093833_Aula 5- Sensores

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Prof. Cícero Brandão

Sensores

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Definições

• Sensores são dispositivos que detectam ou medemuma quantidade física em um ambiente.

• Sensores produzem um sinal que permite medir umaquantidade, tal como: força, torque, temperatura,velocidade, corrente elétrica, posição …

• Sensores são dispositivos que detectam informaçõessobre um sistema e do meio onde ele está imerso e astransmite para o controlador, display e/ou registrador.

• Envolve conhecimentos numa variedade de áreas, taiscomo: física, química, engenharia, biologia e bioquímica,materiais, eletrônica dentre outras.

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Classificação dos sensores

• São classificados pela variável detectada, atecnologia utilizada, aplicação ou pelo princípio deconversão utilizado.

• Diferentes tipos de outputs: visuais, elétricos.Poucos tem outputs digitais: requerem conversorADC

• Escolhidos de acordo com a grandeza a medir ecom o tipo de saída.



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Sensores – Aquisição de dados

• Aquisição de dados: – Medição pode ser contínua ou discreta

– Controle sobre o sistema pode ser local ou remoto(Ex. via Internet)

SensorDados

PC

Data Logger

Microcontrolador

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Sensores – Tratamento dos dados

• Os sensores podem sofre influência do meio, istofaz com que seu sinal de saida apresnte umcerto nível de ruído .

• São necessárias técnicas de filtragem de sinais euso de estatística para reduzir estas ocilações, ouseja, é necessário reduzir o erro entre o valormedido e o verdadeiro valor da grandeza medida.

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Terminologia

Transdutor é o elemento, dispositivo ouinstrumento que recebe a informação naforma de uma quantidade e a convertepara informação para esta mesma forma

ou outra diferente.



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1. elemento sensor ou elemento transdutor para odispositivo onde a entrada e a saída são ambas não-padronizadas e de naturezas iguais ou diferentes.

Ex.: Naturezas iguais – Placa de orifício

Naturezas diferentes – Termopar

2. transdutor para o instrumento onde a entrada e asaída são ambas padronizadas de naturezas diferentes.

Ex.: Transdutor P/I

Terminologia

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Terminologia e símbolo

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Princípios de transdução

1. mecânicos

2. eletrônicos

Toda variável de processo pode ser medida eletronicamente enem toda variável pode ser medida mecanicamente.

As principais vantagens do sinal eletrônico sobre o mecânico são:

1. não há efeitos de inércia e atrito,

2. a amplificação é mais fácil de ser obtida

3. a transmissão é mais fácil e poderosa (pode ser digital).



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Sensores Mecânicos

O elemento sensor mecânico recebe na entradaa variável de processo e gera na saída umagrandeza mecânica, como movimento,força oudeslocamento, proporcional à variável medida.

Slide 11 Exemplos de elementos sensores

mecânicos:

1. Espiral, para a medição de pressão;

2. Enchimento termal, para temperatura;

3. Placa de orifício, para a vazão

1 ) 2 ) 3 )

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Sensores Eletrônicos

O elemento sensor eletrônico recebe na entrada avariável de processo e gera na saída uma grandezaelétrica, como tensão, corrente elétrica, variação deresistência, capacitância ou indutância, proporcional aesta variável.

Sensores eletrônicos ativos e passivos.



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Sensores ativos

• Os elementos ativos geram uma tensão ou umacorrente na saída, sem necessidade de

alimentação externa.

Exemplos:

1. cristal piezelétrico para a pressão2. termopar para a temperatura

3. eletrodos para a medição de pH.

Os circuitos que condicionam estes sinaisnecessitam de alimentação externa.

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Sensores passivos

Os elementos passivos necessitam de umapolarização elétrica externa para poder mediruma grandeza elétrica passiva para medir a

variável de processo

As grandezas elétricas variáveis são: a resistência, acapacitância e a indutância. Exemplo de elementos

sensores passivos eletrônicos:

1. resistência para medição de temperatura2. célula de carga (strain gauge ) para a

medição de força e de nível,

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Os elementos sensores eletrônicos

1. capacitivo2. indutivo3. relutante

4. eletromagnético5. piezelétrico6. resistivo7. potenciométrico8. strain gauge9. fotocondutivo10. fotovoltaico11. termelétrico12. ionizante



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Sensor capacitivo

O sensor capacitivo converte a variável de processomedida em uma variação da capacitância elétrica. Umcapacitor consiste de duas placas condutoras de área Aseparadas por um dielétrico (ε) pela distância d, conformea expressão matemática seguinte:

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Sensor capacitivo

A variação de capacitância pode ser causada, por:

1. pelo movimento de um dos eletrodos (placas), alterando a distancia d

2. pela variação da área das placas

3. pela variação do dielétrico entre as duas placas fixas.

a) Placas móveis, dielétrico fixo

b) Transdução capacitiva

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Sensor Indutivo

O sensor indutivo converte a variável de processomedida em uma variação da auto-indutância elétrica de

uma bobina

Transdução indutiva

As variações da indutância podem ser causadas pelo movimento de umnúcleo ferromagnético dentro da bobina ou pelas variações de fluxo

introduzidas externamente na bobina com núcleo fi xo.



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Sensor relutante

O sensor relutante converte a variável de processo medida em uma

variação da voltagem devida a uma variação n a relutância entreduas ou mais bobinas separadas e excitadas por tensão alternada

(ou de duas porções separadas de uma mesma bobina).

Transdução relutiva por transformador diferencial

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Sensor eletromagnético

O sensor eletromagnético converte a variável deprocesso medida em uma força eletromotriz induzida

em um condutor pela variação no fluxo magnético, na

ausência de excitação.

Transdução eletromagnética

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Sensor piezelétrico

O sensor piezelétrico converte uma variável de processomedida em uma variação de carga eletrostática (Q) ouvoltagem (E), gerada por certos materiais quandomecanicamente estressados. O stress é tipicamente deforças de compressão ou tração exercida no cristaldiretamente por um elemento sensor ou por um elomecânico ligado ao elemento sensor.

Transdução piezelétrica



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Sensor resistivo

O sensor resistivo converte a variável de processo medida

em uma variação de resistência elétrica.

Transdução resistiva

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Sensor potenciométrico

O sensor potenciométrico converte a variável de processomedida em uma variação de relação de voltagens pela

variação da posição de um contato móvel em umelemento resistivo, através do qual é aplicada uma

Transdução potenciométrica

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Sensor strain gauge

O sensor strain gauge converte a variável de processomedida em uma variação de resistência em d ois ou quatrobraços da ponte de Wheatstone.

Transdução de strain gauge



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Sensor fotocondutivo

O sensor fotocondutivo converte a variável de processomedida em uma variação de resistência elétrica (oucondutância) de um material semicondutor devidoà variação da quantidade de luz incidente nestematerial.

Transdução foto condutiva

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Sensor fotovoltáico

• O sensor fotovoltáico converte a variável de processomedida em uma variação de tensão elétrica de ummaterial semicondutor devido à variação da quantidadede luz incidente em junções de certos materiaissemicondutores.

Transdução fotovoltáica

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Sensor termoelétrico

O sensor termoelétrico converte a variável de processomedida em uma variação de força eletromotriz geradapela diferença de temperatura entre duas junções dedois materiais diferentes, devido ao efeito Seebeck.



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Sensor iônico

O sensor iônico converte a variável de processo medidaem uma variação da corrente de ionização existente

entre dois eletrodos.

Transdução ionizante

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Sensores

• Sites a explorar

– www.sensorsmag.com/ (artigos sobre as tecnologiasdos sensores e suas aplicações)

– www.findasensor.com/ (Lista de sensores existentespara cada tipo de variável ou aplicação)

– www.sensorland.com/HowPage001.html (explica

como funcionam os principais tipos de sensores)

– www.delphion.com (informação sobre patentes)

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Sensores

Prof. Cícero Brandão

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