exemplos de actuadores: Válvulas, relés, cilindros, motores, solenóides.

Tipos de sensores

Os sensores podem ser classificados de acordo a saída do sinal, podendo esta ser analógica ou digital.

Digitais ou discretos:

Assume apenas dois valores de saída ao longo do tempo, que podem ser interpretados como 0 e 1.

Analógicos ou proporcionais:

São informações em forma de um sinal elétrico proporcional à grandeza medida.

Existem vários tipos e modelos de sensores que variam conforme o objeto alvo de sensoreamento.

- Indutivos – São sensores que trabalham com um campo eletromagnético, portanto detectam apenas materiais ferromagnéticos.

- Capacitivos – São sensores que trabalham com o princípio da capacidade, detectam todos os tipos de materiais.

- Fotoeléctricos – São sensores que trabalham com emissão e recepção de luz, detectam todos os tipos de materiais.

- Ultra-sónicos – São sensores que operam com a emissão e reflexão de um feixe de ondas acústicas. A saída comuta quando este feixe é refletido ou interrompido pelo material a ser detectado.

Terminologia

Face sensora: A face sensora é o lado do sensor que detecta o objeto.

Distância sensora: É a distância entre a face sensora e o objeto a ser detectado. Com este parâmetro podemos definir a maior distância a que podemos deixar o sensor do objeto a ser detectado.

Histerese: A histerese pode ser traduzida como um atraso que tem como objetivo evitar falsas comutações na saída, este efeito propícia ao sensor uma banda de segurança entre o ligar (ON point) e o desligar (OFF point). As ilustrações abaixo são para um sensor com as seguintes características: distância sensora (SN) de 10 mm e histerese (H) de ± 20%.

Assim, se o objeto estiver a mover-se em direção ao sensor, deve mover-se para o ponto mais próximo para ligá-lo. Uma vez ligado (ON point), permanece ligado até que o objeto se mova para o ponto mais distante (OFF point).

Alvo padrão: Os fabricantes especificam nos catálogos a distância sensora nominal, que é a máxima distância na qual o objeto será detectado. Como esta distância depende do material usa-se um alvo padrão.

Sensores indutivos

Tem como elemento sensor uma bobina que gera um campo eletromagnético de alta freqüência.

A indutância varia com a proximidade de materiais ferromagnéticos.

Vantagens da detecção indutiva:

- Muito boa resistência aos ambientes industriais.

- Não possui contacto físico com o objeto.

- Aparelhos estáticos: sem peças em movimento no seu interior.

- Maior vida útil, independente do número de manobras.

- Velocidade elevada.

Princípios de funcionamento

O oscilador fornece energia à bobina que produz um campo eletromagnético.

Este campo perderá força (amplitude) quando um objeto metálico se aproximar da face sensora, reduzindo a amplitude da oscilação, esta queda de amplitude dá-se devido a indução de correntes parasitas no objeto metálico. O circuito de disparo detecta as mudanças na amplitude da oscilação. Quando uma mudança considerável é detectada o circuito de saída fornece um sinal para, por exemplo, um PLC (Controlador Lógico Programável).

Aplicações

A principal aplicação é a detecção de objetos metálicos, pois o campo emitido é eletromagnético.

Sensores capacitivos

São sensores capazes de detectar a aproximação de objetos sem a necessidade de contanto físico tal qual os sensores indutivos, porém com principio de funcionamento baseado na variação da capacidade.

Neste caso o elemento sensor é um condensador cuja capacidade varia com a aproximação de qualquer material.

Princípio de funcionamento

Os sensores capacitivos operam baseados no princípio da capacidade eletrostática de maneira similar às placas de um condensador. O oscilador e o elétrodo produzem um campo eletrostático. O alvo (objeto a ser detectado) age como uma segunda placa do condensador. Um campo elétrico é produzido entre o alvo e o sensor.

Como a amplitude da oscilação aumenta, há um aumento da tensão do circuito do oscilador, e o circuito de detecção responde mudando o estado do sensor (ligando-o).

Um sensor capacitivo pode detectar quase qualquer tipo de objeto. A entrada do alvo (objeto) no campo eletrostático perturba o equilíbrio da corrente do circuito do sensor, causando a oscilação do circuito do elétrodo e mantém esta oscilação enquanto o alvo estiver dentro do campo.

Na ausência de um alvo, o oscilador está inativo.

A capacidade do circuito com a ponta de compensação é determinada pelo tamanho do alvo, a sua constante dielétrica e a distância até à ponta.

Quanto maior o tamanho e a constante dielétrica de um alvo, mais este aumenta a capacidade. Quanto menor a distância entre a ponta e o alvo, maior a capacidade.

Aplicações

Os sensores capacitivos podem detectar objetos metálicos e não metálicos assim como produtos dentro de recipientes não metálicos. Estes sensores são usados geralmente na indústria de alimento e para verificar os níveis de fluidos e sólidos dentro de tanques. Os sensores capacitivos são mais sensíveis à flutuação da temperatura e da umidade do que são os sensores indutivos.

Sensores fotoelétricos

Os sensores fotoelétricos assim, como os capacitivos, detectam qualquer material, porém com uma distância sensora bem maior. São constituídos por dois circuitos eletrônicos sendo: O transmissor, responsável pela emissão/modulação da luz e o receptor, responsável pela recepção desta mesma luz.

Princípio de funcionamento

Detectam a mudança da quantidade de luz que é refletida ou bloqueada pelo objeto a ser detectado.

A composição básica do sensor fotoelétrico:

- Fonte de luz (Em geral são leds infravermelho ou visíveis).

- Sensor de luz (São componentes eletrônicos que alteram a intensidade da corrente que conduzem conforme a quantidade de luz recebida).

- Lentes (Os leds e os foto-sensores emitem e captam luz numa grande área. As lentes são utilizadas para estreitar essa área, isso faz com que o alcance da detecção seja maior).

- Saída (Se o nível de luz detectado for suficiente então o sensor liga ou desliga a saída).

Modos de detecção

Os 3 principais modos são:

- Sensor de barreira

- Sensor retro-reflexivo

- Sensor difuso

Detecção de pessoas

Comando de porta de garagem

E – Emissor

R – Receptor

Sensores ultra-sônicos

Os sensores ultra-sônico trabalham emitindo e recebendo sinais sonoros de alta freqüência

e, portanto inaudíveis ao homem.

Os transdutores ultra-sônicos têm cristais piezelétricos que têm uma ressonância a uma frequência desejada e convertem a energia elétrica em energia acústica e vice-versa.

Funcionamento

O princípio de funcionamento dos sensores ultra-sônicos está baseado na emissão de uma onda sonora de alta frequência, e na medição do tempo levado para a recepção do eco produzido quando esta onda choca com um objeto capaz de refletir o som.

Eles emitem pulsos ultra-sônicos ciclicamente. Quando um objeto reflete estes pulsos, o eco resultante é recebido e convertido num sinal elétrico.

A detecção do eco incidente, depende de sua intensidade e esta da distância entre o objeto e o sensor ultra-sônico. Os sensores ultra-sônicos funcionam medindo o tempo de propagação do eco. Isto é, o intervalo de tempo medido entre o impulso sonoro emitido e o eco do mesmo.

Algumas vantagens e desvantagens dos sensores ultra-sônicos

- Existe uma zona morta próxima da face sensora.

- Alguns materiais como espumas, tecidos, borrachas são difíceis de detectar, pois absorvem o som.

- Possui um custo mais elevado que os sensores referidos anteriormente.

Aplicações

Os sensores ultra-sônicos podem ser utilizados para os mais diversos fins, incluído: medidas de diâmetro de rolos, detecção de quebra de fios, presença de pessoas, medição de densidades, etc.

Considerações para a instalação de sensores

A consideração principal na instalação elétrica de sensores é o limite da corrente elétrica aplicável. A corrente de saída (carga) deve ser limitada para a maioria dos sensores a uma corrente de saída bastante pequena. O limite da saída fica geralmente entre 50 e 200 miliamperes. É crucial que a corrente esteja limitada a um nível que o sensor possa suportar. Os módulos de entrada do PLC (Controlador Lógico Programável) limitam a corrente a níveis aceitáveis. Por sua vez, sensores com saídas de relé podem suportar correntes mais elevadas

(tipicamente 3 amperes).

Alimentação dos sensores

Um sensor, como qualquer outro dispositivo eletrônico, requer cuidado com a alimentação, pois se for feita de forma inadequada, poderá causar danos irreparáveis ao sensor.

Os fabricantes disponibilizam sensores capazes de trabalhar com tensões de 12 a 250 V alternada ou contínua.

Saídas dos sensores

Os sensores com saídas discretas possuem saídas com transistores, e estes podem ser NPN ou PNP.

Nos sensores com saída a relé as saídas não são eletrônicas, mas sim mecânicas. O relê possui contratos, normalmente abertos (NA) e normalmente fechados (NF), o que nos disponibiliza uma independência quanto à tensão da carga. A principal vantagem sobre os eletrônicos está em poder trabalhar com correntes mais altas.

Ligação elétrica dos sensores

Observar os esquemas de ligação elétrica, identificando as cores dos fios antes de instalar o sensor, evitando principalmente que a saída do sensor seja ligada à rede elétrica, o que causaria a destruição do sensor.

Não se devem utilizar lâmpadas de incandescência com os sensores, pois a resistência do filamento frio provoca uma corrente de pico que pode danificar o sensor.

As cargas indutivas, tais como contactores, relés devem ser bem especificadas porque a corrente de ligação ou de corte podem danificar o sensor.

Conforme as recomendações das normas técnicas deve-se evitar que os cabos dos sensores utilizem os mesmos tubos dos circuitos de potência. As tensões induzidas podem possuir energia suficiente para danificar os sensores.

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