SENSORES, INSTRUMETAÇÃO E AQUISIÇÃO DE DADOS

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1 SENSORES, INSTRUMETAÇÃO E AQUISIÇÃO DE DADOS

2 Sistemas de medidas Existe a necessidade do ser humano de obter informações do meio ambiente. A partir destas informações será possível modelar os fenômenos observados. A maioria das informações são obtidas de forma experimental. - Todos os fenômenos que ocorrem no universo, sejam eles diretamente observáveis ou não, são estudados. - Realizar uma experiência significa fazer certas manipulações com determinados corpos, para verificar como estes corpos se comportam em determinadas circunstâncias. A experiência serve para aumentar os nossos conhecimentos, através de observação do comportamento dos corpos, em determinadas circunstâncias. O conhecimento que procuramos adquirir através da experiência é o conhecimento de certas regularidades que se chamam relações de causa e efeito. O fato de observarmos uma vez que uma dada causa produzir um determinado efeito não é suficiente para podermos estabelecer uma relação de causa e efeito, é preciso termos certeza de que, em circunstâncias iguais, aquela causa produzirá o mesmo efeito, em qualquer época e em qualquer lugar.

3 Sistemas de medidas Existe a necessidade do ser humano de obter informações do meio ambiente, A partir destas informações será possível modelar os fenômenos observados, • Em engenharia a maioria das informações são obtidas de forma experimental. Na Figura 1 apresenta-se um sistema generalizado de Pesquisa Experimental em Engenharia.

4 EXPERIÊNCIAS Qualitativa Quantitativa Observação Constatar Examinar
Sem quantificação Medir Valor numérico Na experiência qualitativa, limitamo-nos a observar o que acontece, sem tentar associar números ao resultado das nossas observações, isto é, sem medir. Na experiência quantitativa, observamos o comportamento dos corpos e, adicionalmente, realizamos processos de medição, que nos permitam exprimir quantitativamente o resultado da experiência. As experiências quantitativas constatam fenômenos e examinam propriedades, exprimem através de números o resultados das observações.

5 MEDIÇÃO É o processo empírico e objetivo de designação de números a propriedades de objetos ou eventos do mundo real de forma a descrevê-los. Comparação da quantidade ou variável desconhecida com um padrão definido para este tipo de quantidade, implicando então num certo tipo de escala, como mostrado pela Figura. MEDIÇÃO conjunto de operações realizadas num objeto ou sistema físico de acordo com um procedimento documentado usando meios técnicos com a finalidade de determinar algumas propriedades físicas do objeto ou sistema. É o processo empírico e objetivo de designação de números a propriedades de objetos ou eventos do mundo real de forma a descreve-los. Outra forma de explicar este processo é comparando a quantidade ou variável desconhecida com um padrão definido para este tipo de quantidade, implicando então num certo tipo de escala.

6 quantidades consumidas
investigação segurança Objetivos da medição quantidades consumidas verificação controle de processo Objetivos da medição - investigação - medição de quantidades consumidas - segurança - verificação - controle de processo

7 Sistema geral de medida
Os sistemas de medidas apresentam geralmente três elementos constituintes, mostrado na Figura: • Elementos sensores • Conversores de sinais • Elementos mostradores ou atuadores

8 Malha fechada Malha aberta
Sistema de controle que usa sensores para medir a variável controlada, calcula o quão distante a variável controlada está do valor de referência e corrige as suas ações para alcançá-lo. Malha aberta Sistema em que o controle ocorre sem que haja uma amostragem do resultado ao longo do processo, ou seja, sem a utilização de sensores. Características estáticas dos sensores Sensibilidade A razão entre a mudança y na saída, causada por uma mudança x na entrada. Exatidão Qualidade da medição que assegura que a medida coincida com o valor real da grandeza considerada. O valor representativo deste parâmetro é o valor médio.

9 Sensor Dispositivos que mudam seu comportamento sob a ação de uma grandeza física, podendo fornecer direta ou indiretamente um sinal que indica esta grandeza. Sensor Dispositivos que mudam seu comportamento sob a ação de uma grandeza física, podendo fornecer direta ou indiretamente um sinal que indica esta grandeza.

10 Transdutor Sistemas compostos por sensores mais algum dispositivo elétrico, eletrônico ou eletromecânico. É o complemento de um elemento sensor com o objetivo de tornar possível a medição de determinada grandeza ou mesmo melhorar as condições de medição do sensor. Sensor Dispositivos que mudam seu comportamento sob a ação de uma grandeza física, podendo fornecer direta ou indiretamente um sinal que indica esta grandeza.

11 Áreas de aplicação Automação industrial
Identificação de peças Medição Verificação de posição, etc . Automação bancária e de escritório leitura de código de barras leitura de tarja magnética identificação de impressão digital, etc . Características estáticas dos sensores Sensibilidade A razão entre a mudança y na saída, causada por uma mudança x na entrada. Exatidão Qualidade da medição que assegura que a medida coincida com o valor real da grandeza considerada. O valor representativo deste parâmetro é o valor médio.

12 Áreas de aplicação Automação residencial (domótica) Automação veicular
Sensores de composição dos gases do escapamento Sensores de temperatura Sensores de velocidade, etc Automação residencial (domótica) Sistemas de alarme Sensores para controle de temperatura ambiente Sensores para controle de luminosidade Sensores de vazamento de gás Sensores de presença para acendimento automático de lâmpadas, etc Características estáticas dos sensores Sensibilidade A razão entre a mudança y na saída, causada por uma mudança x na entrada. Exatidão Qualidade da medição que assegura que a medida coincida com o valor real da grandeza considerada. O valor representativo deste parâmetro é o valor médio.

13 Exemplos de aplicação Verificação da presença de peça
Contagem de peças

14 Exemplos de aplicação Verificação se o cilindro atingiu a posição desejada Seleção de peças

15 Exemplos de aplicação Medição de uma peça
Identificação do perfil de uma peça

16 Exemplos de aplicação Verificação do nível de um reservatório
Identificar o sentido de giro de um objeto

17 Exemplos de aplicação Medir a velocidade de um motor

18 Tipos de Sinais Gerados

19 Caracterização dos Sensores

20 Classificação dos Sensores
Passivos x Ativos Ex.: Chaves; Resistores Variáveis; Célula Fotoelétrica; Cristal Piezoelétrico. Sensor entrada saída Energia Auxiliar

21 Classificação dos Sensores
Analógicos x Digitais Ex.: Chaves; Potenciômetro; Encoder. Absolutos x Incrementais Servo como sensor.

22 Características estáticas
Exatidão Qualidade da medição que assegura que a medida coincida com o valor real da grandeza considerada. O valor representativo deste parâmetro é o valor médio. Características estáticas dos sensores Sensibilidade A razão entre a mudança y na saída, causada por uma mudança x na entrada. Exatidão Qualidade da medição que assegura que a medida coincida com o valor real da grandeza considerada. O valor representativo deste parâmetro é o valor médio.

23 Relação entre precisão e exatidão
Qualidade da medição que representa a dispersão dos vários resultados, correspondentes a repetições de medições quase iguais, em torno do valor central. Relação entre precisão e exatidão Precisão Qualidade da medição que representa a dispersão dos vários resultados, correspondentes a repetições de medições quase iguais, em torno do valor central.

24 RESOLUÇÃO Menor intervalo possível entre duas medidas discretas adjacentes. A menor variação no sinal de entrada que resultará em uma variação mensurável na saída. Características estáticas dos sensores Sensibilidade A razão entre a mudança y na saída, causada por uma mudança x na entrada. Exatidão Qualidade da medição que assegura que a medida coincida com o valor real da grandeza considerada. O valor representativo deste parâmetro é o valor médio.

25 SENSIBILIDADE A razão entre a mudança y na saída, causada por uma mudança x na entrada. Ex. LM mv/oC Características estáticas dos sensores Sensibilidade A razão entre a mudança y na saída, causada por uma mudança x na entrada. Exatidão Qualidade da medição que assegura que a medida coincida com o valor real da grandeza considerada. O valor representativo deste parâmetro é o valor médio.

26 REPETIBILIDADE Resultado de uma seqüência de medidas da saída com a mesma entrada nas condições de operação. Fator primário para se determinar a precisão de um instrumento Características estáticas dos sensores Sensibilidade A razão entre a mudança y na saída, causada por uma mudança x na entrada. Exatidão Qualidade da medição que assegura que a medida coincida com o valor real da grandeza considerada. O valor representativo deste parâmetro é o valor médio.

27 LINEARIDADE Quando a curva de saída se aproxima de uma reta.
Levanta-se a curva que representa o comportamento do instrumento/sensor. Faz-se o ajuste, traçando-se uma reta V(v) Características estáticas dos sensores Sensibilidade A razão entre a mudança y na saída, causada por uma mudança x na entrada. Exatidão Qualidade da medição que assegura que a medida coincida com o valor real da grandeza considerada. O valor representativo deste parâmetro é o valor médio.

28 FAIXA Região entre os limites nos quais a grandeza é medida, recebida ou transmitida. Expresso em limites inferior e superior. Ex. Faixa temperatura de -20 a 200 oC Características estáticas dos sensores Sensibilidade A razão entre a mudança y na saída, causada por uma mudança x na entrada. Exatidão Qualidade da medição que assegura que a medida coincida com o valor real da grandeza considerada. O valor representativo deste parâmetro é o valor médio.

29 AMPLITUDE Diferença algébrica entre os limites superior e inferior da escala de medidas. Ex. Faixa de -20 a 200 oC tem-se uma amplitude de 220 São usualmente empregados na caracterização de transdutores, sensores ou mesmo instrumentos. Características estáticas dos sensores Sensibilidade A razão entre a mudança y na saída, causada por uma mudança x na entrada. Exatidão Qualidade da medição que assegura que a medida coincida com o valor real da grandeza considerada. O valor representativo deste parâmetro é o valor médio.

30 HISTERESE Dependência do valor de saída na história de excursões anteriores, para uma dada excursão de entrada

31 ZONA MORTA Faixa à qual a entrada varia sem dar início a mudança observável na saída

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

33 Características Dinâmicas
t(s) T(graus) Sensor Temperatura Real 63,2% Dinâmica f(hz) 1

34 Características Dinâmicas
Atraso ou tempo morto t(s) Sensor Posição Real d X(m)

35 Tipos de Sensores

36 Funções dos Sensores Cinemáticos Outros Dinâmicos posição presença
orientação velocidade aceleração proximidade Dinâmicos conjugado força tato Outros presença som luz temperatura tensão e corrente

37 Sensores de posição Posição linear Posição angular
De passagem: indicam que foi atingida uma posição no movimento, os detetores de fim-de-curso e contadores De posição: indicam a posição atual de uma peça, usados em medição e posicionamento.

38 Chaves fim-de-curso Interruptores que são acionados pelo objeto monitorado. Também usados com motores para limitar movimento, como no caso de um plotter ou impressora, ou abertura / fechamento de um registro.

39 Fim-de-curso magnético
Campo magnético num condutor distribui cargas: positivas de um lado e negativas do lado oposto da borda do condutor. Semicondutor: efeito é mais pronunciado. Surge pequena tensão nas bordas do material (Efeito Hall). Base do sensor magnético Hall: sensores em circuito integrado na forma de um transistor.

40 Sensores fim-de-curso magnético
Pode ser usado como sensor de posição se usado junto a um pequeno imã, colocado no objeto. Quando se aproxima, o sensor atua, saturando o transistor Hall, fazendo a tensão entre coletor e emissor próxima de 0V.

41 Posição com interruptor de lâminas
Usando um interruptor acionado por imã. Imã

42 Posição com sensores ópticos
Por reflexão: detecta a posição pela luz que retorna a um fotosensor, emitida por um LED ou lâmpada e refletida pela peça. Por interrupção: a luz emitida é captada por um fotosensor alinhado, que percebe a presença da peça quando esta intercepta o feixe. (light dependent resistor)

43 Posição e orientação: potenciômetro.
Tensão nos extremos de potenciômetro linear: tensão entre o extremo inferior e o centro (eixo) é proporcional à posição linear (potenciômetro deslizante) ou angular (rotativo).

44 Sensores de posição e orientação
Potenciômetro Revolução Linear Vantagens: barato; simples; absoluto; robusto. Desvantagens: pouco exato; baixa resolução; impõe carga ao sistema.

45 Posição por sensor capacitivo
A capacitância depende da área das placas A, da constante dielétrica do meio, K, e da distância entre as placas, d: C = K A / d Variação na capacitância convertida em desvio na freqüência de um oscilador, ou em desvio de tensão numa ponte de dois capacitores e dois resistores

46 Posição por sensores óticos.
Por transmissão de luz Encoders determinam a posição através de um disco ou trilho marcado. Relativos (incremental): posição demarcada por contagem de pulsos acumulados. Absolutos: um código digital gravado no disco ou trilho é lido por um conjunto de sensores ópticos (fonte de luz e sensor).

47 Posição por sensores óticos
A fonte de luz é geralmente o LED, e o sensor um fotodiodo ou fototransistor. São muito precisos e práticos em sistemas digitais (encoder absoluto), e usam-se em robôs, máquinas-ferramenta e outros.

48 Posição por sensores de luz
Encoders incremental absoluto Vantagens: alta resolução; sem contatos mecânicos; alta repetibilidade. Desvantagens: frágil; necessita de circuitos para contar os pulsos; caro.

49 Posição absoluta

50 Encoder ótico (relativo)

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59 Rotação counter-clockwise
Entendendo melhor Rotação clockwise 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 Rotação counter-clockwise

60 Sensores de posição e orientação
LVDT (Linear Variable Differencial Transformers) Vantagens: alta resolução; boa sensibilidade. Desvantagens: necessita de freqüente calibração; caro; condicionamento do sinal é caro.

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62 Velocidade: Interruptor de Lâminas
reed-switch: duas lâminas de ferro próx., com pequeno envoltório de vidro. Ao se aproximar um imã ou solenóide as duas lâminas se encostam, fechando os contatos externos. Imã na periferia de uma roda fecha os contatos a cada volta, gerando pulsações numa freqüência proporcional à rotação da roda.

63 Outras aplicações do Interruptor de lâminas
Além de seu uso como sensor de velocidade, é encontrado em alarmes, indicando porta ou janela fechada (um imã é instalado nesta, e o reeds-witch no batente), e em sensores de fim-de-curso, em máquinas industriais, gavetas de toca-discos CD e videocassete, etc.

64 Sensores Ópticos de velocidade
Empregam foto-diodos ou foto-transistor e uma fonte luminosa, lâmpada, LED ou laser. Há dois tipos básico reflexão interrupção

65 Velocidade por reflexão da luz
Disco com um furo ou marca de cor contrastante, que gira. Luz é emitida no disco e sensor recebe o feixe refletido. Na passagem do furo, a reflexão é interrompida, e é gerado um pulso pelo sensor.

66 Exemplo

67 Velocidade por interrupção de luz
Um disco com um furo. Fonte de luz e sensor ficam em lados opostos. Na passagem pelo furo, o feixe atinge o sensor, gerando um pulso. A freqüência destes pulsos é igual à velocidade, em rps.

68 Conjugado e Força (strain gauge)

69 Sensores de Proximidade
ic ie + - vce Óticos Simples; Barato; muito bom detetor de presença (on-off); Não é robusto com respeito à iluminação ambiente; Calibração depende da textura. Lente Fonte de luz Detector

70 Sensores de Proximidade
Ultra-som Aplicação de pulsos de 40 a 60kHz por 1 msec. Precisão de 1 % do valor máximo. Ângulo de 30 graus que causa reflexões indesejadas.

71 Sensores de temperatura (diodo)
Diodo 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 por uma equação de reta do tipo Vd = A - BT Esta equação vale até uns 125 ºC, limite para o silício.

72 Temperatura usando termopar
Quando dois metais encostados são submetidos a uma temperatura, surge nos extremos deles uma tensão proporcional à temperatura (efeito Seebeck). V = KT K é uma constante para cada par de metais, que é utilizável até seu limite térmico.

73 Temperatura e tensão Metal T. Máx Const. K
Cobre-constantán 375ºC 0,1mV/ ºC Ferro-constantán 750ºC 0,0514mV/ ºC

74 Aplicações O custo dos termopares é elevado, e são empregados em aplicações profissionais, onde se requer alta confiabilidade e precisão.

75 Temperatura c/ sensores Integrados
Há circuitos integrados sensores de temperatura, como o LM 335, da National. Oferecem alta precisão, por conterem circuitos linearizados. Operam de 0 a 100ºC aproximadamente.

76 Sensores de Luz Uso em fotometria (incluindo analisadores de radiações e químicos) Sistemas de controle de luminosidade, como os relés fotoelétricos de iluminação pública. Sensores indireto de outras grandezas, como velocidade e posição (fim de curso).

77 LDR O LDR (light dependent resistor) tem sua resistência diminuída ao ser iluminado. Material semicondutor, sulfeto de cádmio, CdS. A resistência varia de alguns M, no escuro, até centenas de , com luz solar direta.

78 Aplicações Os usos mais comuns do LDR são em relés fotoelétricos, fotômetros e alarmes. Sua desvantagem está na lentidão de resposta, que limita sua operação.

79 Foto-diodo Diodo semicondutor com junção exposta à luz.
Energia luminosa desloca elétrons para a banda de condução, reduzindo a barreira de potencial pelo aumento do número de elétrons, que podem circular se aplicada polarização reversa. Corrente nos foto-diodos é da ordem de dezenas de mA com alta luminosidade, e a resposta é rápida. Há foto-diodos para todas as faixas de comprimentos de onda, do infravermelho ao ultravioleta, dependendo do material.

80 Foto diodo

81 Aplicações do foto-diodo
Usado como sensor em controle remoto; Sistemas de fibra óptica; Leitoras de código de barras; Scanner (digitalizador de imagens) Canetas ópticas (que permitem escrever na tela do computador); Toca-discos CD; Fotômetros; Como sensor indireto de posição e velocidade.

82 Foto-transistor É um transistor cuja junção coletor-base fica exposta à luz e atua como um foto-diodo. Fornece alguns mA com alta luminosidade. Velocidade é menor que a do foto-diodo. Aplicações iguais do foto-diodo, exceto sistemas de fibra-ótica - operação em alta freqüência.

83 Foto-transistor

84 SENSORES ANALÓGICOS Pode assumir qualquer valor no seu sinal ao longo do tempo desde que estejam dentro de sua faixa de operação Exemplos temperatura Força Pressão Corrente elétrica Tensão Umidade Quantidade de luz - Todos os fenômenos que ocorrem no universo, sejam eles diretamente observáveis ou não, são estudados. - Realizar uma experiência significa fazer certas manipulações com determinados corpos, para verificar como estes corpos se comportam em determinadas circunstâncias. A experiência serve para aumentar os nossos conhecimentos, através de observação do comportamento dos corpos, em determinadas circunstâncias. O conhecimento que procuramos adquirir através da experiência é o conhecimento de certas regularidades que se chamam relações de causa e efeito. O fato de observarmos uma vez que uma dada causa produzir um determinado efeito não é suficiente para podermos estabelecer uma relação de causa e efeito, é preciso termos certeza de que, em circunstâncias iguais, aquela causa produzirá o mesmo efeito, em qualquer época e em qualquer lugar.

85 SENSORES DIGITAIS Pode assumir apenas dois valores no seu sinal de saída ao longo do tempo. Podem ser interpretados como zero ou um. Exemplos Detectores de passagem Encoders - Todos os fenômenos que ocorrem no universo, sejam eles diretamente observáveis ou não, são estudados. - Realizar uma experiência significa fazer certas manipulações com determinados corpos, para verificar como estes corpos se comportam em determinadas circunstâncias. A experiência serve para aumentar os nossos conhecimentos, através de observação do comportamento dos corpos, em determinadas circunstâncias. O conhecimento que procuramos adquirir através da experiência é o conhecimento de certas regularidades que se chamam relações de causa e efeito. O fato de observarmos uma vez que uma dada causa produzir um determinado efeito não é suficiente para podermos estabelecer uma relação de causa e efeito, é preciso termos certeza de que, em circunstâncias iguais, aquela causa produzirá o mesmo efeito, em qualquer época e em qualquer lugar.

86 SENSORES DE PRESENÇA

87 Sensor óptico por retrorreflexão Sensor óptico por transmissão
SENSORES DE PRESENÇA Sensores ópticos Sensor óptico por retrorreflexão Sensor óptico por transmissão Sensor óptico por reflexão difusa Cabos de fibra óptica Sensor infravermelho ativo Sensor infravermelho passivo Janela de luz Barreira ultra-sônica - Todos os fenômenos que ocorrem no universo, sejam eles diretamente observáveis ou não, são estudados. - Realizar uma experiência significa fazer certas manipulações com determinados corpos, para verificar como estes corpos se comportam em determinadas circunstâncias. A experiência serve para aumentar os nossos conhecimentos, através de observação do comportamento dos corpos, em determinadas circunstâncias. O conhecimento que procuramos adquirir através da experiência é o conhecimento de certas regularidades que se chamam relações de causa e efeito. O fato de observarmos uma vez que uma dada causa produzir um determinado efeito não é suficiente para podermos estabelecer uma relação de causa e efeito, é preciso termos certeza de que, em circunstâncias iguais, aquela causa produzirá o mesmo efeito, em qualquer época e em qualquer lugar.

88 Sensor Óptico por Retrorreflexão
Emissor e receptor -> no mesmo corpo; Ativado -> interrupção do feixe de luz Distância -> características do refletor

89 Sensor Óptico por Transmissão
Detecção -> barreira de luz Trabalham alinhados Acionamento -> Interrupção do feixe

90 Óptico por Reflexão Difusa
Emissor e receptor -> mesmo corpo Luz emitida -> cria uma região Luz refletida de forma difusa

91 Cabos de Fibra Ótica Aplicação -> em conjuntos com alguns modelos de sensores Função -> transmitir o sinal luminoso

92 Infravermelho Ativo Funcionamento -> mesmo do sistema ópticos do tipo barreira Constituído por emissor e receptor Utilizados em aplicações de segurança

93 Infravermelho Passivo
Apenas o receptor tem ajuste de sensibilidade Aplicação -> alarmes de intrusão Distância -> 15 a 20 metros

94 Janela de Luz Funcionamento -> igual ao infravermelho ativo
Monitora uma região bem maior Aplicação -> sistemas de segurança de máquinas Possui de 4 a 20 feixes de luz Pode ser usado na detecção de pessoas em elevadores

95 SENSORES DE POSIÇÃO

96 Sensores de proximidade indutivo Sensores de proximidade capacitivo
SENSORES DE POSIÇÃO Sensores de proximidade indutivo Sensores de proximidade capacitivo Sensores de proximidade magnéticos LVDT Transformador diferencial rotacional variável – RVDT Sensor potenciométrico Encoders Sensor incremental angular Ultra-sônico - Todos os fenômenos que ocorrem no universo, sejam eles diretamente observáveis ou não, são estudados. - Realizar uma experiência significa fazer certas manipulações com determinados corpos, para verificar como estes corpos se comportam em determinadas circunstâncias. A experiência serve para aumentar os nossos conhecimentos, através de observação do comportamento dos corpos, em determinadas circunstâncias. O conhecimento que procuramos adquirir através da experiência é o conhecimento de certas regularidades que se chamam relações de causa e efeito. O fato de observarmos uma vez que uma dada causa produzir um determinado efeito não é suficiente para podermos estabelecer uma relação de causa e efeito, é preciso termos certeza de que, em circunstâncias iguais, aquela causa produzirá o mesmo efeito, em qualquer época e em qualquer lugar.

97 Sensores de Proximidade Indutivo
Detectam a presença de materiais metálicos sem contato Configuração -> 3 ou 4 fios Alimentação –> 2 + NA e/ou outro NF Sinal de saída -> PNP ou NPN PNP -> potencial positivo ligado a carga NPN -> potencial negativo ligado a carga Distância -> depende do material Grande repetibilidade

98 Substituem as chaves fim de curso Totalmente vedados
Aplicação -> controle de ausência ou presença Aplicação recomendada Velocidade de acionamento elevada Condições severas - poeiras, óleo, etc. Detectar peças pequenas ou frágeis Usualmente usados em máquinas de montagem, operatrizes, sistemas de usinagem e prensas

99 Sensores de Proximidade Capacitivo
Detectam materiais metálicos e não metálicos Distância -> depende do material Aplicação Controle de nível em silos Contagem de caixas em linha de produção Conferir a presença de líquidos

100 Sensores de Proximidade Magnéticos
Uso do campo magnético para geração de um sinal elétrico Podem ser: eletrônicos ou ampolas Reed Reed -> contato mecânico Eletrônicos -> efeito Hall Comportamento elétrico influenciado por um campo magnético

101 LVDT Transformador linear diferencial variável
Núcleo de material magnético móvel Movimento do núcleo gera uma ddp Vantagens Robusto Sem resistência por atrito Histerese desprazível Pequeno tempo de resposta Resolução infinitesimal

102 Aplicações Deslocamento Deflexão de vigas, fios ou anéis
Variação de espessura Nível de fluido Velocidade e aceleração

103 Sensor Potenciométrico
Transdutores de contato Especificação importante -> alcance Precisão e linearidade são avaliados como percentagem do fundo de escala

104 Encoders Convertem deslocamento linear ou angular em um trem de pulsos
Tipos Incremental absoluto

105 Incremental -> deslocamento em relação a um ponto inicial de referência
Absolutos -> medem deslocamento em relação a um ponto de referência interno do dispositivo

106 SENSORES DE TEMPERATURA

107 SENSORES DE TEMPERATURA
Termistores Termopares Termoresistências Par bimetálico Sensores eletrônicos Pirômetros - Todos os fenômenos que ocorrem no universo, sejam eles diretamente observáveis ou não, são estudados. - Realizar uma experiência significa fazer certas manipulações com determinados corpos, para verificar como estes corpos se comportam em determinadas circunstâncias. A experiência serve para aumentar os nossos conhecimentos, através de observação do comportamento dos corpos, em determinadas circunstâncias. O conhecimento que procuramos adquirir através da experiência é o conhecimento de certas regularidades que se chamam relações de causa e efeito. O fato de observarmos uma vez que uma dada causa produzir um determinado efeito não é suficiente para podermos estabelecer uma relação de causa e efeito, é preciso termos certeza de que, em circunstâncias iguais, aquela causa produzirá o mesmo efeito, em qualquer época e em qualquer lugar.

108 TERMISTORES Resistores termicamente sensíveis Tipos
PTC –> Positive Temperature Coefficient NTC -> Negative Temperature Coefficient

109 PTC Coeficiente térmico positivo apenas dentro de certa faixa de temperatura

110 NTC Coeficiente térmico negativo

111 Aplicações Química -> calorimetria, medição de condutividade térmica de gases Física -> medição de vazão de gases e líquidos Medicina -> termômetros Regulação de temperatura -> congelador, forno elétrico, sistema de aquecimento Veículos -> temperatura da água e óleo Sistemas de alarme contra incêndio

112 TERMOPARES Funcionamento -> geração de uma ddp causada por dois fios de materiais diferentes Tipos mais comuns: S, R, B, J, K, T e E Temperaturas -> -200 a oC Limites mínimos - ANSI MC > -200 oC para os tipos T, E e K, 0 oC para os tipos S e R e 800 oC para o tipo B Limite superior -> depende do diâmetro do fio utilizado na construção Limites válidos para uso contínuo com tubos de proteção

113 Tipos de Termopares

114 Termorresistências Filamento metálico de Platina ou Níquel
Bastante utilizado na industria Ótima precisão - larga faixa de trabalho Faixa de trabalho -> -200 a 650 oC Corrente de excitação -> 1 a 2 mA Termorresistencias mais usuais Pt-25,5 Pt-100 Pt-120 Pt-130 Pt-500 Pt-1000 Medição a 2, 3 ou 4 fios

115 VANTAGENS Maior precisão dentro da faixa
Não existe limitação para distância Dispensa fiação especial Protegido -> utilização em qualquer ambiente Boa reprodutibilidade Em alguns caso pode substituir o termopar com vantagens

116 DESVANTAGENS É mais caro que sensores nessa faixa
Deteriora-se com mais facilidade Temperatura máxima 630 oC Todo o corpo do bulbo deve estar com a mesma temperatura Alto tempo de resposta

117 Medição a 2 fios Utilizada quando não se deseja precisão elevada
Distância do sensor ao medidor menor que 3 m RL2 e RL2 -> podem induzir a erros graves Temperatura ambiente sobre os condutores induz a erros – maior comprimento maior o erro

118 Medição a 3 fios Método mais utilizado na indústria
Permite que a fonte fique mais próxima do sensor O terceiro fio atua somente como condutor de compensação RL1 irá balancear o circuito

119 Medição a 4 fios Montagem mais precisa – ocorre um balanceamento total das resistências dos fios É mais usado em laboratórios de calibração Usa-se uma fonte de corrente constante

120 Temperatura x Resistência

121 Temperatura x Resistência

122 SENSORES DE FORÇA E PRESSÃO
Células de carga Transdutor de pressão piezoelétrico Tubos de Bourdon Sensores de pressão ópticos Sensor de pressão integrado Sensor de pressão capacitivo - Todos os fenômenos que ocorrem no universo, sejam eles diretamente observáveis ou não, são estudados. - Realizar uma experiência significa fazer certas manipulações com determinados corpos, para verificar como estes corpos se comportam em determinadas circunstâncias. A experiência serve para aumentar os nossos conhecimentos, através de observação do comportamento dos corpos, em determinadas circunstâncias. O conhecimento que procuramos adquirir através da experiência é o conhecimento de certas regularidades que se chamam relações de causa e efeito. O fato de observarmos uma vez que uma dada causa produzir um determinado efeito não é suficiente para podermos estabelecer uma relação de causa e efeito, é preciso termos certeza de que, em circunstâncias iguais, aquela causa produzirá o mesmo efeito, em qualquer época e em qualquer lugar.

123 SENSORES DE VAZÃO Pressão diferencial
Sensor de pressão diferencial capacitivo Rotâmetros Turbina Sensor óptico Magnéticos Ultra-sônicos Medidores de vazão vortex Sensor térmico Engrenagens ovais - Todos os fenômenos que ocorrem no universo, sejam eles diretamente observáveis ou não, são estudados. - Realizar uma experiência significa fazer certas manipulações com determinados corpos, para verificar como estes corpos se comportam em determinadas circunstâncias. A experiência serve para aumentar os nossos conhecimentos, através de observação do comportamento dos corpos, em determinadas circunstâncias. O conhecimento que procuramos adquirir através da experiência é o conhecimento de certas regularidades que se chamam relações de causa e efeito. O fato de observarmos uma vez que uma dada causa produzir um determinado efeito não é suficiente para podermos estabelecer uma relação de causa e efeito, é preciso termos certeza de que, em circunstâncias iguais, aquela causa produzirá o mesmo efeito, em qualquer época e em qualquer lugar.

124 SENSORES DE TENSÃO E CORRENTE
Corrente CC Resistor shunt Sensor de efeito HALL Transformador CC Relé térmico Corrente CA Tipos de TC - Todos os fenômenos que ocorrem no universo, sejam eles diretamente observáveis ou não, são estudados. - Realizar uma experiência significa fazer certas manipulações com determinados corpos, para verificar como estes corpos se comportam em determinadas circunstâncias. A experiência serve para aumentar os nossos conhecimentos, através de observação do comportamento dos corpos, em determinadas circunstâncias. O conhecimento que procuramos adquirir através da experiência é o conhecimento de certas regularidades que se chamam relações de causa e efeito. O fato de observarmos uma vez que uma dada causa produzir um determinado efeito não é suficiente para podermos estabelecer uma relação de causa e efeito, é preciso termos certeza de que, em circunstâncias iguais, aquela causa produzirá o mesmo efeito, em qualquer época e em qualquer lugar.

125 O que é um sistema de Aquisição de Dados?
Fenômeno físico Interface (A/D) Processador sinal elétrico Sensor Tem por objetivo a coleta de informações sobre um determinado fenômeno que se quer estudar. A/D = analógico/digital

126 Por que utilizar um sistema de aquisição de dados?
Observação regional ou global (Sensoriamento Remoto) Observação por área: vários parâmetros e pontos de medida (Sistema de aquisição de dados) Observação puntual (Instrumento manual)

127 Sistema de aquisição de dados: topologia em estrela
Limitações para a área agrícola: Vários cabos, um para cada sensor Tratamento especial do sinal para sensores distantes Dificuldades de instalação e manutenção Coletor de dados Sensores

128 Topologia em barramento
Coletor de dados Sensores inteligentes interligados por um barramento com transmissão digital de sinais Sensores

129 Sensores inteligentes
Dispositivos miniaturizados construídos com microcontroladores (circuitos integrados que reúnem processador, memória, portas de I/O, temporizadores e conversor A/D em uma só pastilha) Barramento Amp Sensor Microcon- trolador Interface com o barramento Simples Compacto Robusto Versátil Baixo consumo Baixo custo

130 Sistema de aquisição de dados: estação climatológica automatizada
Transmissão dos dados Tx Dados Coleta dos dados Microcomputador Coletor de dados

131 INDICADORES DIGITAIS 

132 REGISTRADORES GRÁFICOS

133 REGISTRADORES COMPUTADORIZADOS


134 Arquivo de dados

135 Dados processados

136 FORÇA DE TRAÇÃO

137 Consumo de combustível

138 Força de tração x Velocidade

139 Temperatura do combustível


140 Análise – Conclusões

141 SINAL ANALÓGICO

142 SINAL DE PULSO