View
227
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
ELT030
InstrumentaçãoInstrumentação
2º Semestre - 2016
SENSORES: Proximidade e Deslocamento
SENSORES DE PROXIMIDADESENSORES INDUTIVOS
SENSORES CAPACITIVOS
SENSORES FOTOELÉTRICOS
SENSORES DE DESLOCAMENTOSENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR
SENSORES DE DESLOCAMENTO ANGULAR
2
SENSORES DE PROXIMIDADE: Introdução
Sensores de Contato Físico (mecânicos)
�Chaves de “fim-de-curso".
3
�Chaves de “fim-de-curso". �Usadas como sensor de posição.
SENSORES DE PROXIMIDADE: Introdução
� São dispositivos capazes de perceber a presença de um corpo de material metálico ou nãogerando um sinal elétrico em sua saída.
�Geram níveis de tensão capazes deserem interpretados por relés,contatores, CLP, decodificadores e
4
contatores, CLP, decodificadores eoutros dispositivos lógicos ouanalógicos.
�Alimentação: Tensões da rede elétricaou fonte de tensão contínua.
�Aplicações: Máquinas operatrizes,injetoras, máquinas têxteis e deembalagens, indústria automobilística,etc...
SENSORES DE PROXIMIDADE: Introdução
� Vantagens:� Não requer energia mecânica para sua operação
� Não possui contato mecânico com o material a detectar
� É totalmente vedado
� Opera em qualquer posição
� Possui alta velocidade de comutação
� É imune a vibrações� É imune a vibrações
� Vida útil elevada
� Desvantagens:� Necessidade de alimentação
� Possui consumo próprio
� Normalmente não possui manutenção
5
SENSORES DE PROXIMIDADE: Introdução
� CARACTERÍSTICAS GERAIS
Face Sensora:É a superfície onde emerge o campo eletromagnético.
Distância Sensora (S):É a distância em que aproximando-se o acionador da face sensora,o sensor muda o estado da saída.
Distância Sensora Nominal (Sn):É a distância sensora teórica, a qual utiliza um alvo padrão como
6
É a distância sensora teórica, a qual utiliza um alvo padrão comoacionador e não considera as variações causadas pelaindustrialização, temperatura de operação e tensão de alimentação.
Distância Sensora Real (Sr):Valor influenciado pela industrialização, especificado em temperaturaambiente e tensão nominal, com desvio de 10%.
Distância Sensora Efetiva (Su):Valor influenciado pela industrialização e considera as variaçõescausadas pela temperatura de operação.
Distância Sensora Operacional (Sa):É a distância em que seguramente pode-se operar, considerando-setodas as variações de industrialização, temperatura e tensão dealimentação.
SENSORES INDUTIVOS
� PRINCIPIOS DE OPERAÇÃO
�O sensor consiste de uma bobina em um núcleo deferrite, um oscilador, um detector de nível de sinais dedisparo e um circuito de saída.
7
disparo e um circuito de saída.�São projetados para operar gerando um campoeletromagnético e detectando as perdas das correntesparasitas geradas quando objetos do alvo de metalferroso penetram no campo.� Conforme um objeto de metal avança para dentro docampo, as correntes parasitas são induzidas no alvo.� O resultado é uma perda de energia e uma menoramplitude da oscilação.�O circuito de detecção reconhece, então, uma alteraçãoespecífica em amplitude e gera um sinal que acionará asaída do estado sólido para “ENERGIZADO” ou“DESENERGIZADO”.
SENSORES INDUTIVOS
� Alvo Padrão�Um alvo padrão é umquadrado de aço com 1 mm deespessura, com comprimentoslaterais equivalentes aodiâmetro da superfície ativa ou3X a distância do valor nominal
� Fatores de Correção do Alvo
8
3X a distância do valor nominalda comutação, a que for maior.
(Faixa de Detecção do Valor Nominal) x (Fator de Correção) = Faixa de Detecção.
SENSORES INDUTIVOS
� Sensores Indutivos Blindados versus Não-Blindados
9
Os sensores de proximidade blindadospermitem que o campo eletromagnéticofique concentrado na superfície frontal dosensor sem causar um disparo falso.
Alcances mais longos podem serobtidos através de um sensornão-blindado.
SENSORES CAPACITIVOS
� PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
� O campo sensoreado deste dispositivo é formado por eletrodos posicionadosconcentricamente, de forma semelhante a um capacitor aberto. Estes eletrodos irradiamum campo elétrico de sensoreamento. Quando uma massa penetra neste campo, acapacitância de acoplamento entre os eletrodos aumenta, o que faz o circuito oscilar. Aamplitude desta oscilação é avaliada por um circuito detetor que ativa a saída de estadosólido.
10
SENSORES CAPACITIVOS
� DISTÂNCIA SENSORA NOMINAL (Sn)�As distâncias sensoras nossensores capacitivos sãoespecificadas para o acionadormetálico de aço SAE 1020quadrado, com lado igual a 3 vezesa distância sensora para os modelosnão embutidos, e em sensores
� DISTÂNCIA SENSORA OPERACIONAL (Sa)
11
não embutidos, e em sensorescapacitivos embutidos utiliza-se olado do quadrado igual ao diâmetrodo sensor.
É a distância que observamos na prática,sendo considerados os fatores deindustrialização (81% Sn) e um fator queé proporcional ao dielétrico do material aser detectado, pois o sensor capacitivoreduz sua distância quanto menor odielétrico do acionador.
Sa = 0,81 . Sn . F(ε)
SENSORES CAPACITIVOS
� AJUSTE DE SENSIBILIDADE
� APLICAÇÕES
�O ajuste de sensibilidade dos sensores capacitivos éprotegido por um parafuso, que impede a penetração delíquidos e vapores no sensor.�O ajuste de sensibilidade presta-se principalmente paradiminuir a influência do acionamento lateral no sensor,diminuindo-se a distância sensora. Permite ainda que sedetecte alguns materiais dentro de outros, como por exemplo:líquidos dentro de garrafas, pós dentro de embalagens, ou
� APLICAÇÕES
12
líquidos dentro de garrafas, pós dentro de embalagens, oufluidos em canos ou mangueiras plásticas.
6.1.3 SENSORES CAPACITIVOS
� VANTAGENS� Detectam não só todos os metais com distâncias semelhantes, mas também materiais não
metálicos, como madeira, papelão, vidro, plásticos, concreto e até mesmo líquidos.
� Possibilitam a detecção de um material no interior de outro.
� DESVANTAGENS� O custo pode ser de 1,5 a 3 vezes superior ao de um sensor indutivo.
� Podem sofrer interferência de materiais incrustantes em sua superfície ativa, provocandoseu acionamento indevido.
13
SENSORES FOTOELÉTRICOS
� FUNDAMENTOS
� CARACTERÍSTICAS
14
SENSORES FOTOELÉTRICOS
� FUNDAMENTOS
� VANTAGENS
15
SENSORES FOTOELÉTRICOS
� SISTEMA POR BARREIRA
16
�A distância sensora nominal Sn é definida como sendo a máximadistância entre emissor e receptor.
SENSORES FOTOELÉTRICOS
� SISTEMA POR DIFUSÃO
17
�A distância sensora depende do tipo de material a ser detectado.�As características como cor, tonalidade e tipo de superfície influem nadeterminação da distância sensora, sendo necessário neste caso , atentar áscondições de aplicação como distância mínima de detecção, ponto dedetecção e grau de pureza do ambiente.
SENSORES FOTOELÉTRICOS
� SISTEMA POR REFLEXÃO
18
�A distância sensora é determinada como sendo a máxima distância entresensor e espelho podendo ser utilizado em distâncias menores.
SENSORES FOTOELÉTRICOS
� APLICAÇÕES� Ajustes:
� Angular o feixe de luz em relação ao objeto.
� Ajuste de sensibilidade disponível no corpo do sensor, reduzindo ou aumentado a emissão conforme o
tipo de material.
19
SENSORES FOTOELÉTRICOS
� SISTEMA UTILIZANDO FIBRAS ÓPTICAS
20
CONEXÕES ELÉTRICAS
� TIPOS DE SAÍDAS DE CONTATOS
� MARCAÇÃO DOS TERMINAIS DE SAÍDA
21
CONEXÕES ELÉTRICAS
� SENSORES EM CORRENTE CONTÍNUA
� SENSORES EM CORRENTE ALTERNADA
22
EXERCÍCIOS
1) Conceitue um sensor de proximidade e identifique suas vantagens e desvantagens.
2) Defina:
a. Face sensora
b. Distância sensora
c. Distância sensora operacional
3) Explique o funcionamento de um sensor de proximidade indutivo e identifique a sua limitação3) Explique o funcionamento de um sensor de proximidade indutivo e identifique a sua limitação
de desempenho.
4) Explique o funcionamento de um sensor de proximidade capacitivo. Cite suas vantagens e
desvantagens .
5) Explique os diversos tipos de funcionamento de sensores de proximidade fotoelétrico. Cite as
vantagens e desvantagens de cada um.
23
SENSORES DE DESLOCAMENTO
� São instrumentos usados para medir o movimento de um corpo.
� Este movimento pode ser retilíneo ou angular.
� Existem diferentes tipos cada um com suas características, seus méritos e limitações.
� EXEMPLO:
� Sensores de deslocamento linear: transformadores diferenciais, sensores resistivos esensores magneto sônicos.sensores magneto sônicos.
� Sensores de deslocamento angular: potenciométrico (resistivo), encoders ópticosincrementais e encoders absolutos.
24
SENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR: Transformador diferencial
� Conhecido como LVDT – Transformador diferencial de variável linear.
� O principio de funcionamento é baseado em transferência magnética, o que resulta em
resolução infinita. ( A menor fração de movimento pode ser detectada por condicionadores
eletrônicos de sinal adequados.)
� A primeira bobina é excitada em corrente ac.
� Material ferromagnético é colocado na posição linear central.
� Bobinas secundárias são conectadas opostamente uma á outra de modo que , na posição
central as suas saídas sejam canceladas.
25
SENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR: Transformador diferencial
� Armadura posição central.
26
� Armadura Sec. 1 � Armadura Sec. 2
SENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR: Transformador diferencial
� A amplitude da saída do transdutor aumenta independentemente da direção domovimento em relação à região central.
27
SENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR: Transformador diferencial
� SAÍDA DO LVDT
28
� Vantagens:�Operação livre de atrito (Elevada vida útil)�Resolução infinita (Rápida resposta)�Robustez física (Aplicações em ambientesagressivos)�Sensibilidade em um único eixo (Evitaproblemas como mau alinhamento)�Saída absoluta (a saída independe de umestado anterior ou seja ela não é incremental)
SENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR: Magneto-sônico
29
SENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR: Magneto-sônicos
� TIPOS DE PERFIS DA HASTE E DO CURSOR MAGNÉTICO
30
SENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR: RESISTIVOS
� POTENCIÔMETROS INDUSTRIAIS
31
� VANTAGEM: instrumento de ordem zero.(Respostas rápidas não existe constante de tempodo sinal medido.)� DESVANTAGEM: desgaste mecânico do contato entre o cursor e a pista resistiva.(Problemas de precisão, exatidão e linearidade)
SENSORES DE DESLOCAMENTO ANGULAR: Sensor resistivo
� FUNDAMENTOS
32
�Não se rcomenda a utilização de potenciômetros comuns de ¾ de voltadevido possuirem faixa e exatidão limitadas.�Potenciômetros multivoltas, com 5 e 20 voltas, podem ser encontradoscom exatidão e linearidade de 0,1%.
SENSORES DE DESLOCAMENTO ANGULAR: Encoder óptico incremental
� FUNDAMENTOS
33
�Fonte de luz�Máscara reticulada�Disco codificado�Conjunto de sensores ópticos.�O sinal luminoso resultante define a resolução do dispositivo em pulsos por revolução (ppr).
SENSORES DE DESLOCAMENTO ANGULAR: Encoder absoluto
� FUNDAMENTOS
34
Padrão código binário Padrão código Gray
SENSORES DE DESLOCAMENTO ANGULAR: Encoder absoluto
� FUNDAMENTOS
35
EXERCÍCIOS
1) Quais os tipos de sensores de deslocamento linear? Explique o princípio de funcionamento
de cada um deles.
2) Cite cinco vantagens de um LVDT e suas implicações.
3) Quais os tipos de sensores de deslocamento angular? Explique o princípio de funcionamento
de cada um deles.
4) Qual a vantagem do sensor de deslocamento angular absoluto sobre o incremental?
5) Calcule a resolução de um encoder absoluto em código binário de 8 bits. Qual o ângulo quando5) Calcule a resolução de um encoder absoluto em código binário de 8 bits. Qual o ângulo quando
a informação obtida for 00101101.
36
Recommended