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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

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SENSORES DE PROXIMIDADE: Introdução

Sensores de Contato Físico (mecânicos)

�Chaves de “fim-de-curso".

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�Chaves de “fim-de-curso". �Usadas como sensor de posição.


� 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

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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...


� 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

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� 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

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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.

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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

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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

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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.


� 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.

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� 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)

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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)


� 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

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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.

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� FUNDAMENTOS

� CARACTERÍSTICAS

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� FUNDAMENTOS

� VANTAGENS

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� SISTEMA POR BARREIRA

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�A distância sensora nominal Sn é definida como sendo a máximadistância entre emissor e receptor.


� SISTEMA POR DIFUSÃO

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�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.


� SISTEMA POR REFLEXÃO

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�A distância sensora é determinada como sendo a máxima distância entresensor e espelho podendo ser utilizado em distâncias menores.


� 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.

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� SISTEMA UTILIZANDO FIBRAS ÓPTICAS

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CONEXÕES ELÉTRICAS

� TIPOS DE SAÍDAS DE CONTATOS

� MARCAÇÃO DOS TERMINAIS DE SAÍDA

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CONEXÕES ELÉTRICAS

� SENSORES EM CORRENTE CONTÍNUA

� SENSORES EM CORRENTE ALTERNADA

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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.

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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.

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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.

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� Armadura posição central.

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� Armadura Sec. 1 � Armadura Sec. 2


� A amplitude da saída do transdutor aumenta independentemente da direção domovimento em relação à região central.

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� SAÍDA DO LVDT

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� 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

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SENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR: Magneto-sônicos

� TIPOS DE PERFIS DA HASTE E DO CURSOR MAGNÉTICO

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SENSORES DE DESLOCAMENTO LINEAR: RESISTIVOS

� POTENCIÔMETROS INDUSTRIAIS

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� 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

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�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

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�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

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Padrão código binário Padrão código Gray

SENSORES DE DESLOCAMENTO ANGULAR: Encoder absoluto

� FUNDAMENTOS

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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.

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