Aula 4: Sensores utilizados na Eletropneumática · em um período de 8horas em temperatura ambiente e tensão nominal. Exemplo: 0,040mm ou 1% FS H= Histerese (hysteresys):Indica

Aula 4: Sensores utilizados na Eletropneumática

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Prof. Me. Bruno Medina PedrosoEtec Presidente VargasCurso Técnico em MecânicaDisciplina: Automação Industrial III

Introdução

Elementos de Trabalho

Elementos de Sinais

Elementos de Comando

Elementos de Processamentode Sinais

Energia deTrabalho

Energia deControle

É um componente ou dispositivo capaz de monitorar (captar), de alguma forma, a variação de uma grandeza física, e emitir esta informação na forma mais adequada para um sistema de controle.



Introdução

(Maquinismo)

(Instalações)

(Atuadores)

(Energia) (Sensores)

(Processador)

Corpo

Sistemas

Músculos

Alimento Sentidos

Cérebro(Software) Conhecimento



Controle de malha fechada

Malha Fechada

Malha Aberta

PLANTACONTROLADOR

Set PointSet Point

+

Sensor

_



Controle de malha fechada

Set Point – referência em tensão ou corrente

Processo/Planta

+

Sensor – responsável pela realimentação (feedback)

_

Saída (posição angular)



Características

R = Repetibilidade (Reproducibility) : Apresenta a capacidade de repetição do ponto de comutação. Para se obter este valor, é realizado um teste

em um período de 8horas em temperatura ambiente e tensão nominal.

Exemplo: 0,040mm ou 1% FS

H = Histerese (hysteresys): Indica a diferença entre o ponto de comutação (energização) e o ponto de desenergização do sensor.

Exemplo: 0,010 a 0,16mm

VB = Range de Tensão de Operação (Operation Range Voltage): É a faixa de tensão de alimentação do sensor

Exemplo: 10 a 30VDC

Ta = Range de Temperatura de Trabalho (Ambient Temperature Range) : Idem ao anterior

Exemplo: -25 a 70ºC

IP = Grau de Proteção (Degree of Protection) : Indica o grau de proteção do produto conforme a Norma DIN40050

Exemplo:IP67 (Resistência a submersão de 1m de profundidade por 30minutos)



Característicasf = Freqüência de Trabalho (Switching Frequency) : Indica o número de comutações possíveis por segundo. Portanto diretamente relacionado com o

tempo de resposta do sensor.

Exemplo: 3000Hz

IK = Corrente de Curto Circuito (Short Time Current): Quando ocorre um curto circuito, a corrente tende ao infinito. IK define a máxima corrente

permitida por um sensor em uma determinada fração de tempo (20ms), sem que o sensor seja danificado. Este valor é indicado em alimentação AC.

No caso de sensor DC, um circuito de proteção é adicionado.

Exemplo: 3A

Vw = Tensão de Ripple (Permissible Residual Ripple): De acordo com a norma DIN41755. Apresenta a flutuação de tensão admissível no caso de

sensores de alimentação DC.

Exemplo: +/- 10% VB

IE = Corrente Máxima de Saída (Output Rated Current) : É a corrente máxima permitida que pode fluir pelo circuito quando a carga é conectada

( Considerando em operação contínua).

Exemplo: 200mA



Características

Ir =Corrente Residual (Residual Current): Ao contrário do que imaginamos, quando o contato está aberto, uma corrente mínima flui no circuito

conectando à carga. No caso de alimentação DC, esta corrente é praticamente zero e no caso de tensão AC, esta corrente pode chegar a 1,5mA.

Exemplo: <= 0,01mA

Proteção contra Inversão de Polaridade (Reverse Polarity Protection): Esta proteção garante funcionamento do sensor em qualquer polaridade.

Proteção contra Curto Circuito (Short Circuit Protection): Trata-se de um circuito eletrônico adicionado nos sensores DC que protege a sua saída

caso haja um curto-circuito ou sobrecarga no sistema.

EMC Compatibilidade Eletromagnética (Electro-Magnetic Compatibility) : EMC garante que o sensor é imune a interferências eletromagnéticas

presentes no ambiente de trabalho.



Sinais

Entende-se por sinal, qualquer forma de emissão de informação por parte dos elementos sensores. A emissão

de um sinal, então, pode estar associada à manipulação e transformação da informação recepcionada do meio-ambiente em outra forma mais adequada.

Desta forma, o sensor pode ser entendido, também, como um conversor de sinais, ou seja, um transdutor que lê o estado de uma grandeza física ou processo.

•Pneumático•Elétrico•Sonoro•Luminoso

Tipos de Sinais



Sinais

•Sinal Analógico: os sinais variam dentro de uma faixa contínua de valores.

•Sinal Digital: o sinal digital é tratado numericamente (representado em código binário) por unidades digitais.

•Sinal Binário: sinais de qualquer tipo quanto a forma, porém o sinal só informa estados ON-OFF, LIGA-DESLIGA,

HIGH-LOW, SIM-NÃO.

Sinal

Analógico Digital Binário



Sinais

Quadro Comparativo: analógico x digital x binário

contínuo discreto binário

1°andar

5°andar

1°andar 1°andar

5°andar 5°andar



Principais tipos de sensores

Magnético

Indutivo

Pneumático Ultrasônico MecânicoPotenciométrico

Óptico

Capacitivo



Principais tipos de sensores

Ilustração Princípio Vantagens Desvantagens Aplicações

Mecânico

- Capacidade para maiores

correntes

- Baixo Preço

- Requer um contato físico

(sujeito a desgaste)

- Tempo de Resposta Lento

- Baixa Repetibilidade

- Intertravamento em geral

Magnético

- Não requer contato físico

- Espaço Reduzido

- Monitoramento preciso de

êmbolos magnético de cilindros

- Detecção somente de materiais

magnéticos

- Distâncias pequenas

- Detecção em atuadores

pneumáticos

Indutivo


- Vida útili elevada;

- Boa repetibilidade

- Fácil Instalação

- Bom tempo de resposta

- Distâncias limitadas

- Somente para materiais metálicos

- Máquinas em geral

- Detecção de peças metálicas

Óptico

- Não requer contao físico

- Sensível a todos os tipos de

materiais

- Vida útil elevada

- Boa repetibilidade

Distâncias sensoras consideráveis

- Bom tempo de resposta

- As lentes estão sujeitas a

contaminação

- Distâncias sensoras afetadas por

cores ou reflexão

- Empacotamento

- Manipulação de material

- Detecção de partes móveis

Capacitivo

- Nào requer contato físico

- Detecta conteúdo de recipientes

- Pode detectar materiais não

metálicos

- Muito sensível a variações e

mudanças de ambientes

- Medição de nível

- Detecção de presença

- Controle de nível de sólidos a

granel

Ultrasonico


- Detecta todos materiais inclusive

transparentes

- Alta precisão

- Ambientes agressíveis

- Sensível a temperatura - Anti colisões

- Medição de nível

- Comunicações rompidas

- Detecção de folhas duplas



Classificação dos sensores

Reed

Magnéticos

Eletrônico

Pneumático

Hall

FluidosDetecção de

ObjetoCabos e

Acessórios

Conversor

Pressostato

Transmissor

Indutivo

Óptico

Mecânico

Pneumático

Cabos

Conectores

Outros

Sensores



Conjunto dos sensores

capacitivo

Proximidade

indutivo

óptico

magnético

Distância&

Deslocamento

Força&

Pressão

ultrasônico

óptico

potenciométrico

conversor

pressostato

transmissor

Sensores

mecânico

indutivo



Sensores de Proximidade (Digital)

Um sensor digital tem dois estados: ligado ou desligado. A maioria de aplicações envolvem monitorar apresença/ausência de peças e procedimentos de contagem, o que um sensor digital faz de maneira perfeita ebarata. Os sensores digitais são mais simples e mais fáceis de usar do que os analógicos, o que é um fator paraseu largo uso.

capacitivo

Proximidade

indutivo

óptico

magnético

mecânico



Sensores de Proximidade (Digital)

+V

sinalPNP

Sensor

0V

sinal

Sensor

NPN

0V

+V

NA

NF



Sensores de Proximidade - ÓPTICOTodos os sensores óticos usam a luz para detectar objetos. Uma fonte de luz (emissor) e um fotodetector sentem a presença ou a ausência

da luz. LEDs (diodos emissores de luz), que são diodos semicondutores que emitem luz, são usados tipicamente como fontes de luz porque sãopequenos, resistentes, muito eficientes e podem ser ligados/desligados em velocidades extremamente elevadas. Operam em um comprimento de onda estreito e são muito confiáveis. Os diodos emissores de luz não são sensíveis à temperatura, choque, ou à vibração e tem uma vida útil quase infinita. O tipo de material usado para o semicondutor determina o comprimento de onda da luz emissora.

Reflexão Difusa

Retro-Reflexão

Barreira de Luz

Fibra Óptica



Sensores de Proximidade - ÓPTICO

IntroduçãoSão sensores que utilizam o pricípio da emissão de um feixe de luz infra-vermelha, por um modulo transmissor, e a

recepção deste mesmo feixe por um fóto-transístor de um módulo receptor. Esta configuração pode aparecer montada em um único corpo, denominado "sistema foto sensor", ou em dois corpos distintos, denominado "sistema por barreira", onde o modulo transmissor está separado dos demais. No sistema fgto-sensor, o objeto a ser detectado aciona o sensor quando o feixe de luz proveniente do modulo transmissor é refletido pelo objeto e atinge o foto-transístor do modulo receptor.




Reflexão Difusa

Sensor por Reflexão Difusa (Diffuse Sensor): O corpo deste sensor é dotado do elemento emissor e receptor. O emissor emite um feixe de luz

infravermelho modulado. O objeto detectado, reflete uma parte do feixe ativando o receptor e assim comutando a saída.

Distância máxima de 600mm.

A distância sensora está diretamente relacionada com o tipo de superfície do objeto detectado.




Retro-reflexãoSensor de retro-reflexão (Retro-Reflective Sensors): O corpo deste sensor também é dotado do elemento emissor e receptor. O emissor envia o

feixe de luz que é refletido em refletor e retorna ao receptor. Quando o objeto intercepta este feixe, o sensor comuta.

Distância máxima de 2000mm.

O tamanho do refletor está diretamente relacionado com a distância sensora.




Barreira de LuzSensor de Barreira ( Through Beam Sensors): Emissor e Receptor são duas peças distintas. O emissor envia o feixe de luz ao receptor, quando

interrompido o sensor comuta.

Para se obter a detecção perfeita, o objeto deve ser mais largo que o feixe de luz.

Distância máxima de 6000mm




Fibra Óptica

Sensores de Fibra Óptica: Este modelo não apresenta um novo princípio de funcionamento mas sim uma nova maneira de transmitir a luz.

Dependendo da Fibra selecionada, pode atuar como reflexão difusa – emissor e receptor no mesmo cabo (bifurcado) - ou sensor de barreira – emissor

e receptor em cabos diferentes.

Distância máxima 120mm (difuso).

Distância máxima 400mm (barreira de luz).




Vantagens Desvantagens

Sensor por Reflexão

Difusa

SOEG-RT

- Não precisa refletor

- Único corpo

- Fácil Ajuste e Alinhamento

- Detecta objetos Reflexivos,

tranlúcidos e até transparentes

- Baixa distância sensora

- A reflexão depende da superfície

do material

Sensor por Retro

Reflexão

SOEG-RSP

- Alta confiabilidade

- Fácil intalação e ajuste

- Range de deteção maior que os

difusos

- Sensível a ambientes sujos

(A lente pode parar de refletir)

- Não indicados para materiais

brilhantes

Sensor de Barreira

SOEG-S

SOEG-E

- Grande range de detecção

- Detecção de pequenos objetos a

uma grande distância

- Mais imune a sujeira que o retro

reflexivo

- Dificuldade de detecção de objetos

transparentes

- Dois corpos independentes

(emissor/receptor)

- Ambientes com vibrações podem

desalinhar o feixe e prejudicar a

detecção

Sensor de Fibra

Óptica

SOEG-L

- Detecção em locais de difícil

acesso

- Alta sensibilidade e precisão

- Capacidade de Detecção de

pequenos objetos

- Imune a interferências

eletromagnéticas

- Dimensões limitadas



Sensores de Proximidade – INDUTIVO / CAPACITIVO

INDUTIVO: Usados para detectar objetos metálicos, o sensor indutivo trabalha pelo princípio daindução eletromagnética. Funciona de maneira similar aos enrolamentos primários e secundários deum transformador. O sensor tem um oscilador e uma bobina; juntos produzem um campo magnéticofraco. Quando um objeto entre no campo, pequenas correntes são induzidas na superfície do objeto.Por causa da interferência com o campo magnético, energia é extraída do circuito oscilador do sensor,diminuindo a amplitude da oscilação e causando uma queda de tensão (voltagem). O circuito dedetecção do sensor percebe a queda de tensão do circuito do oscilador e responde mudando o estadodo sensor.

CAPACITIVO: Os sensores capacitivos podem detectar objetos metálicos e não metálicos assim comoprodutos dentro de recipientes não metálicos. Estes sensores são usados geralmente na indústria dealimento e para verificar os níveis de fluidos e sólidos dentro de tanques. Os sensores capacitivos sãomais sensíveis à flutuação da temperatura e da umidade do que o são os sensores indutivos, mas ossensores capacitivos não são tão precisos quanto os indutivos. A precisão pode variar de 10 a 15 porcento em sensores capacitivos. Operam baseados no princípio da capacidade eletrostática demaneira similar às placas de um capacitor. O oscilador e o elétrodo produzem um campoEletrostático. O alvo (objeto a ser detectado) age como uma Segunda placa do capacitor. Um campo elétrico é produzido entre o alvo e o sensor. Como a amplitude da oscilação aumenta, há um aumentoda tensão do circuito do oscilador, e o circuito de detecção responde mudando o estado do sensor.




Sn = Distância Sensora Nominal (Nominal Swittching Distance):

Valor característico da distância, nenhuma tolerância ou desvio

resultantes de temperatura ou tensão são considerados.

Sn

Su = Distância Sensora Útil (Useful Switching Distance):

É a distância obtida nas condições de trabalho não nominais. Esta

medição apresenta um desvio de + ou – 20% de Sn.

Su max

Su min-20%

+20%

Sr = Distância Sensora Real (Real Switching Distance):

É a medição realizada nas condições ideais – tensão nominal e

temperatura ambiente. Esta medição possui um desvio de +/- 10%

de Sn.

Sr max

Sr min-10%

+10%

Sa = Distância Sensora Assegurada ( Assured Switching Distance):

Mostra a distância garantida de acionamento do sensor.

Sa



Sensores de Proximidade – INDUTIVO / CAPACITIVOCurva de Resposta (Response Curve): Esta curva define a área útil

em que um determinado móvel ao invadi-lá, será reconhecido pelo

sensor.

Montagem Faceada (Flush ou Shielded): Este tipo de construção

apresenta um metal que envolve a bobina do sensor, e faz com que o

campo magnético gerado pelo oscilador, seja direcionado para frente

e não detecte objetos em sua lateral.

Montagem Saliente (Non Flush ou Unshielded): Não possui o metal,

sendo assim, não direciona o campo magnético e permite detecções

laterais.

Fator de Correção (Correction Factors): Quando o material a ser

detectado não é ferroso, deve-se aplicar um fator de correção para a

distância de detecção. Estes valores são tabelados.



Sensores de Proximidade – INDUTIVO / CAPACITIVOÉ composto por um oscilador (LC) que

gera um campo alternado eletromagnético

de alta freqüência emitido na face do

sensor.

Quando um objeto metálico se

aproxima da curva de resposta, são

geradas correntes parasitas que reduzem

as oscilações do circuito suficientemente

para que o detector consiga identificar e

informar a presença ao circuito de saída

que se encarrega de gerar um sinal

inteligível.Séries:

SIEN, SIES, SIEW, SIEH

Oscilador Detector Saída EletrônicaPNP

Desacionado Acionado Desacionado




O estágio oscilador gera um campo eletromagnético de alta freqüência, que se projeta na superfície externa frontal do sensor, formando uma região que é denominada "Região Ativa" do sensor. Ao ser introduzido um objeto metálico na região ativa do sensor, são produzidas mudanças de amplitude no sinal do circuito oscilador, que serão detectadas pelo estágiodemodulador. Neste estágio, as variações percebidas serão transformadas em nível de tensão e aplicadas ao estágio detetor de nível de disparo, provocando na saída desteestágio um sinal de tensão quando da presença de um objeto. No estágio de saída, o sinal enviado pelo estágio anterior é amplificado e compatibilizado com os níveis de tensão especificados pelo fabricante.

O funcionamento do sensor capacitivo difere do sensor indutivo apenas no estágio oscilador, onde, quando um objeto é colocado dentro da região ativa do sensor, ocorre uma mudança da freqüência de oscilação devido a alteração do valor da capacitânciaformada pela placa sensível e a região ativa. A mudança no valor da capacitância pode ser causada por qualquer tipo de objeto,observando-se que existem objetos que provocam mudanças mais significativas que outros, o que determina a existência de substâncias mais sensíveis do que outras. Grande parte dos fabricantes deste tipo de sensor utilizam um potenciômetro do tipo"Multi-turn" para que se possa ajustar a sensibilidade do sensor para o tipo de trabalho a ser realizado.

CAPACITIVOINDUTIVO




Distâncias normal de

Detecção (0,8 a

15mm);

Sensor DC com 3 fios

Cabo ou conector -

Montagem Faceada e

Saliente

Diâmetros de 4mm

a M30

Distâncias

superiores Detecção

(4 a 7mm);

Sensor DC com 3 fios

Cabo ou conector -

Montagem somente

Faceada

Diâmetros de M12 e

M18

Formato Retangular

ou quadrado

Sensor DC com 3

fios;

Cabo ou Conector;

Distância Sensora de

0,8 a 15mm

Sensor AC de 2 fios;

Cabo ou Conector

Montagem Faceada

ou Saliente

Diâmetros de M12,

M18, M30

SIEN SIEH SIES SIEW




- -

SIE Sensors Inductive Eletronic

N Com distância padrãoH Com maior DistânciaW Sensor ACS Formato Especial

M30 Rosca MétricaQ Formato Retangular

B Montagem FaceadaNB Montagem Saliente

P PNPN NPNZ 2 fios

S Normalmente AbertoO Normalmente FechadoA NA e NF

K Conexão por caboS Conector M8 ou M12X Terminal

L Led para indicação de Comutação2L Led para Indicação de Comutação e Funcionamento

SIE N M30 NB P - -S K 2L



Sensores de Proximidade – MAGNÉTICO (Reed Switch)

São Sensores que utilizar do campo magnético (Imã) para fechar os contatos NA.

É constituído de dois contatos elétricos

dentro de uma ampola de vidro com gás

inerte e esses contatos se fecham

mediante a presença de um campo

magnético.

Apresenta uma corrente de comutação

de até 500mA, podendo assim atuar

diretamente em cargas maiores;

Economicamente mais viável que o

eletrônico

Ampola de vidro

ÊmboloMagnético

ContatoReed Switch



Sensores de Proximidade – MAGNÉTICO

O sensor magnético com saída

pneumática é composto por uma válvula

3/2 vias NF que é acionada quando se

aproxima de um campo magnético;

Ao comutar, um sinal pneumático é

emitido;

Utilizados para sistemas totalmente

pneumático, ambientes explosivos e solda;

Contato ReedSaída Pneumática

Êmbolo Magnético



Sensores de Proximidade – MAGNÉTICO

SME –8FSMT-8FAtuadores deRanhura de 8mm

SMEO-1SMTO-1Atuadores de Tirante

SMEO –4USMTO-4UAtuadores Cilíndricos



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