Prof. Afrânio Ornelas Ruas Vilela

Instrumentação Eletroeletrônica

Transdutores

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Processo

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Transdutores x Sensores

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SENSOR: é um elemento deum sistema de medição que é diretamente afetado por um fenômeno, corpo ou substância que contém a grandeza a ser medida. Pode-se citar como exemplos:

• O elemento de platina de um termômetro do tipo RTD, (Resistance Temperature Detector)

• Tubo de Bourdon de um manômetro,

• Bóia de um instrumento de medição de nível.

Transdutores x Sensores

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Um transdutor é um dispositivo que converte umtipo de energia qualquer em outro tipo de energiaqualquer.

• Tipos de energia incluem (mas não estão limitados aessas): elétrica, mecânica, eletromagnética (incluindoluz), química, acústica ou térmica.

• termopar,

• transformador de corrente

Transdutores x Sensores

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Sensor detecta uma variável física de interesse. Ex:pressão, temperatura, força.

Transdutor transforma essa variável em outra fácil de sermedida. Ex: transformar um sinal de temperatura emsinal elétrico.

Muitas vezes os termos “sensor” e “transdutor” sãousados indistintamente.

Nesse caso, o transdutor é o instrumento completo, queengloba o sensor e os demais componentes.

Transdutores

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Caracterização em relação a função:

• Transdutores Sensores: detectam as variáveis doprocesso e as transformam para posteriorprocessamento

• Transdutores Atuadores: alteram as variáveis doprocesso

• Transdutores Conversores: convertem e/outransferem energia entre dois sistemas

Transdutores sensores humanos

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Toque

Visão

Audição

Transdutores sensores industriais

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Posição

Velocidade

Aceleração/Vibração

Força/Pressão

Tensão e Corrente Elétrica

Temperatura

Densidade

Viscosidade

...

Classificação de Transdutores Sensores

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Passivos

• Sensores passivos geram diretamente um sinal elétricoem resposta a um estímulo.

• Não emitem radiação.

• Retiram energia do processo

Classificação de Transdutores Sensores

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Ativos

• Sensores ativos requerem ser excitados por uma fonteexterna de energia para operarem.

• Esse sinal de excitação é modificado pelo sensor, emfunção do estímulo (mensurando), para produzir o sinalde saída.

• Podem retirar ou inserir energia no processo

Classificação de Transdutores Sensores

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Simples

• Um transdutor é dito simples quando possui apenas um estágio detransdução entre entrada e saída.

• Exemplo (detector de proximidade indutivo):Produz uma variação de tensão elétrica quandoalgum material ferromagnético se movimentapróximo ao sensor (bobina em conjunto com umimã)

Classificação de Transdutores Sensores

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Composto

• Um transdutor é dito composto quando possui mais de um estágiode transdução entre entrada e a saída.

• Exemplo (célula de carga):

1. Elemento Elástico - converte força ou pressão emdeformação mecânica

2. Extensômetros de resistência elétrica convertemdeformação mecânica em variação de resistênciaelétrica

3. Converte variação de resistência em variação de tensãoelétrica

Quanto à função:

• Analógico: Fornece um sinal analógico de saída. Ex: tensão, ângulo de rotação (potenciômetro).

• Discreto: fornece um sinal de natureza binária, onde os valores estão associados aos estados lógicos. Ex: chaves, encoders.

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Classificação de Transdutores Sensores

Conforme o tipo de grandeza medida, classificam-se em:

• Transdutores de temperatura;

• Transdutores de posição;

• Sensores de nivel

• Transdutores fotoelétricos;

• Transdutores de pressão;

• Transdutores de vazão;

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Tipos de Transdutores

Transdutores de temperatura

Os transdutores de temperatura são dispositivos quepermitem ler temperaturas desde a criogenia (temperaturasmuito baixas, próximas do zero absoluto) à fusão, incluindoa fusão nuclear.

A forma de seleção do tipo de transdutor mais convenientepara cada aplicação é também condicionada pelo tipo deambiente ande este irá ser aplicado.

Em termos gerais existem 3 grandes tipos de transdutoresde temperatura: resistivos, termopares e termístores.

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Termômetro de Resistência (RTD)

As termoresistências ou bulbos de resistência ou termômetro deresistência ou resistance temperature detector (RTD) são transdutoresque se baseiam no princípio de variação da resistência ôhmica emfunção da temperatura.

Estes transdutores de temperatura possuem grande exatidão eexcelente repetitividade de leitura.

O primeiro a usar o termômetro de platina foi William Siemens em 1871

O material mais utilizado é a platina, a qual se padronizou, poisapresenta uma ampla escala de temperatura, uma alta resistividadepermitindo assim uma maior sensibilidade, um alto coeficiente devariação de resistência com a temperatura, uma boa linearidade daresistência versus temperatura, por ter rigidez e ductibilidade para sertransformada em fios finos, além de ser obtida em forma puríssima

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• Atualmente o termômetro de resistência de Platina (Pt)mais utilizada na indústria e em estudo laboratoriais é o Pt-100, cujo sufixo numérico corresponde a sua resistênciaelétrica quando submetida a 0ºC. Outros tipos de termoresistência de platina.

• Pt-25

• Pt-50

• Pt-200

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Termômetro de Resistência (RTD)

• Equação para cálculo da resistência:

Onde:

• 𝑅0 = Resistência de referência na temperatura𝑇0(normalmente 0𝑜𝐶)

• 𝛼0, 𝛽0 e 𝛾0 são os coeficientes térmicos

• 𝑅𝑇 = resistência para a temperatura T

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Termômetro de Resistência (RTD)

Termopares

• Consiste na união de dois metais dissimilares, que produzem uma muitopequena tensão a uma dada temperatura.

• Esta tensão é proporcional à variação da temperatura e é lida econvertida em unidades de temperatura pelo medidor apropriado.

• São os transdutores mais utilizados por indústrias, devido a suasimplicidade, confiabilidade, baixo custo e robustez

• A diferença de temperatura entre a junta quente e a junta fria pode serobtida por meio da medição da diferença de potencial (ddp) geradaentre as juntas

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Termistores

• Os termistores PTC são resistências cujo valor é dependente da temperatura, normalmente fabricadas a partir de titanato de bário e são normalmente utilizadas em sistemas em que se pretenda uma drástica variação da resistência a uma dada corrente ou temperatura.

• Aplicações:

• sensor térmico para temperaturas entre os 60°C e os 180°C. Podem ser aplicados como por exemplo, na proteção de enrolamentos em motores e transformadores;

• Medidores de fluxo

• sensores de níveis de líquidos. Podem ser utilizados, por exemplo no controle do líquido de arrefecimento de motores de automóveis.

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Termistores

• Exemplo:

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