Fundamentos de Deteccao de Presenca - Allen Braddley

Fundamentos de Deteco de Presena Rockwell Automation/Allen-Bradley i

Sumrio

Prefcio

Conceitos Bsicos sobre a Aplicao com SensoresO Que um Sensor? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2

Tecnologias com Contato vs. sem Contato . . . . . . . . . . . . . . 1-2Deteco Discreta vs. Analgica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3Especificaes/Caractersticas dos Sensores . . . . . . . . . . 1-3Padres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5Certificaes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-6Seleo de SensoresUma Abordagem Metdica . . . . . . . 1-7

Sadas e FiaoFontes de Alimentao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-2

Fonte Disponvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2Classificaes dos Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2Proteo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2Fluxo de Corrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-3

Tipos de Sada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-4Eletromecnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-4Estado Slido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5

Fiao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-92 Fios vs. 3 Fios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-9

Lgica e Temporizao de Sada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-12Atraso na Energizao e Desenergizao . . . . . . . . . . . . . 2-12Monoestvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-13Atraso Monoestvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-13Deteco de Movimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-14

Chave Fim de CursoEstrutura da Chave Fim de Curso . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-2

Componentes Bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2NEMA vs. IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3Invlucros Encaixveis vs No Encaixveis . . . . . . . . . . . . . 3-3Tipos e Funo de Atuadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5Caractersticas e Operao dos Contatos . . . . . . . . . . . . . . 3-7

Vantagens e Desvantagens da Chave Fim de Curso . . . . 3-12Aplicaes Tpicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-13

SUMRIO

ii Fundamentos de Deteco de Presena Rockwell Automation/Allen-Bradley

Deteco por Proximidade IndutivaEstrututa do Sensor de Proximidade Indutivo . . . . . . . . .4-2

Componentes Bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2Estrutura Blindada vs. No Blindada . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-3

Consideraes sobre os Alvos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-6Faixa de Deteco vs. Material e Tamanho do Alvo . . . . . . 4-6Efeitos do Material do Alvo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-7Efeitos do Formato e Tipo de Alvo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-8Seleo de Materiais Metlicos, Ferrosos e no Ferrosos . 4-8Movimento do Objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-9Imunidade ao Campo de Solda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-11

Vantagens e Desvantagens dos Sensores de Proximidade Indutivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-12Aplicaes Tpicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-13

Deteco por Proximidade CapacitivaEstrutura do Sensor de Proximidade Capacitivo . . . . . . .5-2

Componentes Bsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-2

Estrutura Blindada vs. No Blindada . . . . . . . . . . . . . . . . .5-3Sonda Blindada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-3Sonda No Blindada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-3

Consideraes sobre os Alvos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-5Constantes Dieltricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-5

Consideraes Ambientais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-7Vantagens e Desvantagens da Proximidade Capacitiva . .5-8Aplicaes Tpicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-9

Deteco por Proximidade Ultra-snicaEstrutura do Sensor Ultra-snico . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-2


Faixa de Deteco e Feixe Eficiente . . . . . . . . . . . . . . . .6-3Distncia Sensora Mnima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-3Distncia Sensora Mxima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-4Feixe Eficiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-4Supresso de Fundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-5Consideraes sobre Espaamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-5Alinhamento de Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-6

Consideraes sobre o Alvo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-7Tamanho do Alvo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8Distncia do Alvo at o Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8

Consideraes Ambientais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-9Rudo Ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9Presso do Ar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9Temperatura do Ar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-9Turbulncia do Ar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9Umidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9Medidas de Proteo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9

SUMRIO

Fundamentos de Deteco de Presena Rockwell Automation/Allen-Bradley iii

Vantagens e Desvantagens dos Sensores de Proximidade Ultra-snico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-10Aplicaes Tpicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-11

Sensores FotoeltricosEstrutura do Sensor Fotoeltrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-2


Faixas de Deteco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-8Campo de Viso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-8Distncia Sensora Mxima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-9Distncia Sensora Mnima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-10Margem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-10Histerese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-12Tempo de Resposta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-12Operao com Luz/no Escuro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-13

Modos de Deteco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-14Feixe Transmitido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-16

Obteno de Feixe Eficiente timo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-16Alinhamento dos Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-17Padres de Feixe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-18

Vantagens e Desvantagens do Feixe Transmitido . . . . .7-19Aplicaes Tpicas de Feixe Transmitido . . . . . . . . . . . . 7-21Retrorefletido e Retrorefletido Polarizado . . . . . . . . . 7-22

Retrorefletido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-22Retrorefletido Polarizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-23Alinhamento dos Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-24Padres de Feixe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-25

Retrorefletivo e Retrorefletivo Polarizado Vantagens e Desvantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-26Aplicaes Tpicas com Sensores Retrorefletidos e Retrorefletidos Polarizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-28Difuso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-29

Difuso de Corte Fino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-30Difuso de Supresso de Fundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-31Difuso de Foco Fixo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-31Amplo ngular por Difuso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-32Alinhamento dos Sensores de Difuso . . . . . . . . . . . . . . . .7-33

Modelos de Feixe de Supresso de Fundo,Difuso e Corte Fino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-33Vantagens e Desvantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-34Aplicao Tpica de Difuso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-37Fibra ptica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-38

Vidro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-39Plstico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-39

Vantagens e Desvantagens da Fibra ptica . . . . . . . . . 7-40

SUMRIO

iv Fundamentos de Deteco de Presena Rockwell Automation/Allen-Bradley

Aplicaes Tpicas de Fibra ptica . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-41Apndice ASeleo de Sensores

Seleo da Tecnologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .A-1Seleo da Soluo de Deteco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-6

Apndice BGabinetes IEC e NEMAGabinetes IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-1

Grau de Proteo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-1Sumrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-1Classificao do Gabinete IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .B-2Descries Resumidas dos Requisitos de Teste de Gabinete

IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .B-3

Gabinetes NEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .B-7Especifique o Gabinete Correto para os seus Controles de

Motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .B-7Critrios de Seleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-11Descries Resumidas dos Requisitos de Teste de Gabinete

NEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-11Critrios de Seleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-14Descrio Resumida dos Requisitos de Teste Padro

UL 698 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-15

Apndice CGlossrio

Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de Deteco de Presena 1

Prefcio

Fundamentos de Deteco de Presena uma fonte nica de informao aplicada a sensores de presena, direcionada aqueles que projetam, implementam, gerenciam, oferecem suporte ou vendem a tecnologia de deteco de presena:

Projetistas de equipamentos Engenheiros de controle e aplicao Engenheiros de produo e qualidade Tcnicos em engenharia e manuteno Estudantes de engenharia e escolas tcnicas Distribuidores, pessoal de vendas e gerentes

Atravs da combinao da teoria do sensor bsico com exemplos de aplicao, Fundamentos de Deteco de Presena fornece uma compreenso conceitual dessas tecnologias e como elas esto relacionadas aos processos industriais em geral. Enfim, este volume ajuda o usurio a deduzir regras ao tomar decises em projetos relacionados deteco de presena.

PREFCIO

2 Fundamentos de Deteco de Presena Rockwell Automation/Allen-Bradley

Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de Deteco de Presena 1-1

1Conceitos Bsicos para a Aplicao de Sensores

A indstria luta, de forma contnua, para desenvolver os produtos com maior rapidez e com baixo custo. Atravs de processos automatizados, os fabricantes podem converter em dinheiro essas metas enquanto mantm nveis mais altos de qualidade e confiabilidade. A tecnologia de deteco de presena usada para monitorar, regular e controlar esses processos. Mais especificamente, os sensores de presena ajudam a verificar se os passos mais importantes do processo foram concludos de acordo com o planejado.A primeira seo deste captulo abrange a terminologia e os princpios de operao bsicos e comuns a todos os sensores; as demais mostram a metodologia para examinar aplicaes em potencial e selecionar o melhor sensor para o trabalho.

Os ltimos captulos iro discutir, em detalhes, as tecnologias que mais prevalecem e suas aplicaes:

Chaves fim de curso (Captulo 3) Sensores de proximidade indutivos (Captulo 4) Sensores de proximidade capacitivos (Captulo 5) Sensores de proximidade ultra-snicos (Captulo 6) Sensores fotoeltricos (Captulo 7)

CONCEITOS BSICOS PARA A APLICAO DE SENSORES O que um sensor?/Tecnologias com Contato vs. Sem Contato

1-2 Fundamentos de Deteco de Presena Rockwell Automation/Allen-Bradley

O que um sensor?Um sensor um dispositivo para deteco e sinalizao de uma condio de mudana. E o que uma "condio de mudana"? Normalmente isto simplesmente a presena ou ausncia de um objeto ou material (deteco discreta). Pode tambm ser uma quantidade mensurvel como uma mudana na distncia, tamanho ou cor (deteco analgica). Esta informao, ou a sada do sensor, a base para a monitorao e o controle de um processo de produo.

Tecnologias com Contato vs. Sem ContatoSensores com contato so dispositivos eletromecnicos que detectam mudana atravs de contato fsico direto com o objeto alvo. Os sensores de contato:

geralmente no requerem alimentao; podem manusear mais correntes e toleram melhor os distrbios da linha

de alimentao; so geralmente mais fceis de entender e diagnosticar.

Encoders, chaves fim de curso e chaves de segurana so sensores com contato. Os encoders convertem o movimento da mquina em sinais e dados. As chaves fim de curso so usadas quando o objeto alvo pode ter contato fsico. As chaves de segurana incorporam atuao resistente a adulterao e contatos de ao de abertura direta para uso como protees de mquina e paradas de emergncia.

Sensores sem contato so dispositivos eletrnicos de estado slido que criam um campo ou feixe de energia e reagem a distrbios nesse campo. Algumas caractersticas de sensores sem contato:

nenhum contato fsico requerido; ausncia de partes mveis que podem obstruir, desgastar ou quebrar

(portanto, menos manuteno); geralmente podem operar com maior rapidez; maior flexibilidade de aplicao.

Sensores fotoeltricos, indutivos, capacitivos e ultra-snicos so tecnologias sem contato. Como no h nenhum contato fsico, o potencial para desgaste eliminado, entretanto, h algumas circunstncias raras onde pode haver interao entre o sensor e o material alvo. Os sensores sem contato podem tambm estar suscetveis energia irradiada por outros dispositivos ou processos.

Um Exemplo Prtico Um exemplo de ambos os usos de sensores com contato e sem contato pode ser encontrado em uma linha de pintura. Um sensor com contato pode ser utilizado para contar cada porta assim que ela entra na rea de pintura para determinar quantas portas foram enviadas para a rea. Conforme as portas so enviadas para a rea de secagem, um sensor sem contato conta quantas deixaram a rea de pintura e quantas se moveram para a rea de secagem. A

CONCEITOS BSICOS PARA A APLICAO DE SENSORES O que um sensor?/Deteco Discreta x Analgica


mudana para um sensor sem contato feita para que no haja nenhum contato, nenhuma possibilidade de afetar as superfcies recm pintadas.

Deteco Discreta x AnalgicaA deteco discreta responde a pergunta, "O alvo est l?" o sensor produz um sinal (digital) Ligado/Desligado (ON/OFF) como sada, baseado na presena ou ausncia do alvo.

A deteco analgica responde as perguntas "Onde est?" ou "Quanto est l?" fornecendo uma resposta de sada contnua. A sada proporcional ao efeito do alvo no sensor, ou em relao a sua posio dentro da faixa de deteco ou a fora relativa do sinal que ele retorna ao sensor.

Caractersticas/Especificaes do SensorAo especificar sensores, importante entender os termos comuns ou "termos tcnicos" associados tecnologia. Ao mesmo tempo que os termos exatos diferem de fabricante para fabricante, os conceitos so globalmente aceitos dentro do setor.

Distncia Sensora Ao colocar um sensor em uma aplicao, a distncia sensora nominal e a distncia sensora efetiva devem ser avaliadas .

Distncia Sensora NominalA distncia sensora nominal a distncia de operao nominal para a qual um sensor projetado. Esta especificao atingida usando-se um critrio padronizado sob condies mdias.

Figura 1.1:Distncia Sensora Nominal

5mm

152m 1x

CONCEITOS BSICOS PARA A APLICAO DE SENSORES O que um sensor?/Caractersticas/Especificaes do Sensor


Distncia Sensora EfetivaA distncia sensora efetiva a distncia sensora real obtida em uma aplicao instalada. A distncia qualquer ponto entre a distncia sensora nominal ideal e o pior caso de distncia sensora.

Histerese Histerese ou curso diferencial a diferena entre os pontos de operao (ligado) e a liberao (desligado) quando o alvo distancia-se da face sensora. Isto expresso como uma porcentagem da distncia sensora. Sem histerese suficiente, um sensor de proximidade ir ligar e desligar continuamente, oscilando enquanto houver vibrao excessiva aplicada ao alvo ou sensor. Isto pode tambm ser ajustado atravs de um circuito adicional.

Figura 1.2:Histerese

Repetibilidade Repetibilidade a habilidade do sensor de detectar o mesmo objeto mesma distncia, todas as vezes. Expresso como um percentual da distncia sensora nominal, esse nmero baseado em uma temperatura ambiente constante e tenso da fonte.

Figura 1.3:Repetibilidade

Objeto

Ponto de Operao Distncia x Ponto de Queda Distncia

do Curso

Ligado Desligado

= % Diferencial

Distncia y

Distncia y Distncia x Distncia x

Objeto

% da Repetibilidadeda Distncia Sensora

CONCEITOS BSICOS PARA A APLICAO DE SENSORES O que um sensor?/Padres


Freqncia de Comutao

Freqncia de comutao o nmero de operaes de comutao por segundo alcanvel sob condies padronizadas. Em termos gerais, a velocidade relativa do sensor.

Figura 1.4:Configurao da Freqncia de Comutao Padronizada

Tempo de Resposta O tempo de resposta de um sensor o tempo decorrido entre a deteco de um alvo e a mudana do estado do dispositivo de sada (Ligado para Desligado ou Desligado para Ligado). tambm o tempo que o dispositivo de sada leva para mudar de estado, uma vez que o alvo no mais detectado pelo sensor.

O tempo de resposta requerido para uma aplicao em particular uma funo entre o tamanho do alvo e a velocidade pela qual ele passa pelo sensor.

PadresUm fabricante de controle industrial possui controle limitado ou nenhum controle sobre os seguintes fatores que so vitais uma instalao segura.

Condies ambientais Projeto do sistema Seleo e aplicao do equipamento Instalao Prticas de operao Manuteno

Os Sensores de Presena e Chaves, bem como todo equipamento eltrico, devem ser instalados de acordo com os padres da NEC (National Electrical Codes). Trs organizaes padres principais se desenvolveram a partir da NEC:

CENELEC - European Committee for Electrotechnical Standardization IEC - International Eletrotechnical Commission NEMA - National Electrical Manufacturers Association

Sn

2 x m

m

m 2

Chave de Proximidade

Direo doMovimento

Material no magntico e no Condutivo

Alvos de Ferroou Ao

CONCEITOS BSICOS PARA A APLICAO DE SENSORES O que um sensor?/Certificaes


Geralmente, o mercado europeu segue as especificaes do CENELEC, enquanto as instalaes na Amrica do Norte seguem os padres NEMA. O IEC cobre os padres em escala internacional.

CertificaesMuitos fabricantes de sensores voluntariamente submetem seus projetos de produtos para teste e aprovao por rgos de certificao. Em outros casos, o fabricante est autorizado a se auto-certificar de que seus projetos esto em conformidade com os padres aplicveis. Ainda que normalmente no seja requerido para uso geral nos Estados Unidos, voc pode ser solicitado a usar dispositivos devidamente aprovados para equipamentos em alguns clientes ou para exportao.

Os produtos dos fabricantes que tenham a marca de um rgo tero uma lista de arquivo, permitindo que o cliente ou inspetor verifique a conformidade. importante destacar que o projeto de um produto que recebe aprovao ou certificao, e no o prprio produto fsico.

Entidades Certificadoras: UL (Underwriters Laboratories) e CSA (Canadian Safety Authority)

Esses rgos norte americanos primeiramente executam testes para ajudar a assegurar que os produtos foram fabricados de acordo com os requerimentos impostos e, quando utilizados de acordo, no oferecem risco de choque ou incndio ao usurio.

FM (Factory Mutual) Factory Mutual um rgo norte americano preocupado em verificar se os produtos para uso em reas classificadas (reas com atmosfera potencialmente explosiva) esto de acordo com prticas para segurana intrnseca. Essas prticas ajudam a assegurar que um dispositivo fabricado de acordo com os requerimentos impostos e usado como parte de um sistema aprovado mantenha os nveis de energia abaixo do que poderia causar uma exploso. O arquivo para cada produto inclui um diagrama de conexo autorizada.

Comunidade Europia (CE)

Esses requerimentos afetam quase todas as fases do projeto, construo, material, uso e at descarte de um produto. Os produtos sem a marca CE no tm autorizao para serem comercializados na Comunidade Europia. Para sensores, a CE aborda a compatibilidade eletromagntica. A marca CE em um sensor indica que o sensor, at um certo nvel, no ir interferir ou ser afetado por outros dispositivos eletrnicos.



Seleo de um Sensor - Uma Abordagem Metdica Dentro de cada sistema h muitas operaes ou processos: fabricao, montagem, embalagem, pintura, manuseio de material. Cada um pode ser dividido em eventos menores como contagem, indexao, ejeo, pulverizao, preenchimento e transporte. Um sensor pode ser valioso para detectar as condies de mudana associadas com uma ao ou evento.

Determine Onde um Sensor Pode ser Necessrio

Esse processo envolve a identificao de operaes chaves dentro do sistema e a definio de reas de foco onde as condies devam ser verificadas.

Identifique as FunesIdentifique o que o sistema faz ou o que voc quer que ele faa. necessrio contar produtos? Classificar? Verificar a qualidade? Determinar a direo das peas? Especificamente:

Quais condies devem ser atendidas para que cada funo ocorra? Que retorno requerido durante cada funo? Quais condies devem ser atendidas aps cada funo para verificar se a

mesma ocorreu da forma adequada?

Identifique a rea de FocoFocalize uma rea onde a ao esteja ocorrendo. Dentro dessa rea, voc geralmente ir encontrar uma pea e um mecanismo que atua sobre ela. Investigue ambos para determinar o que requerido para que a funo seja devidamente executada.

Verificao da pea - Existem caractersticas ou componentes da pea que devem estar presentes ou em uma direo em particular? Qual a possibilidade de que a prpria pea seja direcionada ou danificada de tal modo que poderia afetar adversamente o processo?

Verificao do mecanismo - O mecanismo ou a pea so controlados por sistemas separados que poderiam colidir, caso um estivesse presente sem que o outro fosse retirado? Um componente em particular propcio a quebra ou desgaste?

Figura 1.5:Operao de Envasamento

Operao de EnvasamentoFuno deCoroamento

Foco = Tampa na Garrafa(Verificar a Operao)

Aplicao: Detectar tampade metal em garrafa que estsem a mesma, em um ambientemido.

Foco = Bordas da Garrafa(Estabelecer Alinhamento

e Prontido da Pea)Foco = Tampa no Alimentador

(Pea Pronta)

Aplicao: Detectar garrafasem tampa em um trilhometlico, em um ambientemido.

Aplicao: Detectar tampa metlicana guia de plstico (alimentador)em um ambiente mido.



Determine se um Sensor Deve ser Aplicado

Voc agora dever decidir a importncia de cada uma das reas que voc identificou no processo. Quanto mais alto o nvel de automao, mais importante se torna a execuo correta dessas funes. Especificamente, voc deve perguntar:

Qual o impacto do dano ou perda? Qual a probabilidade disto ocorrer? Quanto isto crtico para a integridade do processo?

Se a resposta para qualquer uma dessas perguntas for "elevado", voc deve considerar a utilizao de um sensor para monitorar uma condio que, se presente, possa facilitar uma parada no sistema.

O prximo passo definir quais as funes de deteco que necessitam ser atingidas e qual a melhor localizao para obt-las. Voc est tentando determinar obstrues no sistema, limites altos/baixos, classificao, deteco de velocidade ou posicionamento de uma pea? Isto determina a localizao do sensor e focaliza limitaes fsicas especficas. Agora importante tambm considerar o seguinte:

"Existem consideraes de segurana ou de economia?" Se a falha na deteco de uma condio puder resultar em uma pessoa sendo machucada ou morta, ou se a falha puder resultar em uma perda financeira significante, voc deve indicar que o item seja considerado com cuidado por um especialista nesse tipo de aplicao.

"Este o melhor local para executar a funo de deteco?" Geralmente, em uma seqncia de operaes, o resultado final que nos preocupa. Em muitos casos, a monitorao desse resultado final pode fornecer indicao de que as aes anteriores ocorreram corretamente. Em outras operaes, o meio ambiente ou restries de espao podem nos impedir de executar a funo de deteco na rea de foco, mas ns podemos execut-la com mais confiabilidade enquanto a pea estiver em trnsito ou em uma funo anterior.

Defina a AplicaoVoc identificou uma aplicao que pode ser beneficiada atravs da implementao de um sensor para detectar uma condio de mudana. Tendo isto em mente, voc deve agora determinar:

alimentao disponvel; requerimentos de Sada/Carga; caractersticas do alvo; condies ambientais.



Identifique as Fontes de AlimentaoQual a alimentao disponvel para o ponto de aplicao - CC ou CA?

Baseado na tenso comumente disponvel em campo, os sensores so geralmente designados para se enquadrar em uma das quatro faixas de tenso:

10-30 Vcc 20-130 Vca 90-250 Vca 20-250 Vca/cc

Os sensores CA e as chaves podem receber alimentao diretamente da rede ou de uma fonte filtrada, eliminando a necessidade de uma fonte de alimentao separada. Os mtodos de conexo e os dispositivos de CA so considerados como sendo mais robustos.

Os sensores CC necessitam de uma fonte separada para isolar a parte CC do sinal CA. Entretanto, com tenses tipicamente inferiores a 30V, a CC considerada mais segura que a CA. Os sensores CC esto disponveis nas verses de corrente source e corrente sink. Os sensores de corrente source fornecem alimentao para a carga que deve se referir ao aterramento ou fonte negativa da fonte de alimentao. Os sensores de corrente sink fornecem aterramento para a carga que deve se referir tenso positiva que compartilha o mesmo aterramento.

Vrios fabricantes oferecem dispositivos CA /CC que operam com uma ampla faixa de tenses de qualquer fonte de alimentao. Esses sensores oferecem a convenincia de serem estocados, pois podem operar em vrias aplicaes com diferentes fontes de alimentao.

Como prtica geral, voc pode especificar que as suas chaves ou sensores sejam alimentados por uma fonte estvel livre de rudo. Geralmente, isto envolve especificar uma linha isolada ou uma fonte separada para alimentar as chaves e os sensores e estar de acordo com as classificaes.

Identifique os Requerimentos de CargaO sensor estar afetando o qu? Em outras palavras, que dispositivo o sensor vai controlar diretamente e quais so as suas caractersticas? Os componentes eltricos em srie entre a sada do sensor e alimentao ou aterramento constituem o que denominado como carga de entrada do dispositivo e carga de sada para o sensor. Essa carga converte os sinais eltricos da sada do sensor em som eltrico, mecnico ou fonte de luz que inicia uma mudana dentro do dispositivo afetado. Caractersticas chaves dos trs tipos dos elementos do circuito que podem ser encontrados nessa carga:

Os elementos resistivos constituem um tipo ideal de carga , dissipando potncia em propores diretas com a tenso aplicada.

Elementos capacitivos so reativos e podem aparentar um curto circuito quando ligados na primeira vez.



Elementos indutivos como bobinas a rel e solenides so tambm elementos reativos que podem criar transientes de alta tenso ao serem desligados abruptamente.

O sensor precisa condicionar a sada a fim de que seja til para o dispositivo com o qual ela faz interface? Se o evento que estamos detectando extremamente rpido, pode ser necessrio para o sensor ou um circuito de condicionamento fornecer um pulso de sada mais longo que a durao do evento. Em outros casos, como quando a funo de deteco e a ao que ele inicia ocorre em dois lugares diferentes no sistema, o sinal de sada pode precisar ser comutado por um intervalo de tempo.

Determine as Propriedades Fsicas do Que Voc Est Detectando

Para qualquer funo de deteco, voc deve identificar o item que voc quer detectar (alvo); isto pode ser um objeto inteiro ou uma caracterstica desse objeto. Voc deve tambm determinar as variveis associadas ao alvo - presena, posio, direo etc. - e como essas variveis afetam o processo. Finalmente, devemos considerar condies ambientais e seus efeitos; assegurar que os arredores no contm fatores que afetam a tecnologia um grande aspecto de confiabilidade da aplicao.

Consideraes sobre o AlvoPropriedades do Alvo - tamanho, material, cor, opacidade etc. - determinaro o uso de uma tecnologia especfica e definiro limitaes dentro dessa tecnologia. Por exemplo, sensores indutivos somente detectaro alvos metlicos. Entretanto, o tamanho e o material do alvo afetam a faixa e a velocidade de deteco. Mais consideraes sobre o alvo em tecnologias de deteco especficas podem ser encontradas nos captulos respectivos neste manual.



Identifique as Influncias Ambientais H caractersticas do alvo, fundo e arredores, que influenciam a habilidade para diferenciar um do outro. Idealmente, a condio de mudana do alvo que voc est tentando detectar deve ser nica a partir dos fatores relativos ao fundo e aos arredores. Por exemplo, para detectar mudanas nas cores, devemos utilizar luz. Um sensor que utiliza luz para detectar mudanas ( um sensor fotoeltrico) nas cores do nosso alvo pode ter problemas para visualizar o alvo se os arredores estiverem muito opacos para transmitir a luz ou se o fundo refletir mais luz que o alvo.

Seleo do Sensor Agora que voc documentou a aplicao e entendeu o que deve ser detectado, nossa discusso pode ser direcionada para a seleo do sensor. Este um processo para determinar qual tecnologia ou tecnologias melhor utilizam as caractersticas diferenciadas mais fortes da condio de mudana ao mesmo tempo em que seja a menos afetada pelas condies do fundo e dos arredores. Raramente h uma nica soluo, cada tecnologia tem pontos fortes e pontos fracos que a tornam uma boa ou m escolha para uma determinada aplicao. Isto ajuda a visualizar o sistema geral e gradualmente estreitar o seu foco para processos especficos. Determine como um sensor pode melhorar esse processo e como ele se relaciona com o sistema geral. A informao resultante dessa abordagem pode ento ser comparada s informaes dos tipos de sensores disponveis para determinar o melhor produto para a aplicao. Por fim, a soluo escolhida tem melhor adequao em termos de desempenho, confiabilidade, disponibilidade e custo.

Tabela 1.1: Alvo e Ambiente

Alvo Fundo Arredores

Massa

Forma

Integridade Estrutural

Tamanho Proximidade ao Alvo

Material Material Material

Opacidade Propriedades Emissivas Umidade

Propriedades Refletidas Propriedades Refletidas Propriedades Transmissveis

Cor Cor Luz

Temperatura

Interferncia Eletromagntica

Rudo

Sistemtico

Possibilidade de Acesso, Proximidade ao Sensor, Tempo, Quantidade Exposta


2

Sadas e Fiao

As conexes entre os sensores, fonte de alimentao e dispositivos de carga so geralmente denominadas circuito eltrico de interface. Cada elemento vital confiabilidade de uma aplicao.

Figura 2.1:Circuito Eltrico de Interface Bsico

Uma interface confivel combina todos os requerimentos de todos os dispositivos na aplicao e antecipa aqueles referentes ao ambiente no qual aplicada. A fonte de alimentao oferece um nvel de tenso e corrente para o circuito que compartilhado por seus dispositivos. Uma vez que a alimentao compartilhada, voc deve considerar que cada dispositivo ir obter a alimentao de que necessita para operar de forma confivel. Isto se torna muito importante quando sensores mltiplos e/ou cargas so conectados a uma fonte CC de baixa tenso. Isto tambm envolve assegurar que nenhum dispositivo receba muita corrente; a maioria dos sensores apresenta falhas devido instalao imprpria, sendo que o problema mais comum uma conexo direta da sada do sensor com a fonte de alimentao ou linha CA.

Fonte deAlimentao

Sensor Carga

Circuitoda Interface

SADAS E FIAO Fontes de Alimentao/Alimentao Disponvel


Fontes de AlimentaoPor uma questo de prtica, voc deve especificar que as suas chaves ou sensores sejam alimentados por uma fonte de alimentao estvel, livre de rudo (rudo, nesse caso, a energia indesejvel induzida ao sistema por outros dispositivos ou campos eltricos). Geralmente, isto envolve a especificao de uma linha isolada ou fonte separada para alimentar as chaves e os sensores, de acordo com as classificaes da fonte. Ao mesmo tempo, tambm uma boa prtica especificar sensores que incorporam um grau de proteo para eventos potenciais da linha de alimentao, ex. curtos circuitos e sobrecargas.

Alimentao DisponvelQuatro tenses esto geralmente disponveis para alimentar os sensores industriais:

12 Vcc 24 Vcc 120 Vca 240 Vca

Classificaes dos SensoresOs sensores industriais so geralmente projetados para operar dentro de uma das quatro classificaes de tenso:

10-30 Vcc 20-130 Vca 90-250 Vca 20-250 Vca/cc

Os sensores CA e as chaves podem receber alimentao diretamente de uma linha de alimentao ou uma fonte filtrada, ajudando a eliminar a necessidade de uma fonte de alimentao separada.

A maioria dos sensores CC necessitam de uma fonte separada que isole a parte CC do sinal da linha CA.

ProteoIndependente de CA ou CC, a boa prtica determina que a alimentao de um sensor deve ser proveniente de uma fonte separada e filtrada, sendo que a linha deve ser protegida com um fusvel prprio a sua classificao. Isto ir proteger a fonte de alimentao e a fiao, mas fornecer pouca proteo para os dispositivos de estado slido e os sensores do circuito.

SADAS E FIAO Fontes de Alimentao/Fluxo de Corrente


Mesmo os fusveis de ao rpida e a maioria dos circuitos eletrnicos de limitao de corrente so muito lentos para proteger o sensor de danos, em caso de:

Curto-circuito/ Sobrecarga - percurso de corrente em curto (portanto menos resistente) permite que uma corrente excessiva atinja o dispositivo.Polaridade Reversa - fiaes positiva e negativa no so conectadas aos seus respectivos terminais.

Se esses eventos foram previstos, especifique um sensor com proteo incorporada contra polaridade reversa, curto-circuito e sobrecarga.

Fluxo de CorrenteO consumo tpico de alimentao para cada tipo de sensor:

Fotoeltrico 35mA Ultra-snico 70mA Indutivo 15mA Capacitivo 15mA

SADAS E FIAO Tipos de Sada/Eletromecnica


Tipos de SadaAs configuraes de sada posicionam-se em duas categorias: eletromecnica e estado slido.

Eletromecnica

Rel Chave

Estado Slido ou Eletrnico

Transistor Transistor FET Triac Analgico Rede ou Barramento

O tipo de sada escolhido depender da interface da sua aplicao e os tipos de sada disponveis para os sensores com os quais voc est trabalhando.

EletromecnicaUm rel eletromecnico (ou "contato seco") atuado pela energizao da fiao de uma bobina a qual atrai magneticamente uma armadura para abrir e fechar um circuito fisicamente. Quando o circuito est aberto, nenhuma alimentao conduzida atravs dos contatos. Quando o circuito est fechado, a alimentao conduzida para a carga com praticamente nenhuma queda de tenso. Um rel com contato aberto em estado de repouso ( ou desenergizado) considerado Normalmente Aberto (N.A.), enquanto um rel com um contato fechado em estado de repouso considerado Normalmente Fechado (N.F.)

Devido isolao eltrica da fonte de alimentao do sensor, e devido falta de corrente de fuga (corrente indesejvel presente no estado "desligado"), rels de fontes mltiplas podem prontamente ser conectados em srie e/ou em paralelo para comutar cargas CA ou CC.

Figura 2.2:Circuitos Eletromecnicos

SPST

SPDT(1 Forma C)

DPDT(2 Forma C)

N.F.

N.F.

N.A.

N.F.

N.A.

N.F.

N.A.

SADAS E FIAO Tipos de Sada/Estado Slido


Existem vrias distribuies diferentes de contatos disponveis:

SPST - Chave de plo nico de uma posio SPDT - Chave de plo nico de duas posies (1 forma C) DPDT - Chave bipolar de duas posies (2 forma C)

Uma vez que os rels so mecnicos at certo ponto, eles sucumbem ao desgaste; portanto eles possuem uma vida til limitada. Em baixa energia, a oxidao do contato pode tambm causar a degenerao dos contatos. Os tempos de resposta dos rels so geralmente de 15 a 25ms, muito mais lento que a maioria das sadas de estado slido.

Estado SlidoAs sadas de estado slido devem ser consideradas para as aplicaes que requerem chaveamento freqente ou de baixa tenso em baixas correntes.

Uma chave de estado slido puramente eletrnica - no possui partes mveis.

Transistores NPN/PNP

Os transistores so geralmente dispositivos de sada de estado slido para sensores CC de baixa tenso. Constitudos de um chip cristalino (geralmente silicone) e trs contatos, um transistor amplifica ou alterna a corrente eletronicamente. Os transistores padres esto disponveis em dois tipos: NPN e PNP.

Para a sada do transistor NPN, a carga deve estar conectada entre a sada do sensor e a conexo de alimentao positiva (+). tambm conhecido como uma sada sinking.

Figura 2.3:Transistor NPN

-

Sada

+

Carga



A sada do transistor PNP considerada uma sada sourcing. A carga deve estar conectada entre a sada do sensor e a conexo de alimentao negativa (-).

Figura 2.4:Transistor PNP

Os transistores exibem corrente de fuga muito baixa (medida em A) e corrente de comutao relativamente alta (tipicamente 100mA) para facilitar a interface com a maioria das cargas CC. Os tempos de resposta dos sensores com sada a transistor podem variar de 2ms at 30s. Entretanto, os transistores NPN e PNP so capazes apenas de comutar cargas CC.

Transistor FET O transistor FET um dispositivo de estado slido com quase nenhuma corrente de fuga, o que fornece rpida comutao de alimentao CA ou CC. Tambm requer uma pequena quantidade de corrente para mudar de estado de 30A. Como resultado, os FETs so geralmente mais caros que as sadas a transistor padres.

Figura 2.5:NFET

As sadas FET podem ser conectadas em paralelo como os contato de rels eletromecnicos.

Transistor MOSFET de Alimentao

Um MOSFET de alimentao (Transistor de Efeito de Campo semicondutor de metal xido) tem como benefcio pouca corrente de fuga e tempo de resposta rpido, assim como um FET com capacidade para comutao de alta corrente; as sadas MOSFET de alimentao podem comutar at 500mA de corrente.

+

Sada

Carga

+



TRIAC Um TRIAC um dispositivo de sada de estado slido projetado, apenas, para comutao CA; em termos mais simples, o equivalente CA de um transistor. Os TRIACs oferecem alta corrente de comutao e baixa queda de tenso, o que os torna adequados para conexo em grandes contatores e solenides.

Os TRIACs exibem maior corrente de fuga do que os FETs e os MOSFETs de alimentao. A corrente de fuga pode exceder 1mA, o que torna os TRIACs inadequados aos dispositivos de entrada para controladores programveis e outras entradas de estado slido. Uma vez que um TRIAC acionado, ele permanece ligado durante o perodo em que a corrente est presente, impedindo que os dispositivos sejam eletronicamente protegidos contra curtos-circuitos. Um cruzamento zero de uma onda de sinal de alimentao CA de 50/60Hz necessrio para desativar um circuito TRIAC. Para a maioria das aplicaes, entretanto, os MOSFETs de alimentao oferecem melhores caractersticas de sada.

Figura 2.6:TRIAC

Figura 2.7:TRIAC - Cruzamento Zero

Sada Analgica Os sensores de sada analgica oferecem uma sada de tenso ou de corrente proporcional, ou inversamente proporcional, ao sinal detectado pelo sensor.

Uma vez que os sensores analgicos permitem deteco simultnea de diversos fatores, eles so usados ocasionalmente em aplicaes de deteco discreta onde um sensor dever desempenhar diversas funes. Um exemplo disto a deteco e classificao de embalagens de cores claras e escuras.

Figura 2.8:Resposta Analgica

CA

CA

Sada

0Tenso CA

+

60 Hertz

Inclinao Positiva

Corrente(mA)

Inclinao Negativa

Distncia (m)

4

4 5321

20



Rede/Barramento Em um esforo para reduzir a fiao do sistema, a rede de sensores est crescendo em popularidade. A conexo em rede permite que detectores compatveis sejam diretamente conectados a um nico cabo de suporte principal o qual, por sua vez, realizar interface com um controlador. Esses sensores incorporam um chip de interface de barramento/rede (circuito integrado) e firmware que permite a eles receber alimentao e estabelecer comunicao em linhas comuns. O custo dos componentes geralmente alto, mas a fiao e depurao so simplificados.

Tabela 2.1: Pontos Fortes e Fracos das Sadas

Tipo de Sada Pontos Fortes Pontos Fracos

Rel Eletromecnico Comutao CA ou CC

A sada eletricamente isolada da fonte de alimentao

Conexes fceis em srie e/ou em paralelo com as sadas dos sensores

Alta corrente de comutao

No possvel proteger contra curtos-circuitos

Vida til finita Lenta

FET Comutao CA ou CC

Corrente de fuga muito baixa

Velocidade rpida de comutao

Sada de corrente baixa

MOSFET de Alimentao Comutao CA ou CC


Velocidade rpida de comutao

Sada de corrente moderadamente alta

TRIAC Comutao CA

Corrente de sada alta No possvel proteger contra curtos-circuitos

Corrente de fuga relativamente alta

Comutao lenta na sada

Transistor NPN ou PNP Comutao CC


Rpida velocidade de comutao

No possvel comutao de CA

SADAS E FIAO Fiao/2 Fios vs. 3 Fios


Fiao

2 Fios vs. 3 FiosOs sensores podem ser divididos de acordo com suas configuraes de fiao. As mais comuns so 2 fios e 3 fios. Os dispositivos de 2 fios so projetados para conexo em srie com a carga. Em uma configurao de 3 fios, dois dos trs condutores fornecem alimentao enquanto que o terceiro comuta a carga. Ambos os tipos podem ser conectados de forma estratgica, com configuraes em srie ou em paralelo, para conservar as entradas ou desempenhar a lgica.

Conexo dos Sensores de 2 fios em Srie ou Paralelo

Os sensores de 2 fios so os dispositivos mais fceis de se fazer a fiao, mas podem retardar o desempenho de todo o sistema. Os sensores de 2 fios requerem alimentao da mesma linha onde esto ligados (switching), isto, combinado com suas quedas caractersticas de alta de tenso, geralmente limita o nmero prtico que pode ser conectado aos dois. Alm disso, uma vez que cada dispositivo fornece alimentao ao dispositivo subsequente, o tempo de resposta igual soma do nmero de vezes que cada dispositivo ligado.

Figura 2.9:Conexo em Srie de Sadas de 2 Fios

Figura 2.10:Conexo em Paralelo de Sadas de 2 Fios

Sensor 1

Sensor 2

Sensor 3

+V

Carga

Sensor 1

Sensor 2

Sensor 3

+V

Carga



Conexo das Sadas a Rel em Srie ou em Paralelo

Para simplificar a fiao das sadas a rel, recomenda-se separar a fiao de sada da fiao de alimentao. Em cada configurao, voc ir instalar a fiao em paralelo, estando portanto livre para conectar as sadas na configurao desejada.

Figura 2.11:Conexo em Srie das Sadas a Rel

Figura 2.12:Conexo em Paralelo das Sadas a Rel

Conexo das Sadas de 3 Fios em Paralelo

Os sensores com sadas a transistor NPN ou PNP devem ter fiao em paralelo. A baixa corrente de fuga das sadas a transistor permite que um determinado nmero de dispositivos seja conectado junto antes que a corrente de fuga se torne um problema. Todos os dispositivos devem ter a mesma configurao de sada.

Figura 2.13:Conexo em Paralelo das Sadas de 3 Fios

Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3

+V

T1 T2


+V

T1

T2


+V

Sada



Conexo das Sadas NPN de 3 Fios em Srie

A conexo em srie de dispositivos de sada NPN de 3 fios requer que cada dispositivo na srie fornea alimentao negativa ao prximo dispositivo sendo que o ltimo dispositivo na srie fornecer alimentao negativa carga. Uma vez que cada dispositivo fornece alimentao para o prximo, o tempo de resposta igual ao tempo de resposta do primeiro sensor mais a soma do nmero de vezes de acionamento dos outros. A sada de cada sensor deve ser capaz de fornecer as correntes de pico de carga para os sensores subsequentes mais a corrente de carga. Para superar a capacitncia da fonte interna dos sensores subsequentes, necessrio em algumas vezes um resistor de valor baixo (10 ohm) conectado em srie com cada um.

Figura 2.14:Conexo em Srie das Sadas a Transistor NPN

Conexo das Sadas PNP de 3 Fios em Srie

A conexo em srie de dispositivos de sada PNP com 3 fios requer que cada dispositivo na srie fornea alimentao para o prximo dispositivo sendo que o ltimo dispositivo na srie fornecer alimentao para a carga. Uma vez que cada dispositivo fornece alimentao para o prximo, o tempo de resposta igual ao tempo de resposta do primeiro sensor mais a soma do nmero de vezes de acionamento dos outros. A sada de cada sensor deve ser capaz de fornecer as correntes de pico de carga para os sensores subsequentes mais a corrente de carga. Para superar a capacitncia de fonte interna dos sensores subsequentes, necessrio algumas vezes um resistor de valor baixo (10 ohm) conectado em srie com cada um.

Figura 2.15:Conexo em Srie das Sadas a Transistor PNP

Sensor 1

Sensor 2

Sensor 3

+V

+V

Carga

+V

+V

Sensor 3

Sensor 2

Sensor 1

Carga

+V

SADAS E FIAO Lgica e Temporizao de Sada/Atraso na Energizao e Desenergizao


Lgica e Temporizao de Sada Algumas funes especiais dos sensores podem ser incorporadas, do contrrio, essas capacidades avanadas estaro disponveis como cartes ou mdulos separados. Os sensores fotoeltricos so de alguma forma nicos entre os sensores de presena porque muitos oferecem funes lgicas ou de temporizao integral. Alm disso, os sensores para aplicaes especializadas como deteco de movimento ou velocidade zero podem vir junto com a temporizao e a lgica pr-configurada para a aplicao.

Atraso na Energizao e DesenergizaoOs atrasos na energizao e desenergizao so os modos mais comuns de temporizao.

Um temporizador de atraso na energizao vai retardar a operao de uma sada depois que o alvo detectado.

Um temporizador de atraso na desenergizao vai retardar a operao de uma sada depois que o alvo no for mais detectado.

O tempo de atraso da maioria dos sensores ajustvel desde menos que um segundo at dez segundos ou mais.

Alguns sensores de alta velocidade (menos que 1ms de tempo de resposta) contm um tempo de atraso na desenergizao de 50ms selecionvel. Esse "prolongador de pulso" til quando for necessrio reduzir o tempo de resposta de desenergizao para permitir que um CLP mais lento ou outra lgica da mquina possa responder ao movimento de materiais em aplicaes de alta velocidade.

Figura 2.16:Atraso na Energizao e Desenergizao

SadaEnergizada

Desenergizada

Atraso naDesenergizao

AlvoDetectado

Perdido

SadaEnergizada

Desenergizada

AlvoDetectado

Perdido

t = tempo, ajustado pelo usurioAtraso na

Energizao

SADAS E FIAO Lgica e Temporizao de Sada/Monoestvel Atrasado


MonoestvelA lgica monoestvel fornece uma sada de pulso nico independentemente da velocidade na qual um alvo passa pelo sensor. O comprimento do pulso ajustvel.Uma operao monoestvel pode fornecer solues diferentes de aplicao:

Em operaes de alta velocidade - cada vez que um alvo passa pelo sensor, ele fornece um pulso que suficientemente longo para permitir a resposta de outra lgica mais lenta.

Em operaes de baixa velocidade - fornece um breve pulso cada vez que o alvo passa pelo sensor para disparar um solenide ou outro dispositivo de impulso.

Fornece um sinal de borda de subida, independentemente do comprimento do alvo.

Fornece um sinal de borda de subida, independentemente do comprimento do alvo.

Figura 2.17:Temporizao Monoestvel

Monoestvel AtrasadoA lgica de monoestvel atrasado acrescenta um atraso de tempo ajustvel antes do pulso de sada monoestvel acontecer.

Figura 2.18:Temporizao Monoestvel Atrasada

AlvoDetectado

Perdido

SadaEnergizada

Desenergizadat = tempo, ajustado pelo usurio

AlvoDetectado

Perdido

SadaEnergizada

Desenergizada

SADAS E FIAO Lgica e Temporizao de Sada/Deteco de Movimento


Deteco de MovimentoA lgica de deteco de movimento fornece uma capacidade nica para detectar o movimento contnuo dos alvos. O sensor fornecer uma sada se no detectar o movimento de alvos sucessivos dentro do tempo de atraso ajustvel. A lgica de deteco de movimento til para detectar uma obstruo ou anulao em aplicaes de manuseio de materiais.

Figura 2.19:Lgica de Deteco de Movimento

AlvoDetectado

Perdido

SadaEnergizada

Desenergizada


3

Chaves Fim de Curso

Uma chave fim de curso um dispositivo eletromecnico que consiste de um atuador mecanicamente conectado a um conjunto de contatos. Quando um objeto entra em contato com o atuador, o dispositivo faz com que os contatos faam ou desfaam uma conexo eltrica.

As chaves fim de curso so utilizadas numa variedade de aplicaes e ambientes devido robustez, fcil instalao e confiabilidade de operao. Podem determinar a presena ou ausncia, passagem, posicionamento e trmino do curso de um objeto, por isso o nome de "chave fim de curso".

CHAVES FIM DE CURSO Estrutura da Chave Fim de Curso/Componentes Bsicos


Estrutura da Chave Fim de CursoAs chaves fim de curso so projetadas em dois tipos de corpo: encaixveis e no-encaixveis. As diferenas e vantagens de cada um so mais bem explicadas na pgina 3-3. Os subconjuntos que formam uma chave fim de curso esto descritos abaixo.

Figura 3.1:Estrutura da Chave Fim de Curso

1

Componentes Bsicos

Atuador O atuador a parte da chave que entra em contato com o objeto a ser detectado.

Cabeote O cabeote aloja o mecanismo que transforma o movimento do atuador em movimento de contato. Quando o atuador deslocado como se deve, o mecanismo faz funcionar os contatos da chave.

Bloco de Contato O bloco de contato aloja os elementos do contato eltrico da chave. Geralmente, apresenta de 2 a 4 pares de contatos.

Bloco Terminal O bloco terminal contm terminaes com parafusos. Aqui onde a conexo eltrica (fiao) entre a chave e o restante do circuito de controle acontece.

Corpo da Chave O corpo da chave aloja o bloco de contato em um interruptor de corpo encaixvel. Aloja uma combinao de bloco de contato e bloco terminal no interruptor de corpo no-encaixvel.

Base A base aloja o bloco terminal em um interruptor de corpo encaixvel. Os interruptores de corpo no-encaixvel no possuem uma base separada.

Atuador

Bloco deContato

Corpoda Chave

BlocoTerminal

Base

Bloco deContato/Terminal

Atuador

Corpoda Chave

Cabeote Cabeote

Encaixvel No-Encaixvel

CHAVES FIM DE CURSO Estrutura da Chave Fim de Curso/NEMA vs. IEC


NEMA vs. IECOs painis e contatos para uma chave fim de curso esto estruturados e classificados com base em padres desenvolvidos por comits tais como a IEC - International Electrotechnical Commission (Comisso Internacional Eletrotcnica) ou a NEMA - National Electrical Manufacturers Association (Associao Nacional de Fabricantes de Material Eltrico). Os estilos de chaves NEMA e IEC diferem em muitos aspectos, incluindo tamanho do corpo, vida mecnica, durabilidade, material tpico do invlucro e padro de furos de montagem. O estilo das chaves NEMA geralmente apresentado como sendo mais robusto e tendo uma vida mais longa de funcionamento enquanto o estilo "internacional" dos produtos IEC se caracteriza por tamanhos mais compactos e menos dispendiosos. Os padres e suas diferenas esto mais detalhados no captulo Conceitos Bsicos para a Aplicao de Sensores, na pgina1-1.

Invlucros Encaixveis vs. No-encaixveisUma chave fim de curso estilo NEMA pode ser instalada num invlucro encaixvel ou no-encaixvel.

Invlucros No-Encaixveis

Os primeiros invlucros desenvolvidos foram o de tipo no-encaixveis. So caixas com coberturas separadas. A vedao entre o cabeote, corpo e cobertura mantida por uma junta de anel e uma junta plana. As chaves fim de curso no-encaixveis so oferecidas numa vasta gama de estilos conforme as especificaes IEC ou NEMA.

Figura 3.2:Invlucros No-Encaixveis

Cobertura

Junta

CHAVES FIM DE CURSO Estrutura da Chave Fim de Curso/Invlucros Encaixveis vs. No-encaixveis


Invlucros Encaixveis

Foram desenvolvidos para facilitar a substituio de uma chave, se necessrio. Ao contrrio do conceito de caixa e cobertura, esses invlucros se dividem na metade para permitir o acesso ao bloco terminal para a fiao. Um conjunto de pinos no corpo da chave se "conecta" em soquetes na base para estabelecer a conexo eltrica entre o bloco de contato e o bloco terminal.

A base do encaixvel aloja a fiao eltrica e montada na instalao inicial. Como no possui partes mveis que possam quebrar ou sofrer desgastes, a base raramente precisa ser substituda. Se a chave for danificada ou sofrer desgaste, o corpo da chave com cabeote removido, um novo corpo da chave com cabeote conectado base e a chave est pronta para funcionamento. Uma nova fiao no necessria.

Um anel fornece a vedao entre o cabeote de operao e a cobertura da chave enquanto uma junta customizada protege o corpo da chave contra a entrada de leo, poeira e lquidos refrigerantes.

Figura 3.3:Invlucro Encaixvel

Os invlucros encaixveis apresentam-se em uma gama de estilos, conforme as especificaes da NEMA.

Os benefcios do projeto do invlucro encaixvel incluem: Instalao sem remoo da cobertura (a remoo da cobertura exigida

para alguns estilos de no-encaixveis) No h partes mveis localizadas na base Tempo de parada reduzido porque o cabeote e o corpo podem ser

substitudos rapidamente sem afetar a fiao na base.

Pinos

Junta

CHAVES FIM DE CURSO Estrutura da Chave Fim de Curso/Tipos e Funes de Atuadores


Tipos e Funes de AtuadoresQuando no h fora ou torque aplicados ao atuador, significa que o mesmo est na posio de repouso. A posio para a qual o atuador deve ser movido com o objetivo de operar os contatos chamada de ponto de desarme ou posio operacional. Quando o movimento do atuador revertido, a posio qual os contatos voltam ao seu estado original chamada de ponto de reset ou posio de liberao.

Existem 3 tipos de atuadores comuns:

Rotao lateral Posicionamento lateral ou superior Haste flexvel ou haste super flexvel

Atuador por Rotao Lateral

Um atuador por rotao lateral um eixo estendido do lado de um cabeote da chave fim de curso que opera os contatos de chave quando rodados. Pode mover-se nas direes horrio e/ou anti-horrio, e projetado para operaes em um ou nos dois sentidos. Um brao da alavanca normalmente fixado ao eixo, permitindo a passagem de objetos para ativar a chave ao empurrar a alavanca.

Figura 3.4:Atuao da Chave por Rotao Lateral com Brao da Alavanca

PercursoMximo

Posio de Parada(Repouso)

Percurso paraResetar os Contatos

Pontode

Desarme

Pontosde Reset

CHAVES FIM DE CURSO Estrutura da Chave Fim de Curso/Tipos e Funes de Atuadores


Os mltiplos tipos de brao de alavanca podem ser utilizados com este tipo de chave.

Figura 3.5:Exemplos de Brao de Alavanca

Atuadores com Acionamento Lateral ou Superior

Um atuador posicionado na lateral ou na parte superior uma barra curta (boto) ao lado ou na parte superior de um cabeote de uma chave fim de curso que opera os contatos da chave quando pressionado. Normalmente, projetado com um mecanismo com retorno por mola que volta sua posio original quando a fora atuadora removida. Alguns projetos com posicionamento lateral ou na parte superior utilizam barras que no possuem retorno por mola e devem ser empurradas na posio contrria para resetar os contatos.

Figura 3.6:Atuao de Chave Fim de Curso com Acionamento Superior

Esse tipo de atuador uma barra plana, uma barra com uma extremidade rolante ou uma barra pressionada por uma alavanca.

Figura 3.7:Exemplos de Atuador com Acionamento Lateral e Superior

AlavancaRolante

AlavancaRolante com

AjusteMicromtrico

AlavancaRolante com

Ajuste deComprimento

Alavancade Barra

Alavanca deNylatron em

Forma deLooping

Alavanca emForma de Garfo

Posio deParada

(Repouso)Ponto de

ResetPonto deDesarme

Ponto deAberturaPositiva

PercursoMximo

Percurso para ResetPercurso para Operao

Barra comAcionamento Superior

Rolante comAcionamento Superior

Barra com AcionamentoSuperior Ajustvel

Alavanca comAcionamento Superior

Barra comAcionamento Lateral

Rolante comAcionamento Lateral

CHAVES FIM DE CURSO Estrutura da Chave Fim de Curso/Caractersticas e Operao dos Contatos


Atuao por Haste Flexvel ou Super Flexvel

Um atuador com haste flexvel ou haste super flexvel uma vareta longa e estreita no cabeote da chave fim de curso que opera os contatos de chave quando inclinada a partir da posio vertical. As hastes flexveis so tipicamente varetas de nylon, enquanto as hastes super flexveis so feitas de fio flexvel. Podem ser operadas em qualquer direo (movimento similar ao joystick) e retornar sua posio original quando a fora atuadora removida.

Figura 3.8:Atuao da Chave Fim de Curso de Haste Super Flexvel

Caractersticas e Operao dos Contatos

Mantido x Momentneo

Os contatos de uma chave fim de curso mudam de estado quando uma fora ou um torque predeterminados so aplicados ao atuador. Uma chave com retorno por mola (momentnea) retorna seus contatos sua posio original quando a fora operante removida. Os contatos de uma chave mantida permanecem na posio atuadora at que uma fora ou torque seja aplicado na direo contrria.

2 Circuitos x 4 Circuitos

Uma chave fim de curso tpica contm de 2 a 4 pares de contatos. Como cada par de contatos usado para abrir e fechar um circuito de controle, as chaves esto descritas como dispositivos de "2 circuitos" ou "4 circuitos".

Normalmente Aberto x Normalmente Fechado

"Normalmente Aberto" e "Normalmente Fechado" descrevem o estado de cada par de contatos quando a chave encontra-se nas posies de parada ou repouso. Os contatos normalmente abertos esto abertos e os contatos normalmente fechados esto fechados quando no h fora ou torque sobre o atuador. Na Figura 3.9 a seguir, os contatos 1-2 so normalmente abertos e os contatos 3-4 so normalmente fechados.

Posiode Parada(Repouso)

PercursoMximoPonto

deReset

Percurso paraOperao de Contatos

Percurso paraResetar os Contatos



Contatos por Encaixe Nessa estrutura de contato, o movimento do atuador aplica fora em um mecanismo centralizado, que cria uma rpida mudana do contato quando o ponto do desarme alcanado. Revertendo o movimento do atuador para o ponto de reset determinado faz com que os contatos se encaixem de volta sua posio original.

Os contatos por encaixe apresentam pontos de reset e desarme diferentes. A distncia entre os pontos de reset e desarme so identificados como o percurso para reset, histerese ou diferencial. O percurso finito para reset ajuda a evitar mudanas mltiplas de estado, caso o objeto que atua a chave estiver sujeito vibrao.

Os contatos por encaixe garantem o desempenho repetido nas aplicaes que envolvem atuadores de baixa velocidade. A quantidade de percursos dos contatos tambm no depende da quantidade de percurso dos atuadores.

Figura 3.9:Movimento do Contato por Encaixe

Contatos com Fechamento e Abertura Lentos

Nessa estrutura de contato, a velocidade e a distncia do percurso dos contatos depende da velocidade e a distncia do percurso do atuador, sendo que cada par de contato tem seu prprio ponto de desarme. Isso desejvel quando o usurio no quer que todos os contatos mudem de estado simultaneamente.

Os contatos com fechamento e abertura lentos no apresentam um percurso considervel para reset. Isso significa que o ponto de desarme e de reset para um determinado par de contatos coincidem.

Figura 3.10:Movimento do Contato com Fechamento e Abertura Lentos

1 2

3 4

Estado No Atuado

1 2

3 4

Contatos se Aproximamdo Ponto de Desarme

1 2

3 4

Mudana de Estado do Contato

1 2 3

N.A. = Normalmente AbertoN.F. = Normalmente Fechado

N.A.

N.F.

N.A.

N.F.

Atuador Atuador

N.F. N.F.

N.F.

N.A.

N.A.

N.A.

N.F. = Normalmente FechadoN.A. = Normalmente Aberto

2 Circuitos 4 Circuitos

Eixo

Extensor

ExtensoresElemento

de Contato

Elementode Contato

Eixo



Contatos de Ao para Abertura Direta

Os contatos de ao para abertura direta so conhecidos por vrios nomes, inclusive de "ao direta" e "abertura positiva". O padro 60947-5-1 da IEC define esse recurso como "a obteno da separao do contato como o resultado direto de um movimento especfico do atuador da chave atravs de membros no elsticos (independem de molas). "

As chaves com ao para abertura direta acoplam diretamente a fora do atuador para os contatos para que a fora interrompa at mesmo o contato soldado. Embora os mecanismos possam conter molas, eles no contam com a interface de apenas uma mola porque uma mola pode falhar ou ter fora insuficiente para abrir a solda.

A ao para abertura direta pode ser projetada na ao por encaixe e nas chaves fim de curso com fechamento e abertura lentos.

Figura 3.11:Movimento do Contato Para Abertura Direta na Chave Fim de Curso por Encaixe

Em muitos projetos, o ponto que o mecanismo de abertura positiva atua est alm do ponto normal de desarme da chave. Isto quer dizer que as pessoas devem ter cuidado ao configurar a aplicao da chave fim de curso para que o atuador seja sempre movimentado alm do ponto de abertura positiva. Quando isto no feito, a chave poder no abrir os contatos normalmente fechados caso ocorra solda.

Estado de Parada Contatos se Aproximamdo Ponto de Desarme

Mudana de Estado doContato atravs do

Mecanismo de Mola

Mecanismo de AberturaPositiva Atuando

1 2

3 4

1

1 2

3 4

2

1 2

3 4

3

1 2

3 4

4



Os projetos de ao com abertura direta so exigidos para disjuntores, chaves de parada de emergncia, chaves de segurana fim de curso, interruptores de segurana com cabo e interruptores de segurana com gate para intertravamento em muitas aplicaes, conforme especificado nos padres nacionais e internacionais. Esses produtos esto marcados com um smbolo de ao para abertura direta, conforme apresentado na Figura 3.12.

Figura 3.12:Smbolo de Ao para Abertura Direta Aparece na Chave e no Manual do Fabricante

Caractersticas de Operao do Contato

As especificaes dos movimentos de fora e do atuador exigidas para operar e resetar os contatos so chamadas de "caractersticas tpicas de operao". Para a maioria das chaves fim de curso, as caractersticas tpicas de operao esto estabelecidas num formato de tabela no manual do fabricante. Essas tabelas especificam a torque ou fora e o percurso do atuador exigido para a operao dos contatos, o percurso exigido para resetar os contatos e o percurso mximo permitido do atuador.

NOTA Um pr-percurso ocorre antes do movimento do contato.

O percurso para operar os contatos s vezes chamado de "pr-percurso". O percurso para resetar os contatos tambm conhecido como "percurso diferencial". O percurso mximo do atuador tambm chamado de "percurso total". Ao invs de percurso total, alguns fabricantes especificam a "ultrapassagem de percurso", que a distncia ou ngulo entre o ponto de desarme e a posio mxima de percurso. Nesse caso, o percurso total (mximo) a soma do percurso para operar (pr-percurso) e a ultrapassagem de percurso.

45 11122324

060 35 15

Aberto Fechado

Smbolo Smbolo Mostradono Produto

Smbolo Mostrado no Diagrama deDistribuio de Contatos



Para algumas chaves fim de curso do estilo IEC, as caractersticas tpicas de operao so apresentadas de forma grfica ao invs de tabelas. Essas planilhas so conhecidas como "diagramas de distribuio dos contatos". Os exemplos desses diagramas de chaves fim de curso de ao por encaixe e com fechamento/abertura lentos so apresentados abaixo.

Figura 3.13:Diagrama de Distribuio dos Contatos para a Chave por Encaixe

Figura 3.14:Diagrama de Distribuio de Contatos para a Chave com Fechamento/Abertura Lentos

As posies do atuador soapresentadas em graus parachaves tipo rotao.

O ponto onde omecanismo paraabertura diretaacontece.

Ponto de Desarme(os dois contatos)

Ponto de Reset(os dois contatos)

Posiode Parada(Repouso)

Percurso Mximo

Nmeros dos TerminaisDireo do Desarme

Esta chave tem 2 conjuntosde contatos. Para chavespor encaixe, os contatos soapresentados 2 vezes parailustrar a diferena entre o percurso na direo dedesarme e na direo de reset.

As reas em branco apresentamngulos onde cada contato est aberto.

As reas preenchidasapresentam ngulosonde cada contato estfechado.

Direo do Reset

080 15

2122131413142122

3545 }}{

Pontos de Desarme e deReset para os Contatos 23-24.

Ponto onde oMecanismo paraAbertura Direta

Acontece.

Ponto de Desarme ede Reset para osContatos 11-12

Posio deParada (Repouso)Percurso MximoPosio de Inrcia

Nmerosdos

Terminais

Posies do atuador soapresentadas em milmetrosou polegadas para chaves estilo acionamento

As reas em branco apresentamposies onde cada contato est aberto.

As reas preenchidas apresentamposies onde cada contato est fechado

3.511122324

0mm6 2.3 1.5

CHAVES FIM DE CURSO Vantagens e Desvantagens da Chave Fim de Curso/Vantagens


Vantagens e Desvantagens da Chave Fim de Curso

VantagensAs vantagens mecnicas das chaves fim de curso so:

Fcil utilizao Operao visvel simples Invlucro duradouro Boa vedao para operao de segurana Alta resistncia para diferentes condies de ambiente encontradas nos

segmentos industriais Alta repetibilidade Operao de abertura positiva para contatos (alguns modelos)

As vantagens eltricas das chaves fim de curso so:

Adequao para comutao de cargas de potncia mais elevada que outras tecnologias sensoras (tpico 5 A 24Vcc ou 10 A 120Vca versus menos de 1A para sensores de proximidade ou fotoeltricos)

Imunidade interferncia de rudos eltricos Imunidade interferncia de rdio freqncia (walkie-talkies) Ausncia de fuga de corrente Queda mnima da tenso Operao simples normalmente aberta e/ou normalmente fechada

DesvantagensAs desvantagens das chaves fim de curso so:

Vida de contato mais curta do que as tecnologias de estado slido Peas mecnicas mveis podem apresentar desgaste Nem todas as aplicaes podem usar deteco por contato

CHAVES FIM DE CURSO Aplicaes Tpicas/Desvantagens


Aplicaes Tpicas Sistemas transportadores Mquinas de transferncia Tornos automticos Mquinas de fresa e perfurao Furadeiras e fresadoras Equipamento de produo de alta velocidade

Exemplo 3.1:Verificao da Posio

Chaves Fim de Cursopara Verificao de

Escotilha Aberta/Escotilha Fechada

CHAVES FIM DE CURSO Aplicaes Tpicas/Desvantagens


Exemplo 3.2:Beneficiamento de Madeira

Exemplo 3.3:Contagem e Deteco de Peas

Chave Fim de Curso paraIndicao de Desalinhamento

do Transportador

Chave Fim de Cursopara Trmino de Percursopara Deteco de Peas


4

Deteco por Proximidade Indutiva

Os sensores de proximidade indutivos so dispositivos de estado slido projetados para detectarem objetos metlicos. A natureza sem contato da tecnologia acoplada com a ausncia de partes mveis significa que com a instalao adequada, os sensores de proximidade indutivos no esto sujeitos avaria ou desgaste mecnicos. Alm disso, eles funcionam bem em ambientes muito sujos, onde no so afetados pelo acmulo de contaminantes tais como: p, graxa, leo ou fuligem, na face sensora. Isto transforma a tecnologia indutiva em um candidato ideal para utilizao nas aplicaes industriais pesadas.

Um sensor de proximidade indutivo funciona com base no princpio ECKO (Eddy Current Killed Oscillator). Os sensores de proximidade indutivos so projetados para gerar um campo eletromagntico. Quando um objeto metlico penetra nesse campo, as correntes de superfcie, conhecidas como correntes de Foucault, so induzidas no objeto metlico. Essas correntes de Foucault drenam a energia do campo magntico, o que resulta na perda de energia no circuito do oscilador e, conseqentemente, h uma reduo na amplitude de oscilao. O circuito acionador detecta essa alterao e gera um sinal para comutar a sada em LIGAR ou DESLIGAR. Quando o objeto se afasta da rea do campo eletromagntico, o oscilador se regenera e o sensor retorna ao seu estado normal.

Figura 4.1:Operao Tpica de Proximidade por Induo

Os sensores de proximidade indutivos detectam tanto os metais ferrosos (que contm ferro) quanto os no-ferrosos. Normalmente, os sensores de proximidade indutivos so utilizados para a deteco da posio dos alvos metlicos na usinagem automatizada, deteco de partes metlicas nas montagens automatizadas e deteco de presena de continer de metal no acondicionamento automatizado de alimentos e bebidas.

O oscilador se movimenta com energiatotal quando no h alvo

O oscilador reduz sua velocidade medida que o campo comea a ser interrompido

O oscilador pra e o metal detectado

O oscilador comea a se regenerar aopasso que o alvo se afasta do campo

O oscilador se move com a mxima energiaquando no h alvo

Posio doAlvo Metlico

Sensor

DETECO POR PROXIMIDADE INDUTIVA Estrutura do Sensor de Proximidade Indutivo/Componentes Bsicos


Estrutura do Sensor de Proximidade IndutivoUm sensor de proximidade indutivo consiste em quatro componentes bsicos:

Conjunto de Ncleo de Bobina e Ferrite Oscilador Circuito acionador Circuito de sada

Figura 4.2:Componentes do Sensor Indutivo

Componentes Bsicos

Conjunto do Ncleo de Bobina/Ferrite

O conjunto do ncleo de bobina e ferrite gera um campo eletromagntico da energia eltrica que o oscilador fornece.

Oscilador O oscilador fornece energia eltrica para o conjunto do ncleo de bobina e ferrite.

Circuito Acionador O circuito acionador detecta as alteraes na amplitude de oscilao. As alteraes ocorrem quando o alvo metlico penetra ou se afasta do campo magntico que se irradia da face sensora.

Sada de Estado Slido

Quando uma alterao consistente no campo magntico for detectada, a sada de estado slido fornece um sinal eltrico para uma interface do CLP ou lgica da mquina. Esse sinal indica a presena ou ausncia de alvo metlico no campo sensor.

Oscilador Sada deEstado SlidoCircuitoAcionador

(Sensor)

Conjunto deNcleo deBobina eFerrite



Estrutura Blindada versus No BlindadaCada sensor de proximidade indutivo pode ser classificado conforme a apresentao de uma estrutura blindada ou no blindada.

Distncia Sensora Tpica Blindada e No Blindada

A distncia operacional do sensor de proximidade indutivo a funo do dimetro da bobina sensora e leva em considerao se a estrutura blindada ou no. As novas configuraes de proximidade indutiva permitem um aumento da faixa de deteco.

Figura 4.3:Distncia Sensora Nominal Tpica Blindada versus No Blindada

Estrutura Blindada Os sensores blindados so construdos com anel blindado que circunda o conjunto e o ncleo da bobina. Isto concentra o campo eletromagntico na direo da face sensora. Nos sensores com invlucros metlicos, o invlucro geralmente fornece a blindagem.

Figura 4.4:Conjunto do ncleo e da bobina do sensor blindado

A estrutura blindada permite que o sensor seja montado no mesmo nvel das adjacncias metlicas sem causar um acionamento falso.

Figura 4.5:Sensores Blindados Montados no Mesmo Nvel e Juntos

S N30mm

S N18mm

S N12mm

S N8mm

1.5

1515

10

8

5

DistnciaSensoraNominal

(mm)

Dimetro do Sensor

S = BlindadaN = No Blindada

43

21

Blindagem

Bobina

Invlucro

Ncleo de Ferrite

Metal



Estrutura no Blindada

Os sensores no blindados no so construdos com uma cinta metlica ao redor do conjunto do ncleo/bobina. Portanto, o campo eletromagntico gerado pelo sensor no blindado no to concentrado em direo face sensora quanto em um sensor blindado. Isto torna os sensores no blindados mais sensveis aos metais que os circundam. A estrutura no blindada oferece at 50% mais de faixa de deteco do que um sensor blindado do mesmo tamanho. Por causa da maior faixa de deteco, a deteco dos alvos difceis pode se tornar mais fcil com a utilizao dos sensores no blindados.

Figura 4.6:Conjunto do Conjunto do Ncleo e Bobina do Sensor no Blindado

Os sensores no blindados no podem ser montados no mesmo nvel do metal. Com o intuito de evitar um acionamento falso, esses sensores devem ser montados com uma zona livre de metais em volta da face sensora.

Figura 4.7:Estrutura No Blindada Montada com uma Zona Livre de Metal

Consideraes de Espaamento

O dimetro da bobina sensora determina o espaamento entre os sensores. Os sensores no blindados devem ser posicionados mais distantes do que os blindados porque seus campos sensores se alastram lateralmente, tomando-se por base a face sensora, e produziro leituras falsas caso forem sobrepostos.

Figura 4.8:Espaamento de Sensores No Blindados

Bobina

Ncleo de Ferrite

Invlucro

Metal

IncorretoCorreto



As necessidades de espaamento para sensores especficos variam. Entretanto, os sensores blindados geralmente requerem a distncia de um dimetro da face sensora entre os sensores adjacentes, e dois dimetros da face sensora entre os sensores montados face-a-face.

Figura 4.9:Diretrizes para Espaamento entre Sensores Blindados Face a Face ou Adjacentes

Os sensores no blindados geralmente requerem o espaamento de trs dimetros da face sensora entre os sensores adjacentes, e quatro dimetros da face sensora entre os sensores montados face-a-face.

Figura 4.10:Diretrizes para Espaamento entre Sensores No Blindados Face a Face ou Adjacentes

d

d dd

d d 3 Sn

2d

2d

d = dimetro largura da face sensora ativaSn = distncia sensora nominal

d = dimetro ou largura da face sensora ativaSn = distncia nominal sensora

d

d

d

d 3 Sn

4d

4d

4d

0,4d

>3d3d

DETECO POR PROXIMIDADE INDUTIVA Consideraes sobre os Alvos/Faixa de Deteco versus Material e Tamanho do Alvo


Consideraes sobre os AlvosA distncia operacional do sensor de proximidade indutivo varia a cada alvo e aplicao. A habilidade do sensor em detectar o alvo determinada pelo material, tamanho e formato do alvo metlico.

Faixa de Deteco versus Material e Tamanho do AlvoA Distncia Operacional Nominal (Sn) do sensor a quantidade convencional utilizada para designar a distncia em que o alvo padro se aproxima da face sensora, causando a alterao do sinal de sada. Um alvo padro definido como uma pea quadrada de ao doce com espessura de 1mm (0,04 polegada), com comprimentos laterais iguais ao dimetro da face sensora, ou trs vezes a distncia operacional nominal, ou o que for maior.

Figura 4.11:Alvo Padro para Sensores de Proximidade Indutivos

A distncia operacional nominal para alvo do ao doce padro utilizada como ponto de referncia. Nas aplicaes tpicas, a distncia operacional afetada no s pela composio do alvo, mas tambm pelo seu tamanho e formato. A distncia operacional nominal do alvo de ao doce padro deve ser multiplicada pelo fator de correo para determinar a distncia operacional nominal para outros tipos de metais.

Efeitos do Material do AlvoOs fatores de correo tpicos para metais diferentes so mostrados na figura a seguir.

d

1mm

Ao Doce

d = dimetro do sensor ou 3 vezes a distncia sensora, ou o que for maior.

DETECO POR PROXIMIDADE INDUTIVA Consideraes sobre os Alvos/Efeitos do Formato e Tamanho do Alvo


Figura 4.12:Fatores de Correo Tpicos

Fatores de Correo do Alvo para Sensores de Proximidade Indutivos

Diferentemente do ao doce padro, utiliza-se um fator de correo para determinar a distncia sensora para outros materiais. A composio do alvo possui um amplo efeito na distncia sensora dos sensores de proximidade indutivos. Se um alvo for construdo utilizando-se um dos materiais catalogados, multiplique a distncia sensora nominal pelo fator de correo relacionado para determinar a distncia sensora nominal para aquele alvo. Observe que os sensores seletivos no ferrosos no detectaro ao ou aos inoxidveis do tipo ferroso. Da mesma forma, os sensores seletivos ferrosos no detectaro metais no ferrosos.

Os fatores de correo relacionados abaixo so fornecidos somente como referncia. Consulte a tabela de especificao de produto para o sensor que deseja utilizar. Os materiais comuns e seus fatores de correo especficos foram relacionados em cada pgina de especificao do produto.

(Faixa de Deteco Nominal) x (Fator de Correo) = Faixa de Deteco

Efeitos do Formato e Tamanho do AlvoO tamanho e o formato do alvo precisam ser considerados ao escolher um sensor de proximidade indutivo. Os pontos a seguir devem ser usados como diretrizes gerais ao corrigir o tamanho e formato do alvo:

Alvos planos so preferveis Alvos arredondados podem reduzir a distncia operacional

Ao doce 1,0 x Distncia Operacional Nominal

Ao inoxidvel 0,9 x Distncia Operacional Nominal

Bronze 0,5 x Distncia Operacional Nominal

Alumnio 0,45 x Distncia Operacional Nominal

Cobre 0,4 x Distncia Operacional Nominal

Distncia Operacional (Ponto Detectado)

Mxima

Tabela 4.1: Fatores de Correo

Material AlvoFator de Correo

Aproximado

Ao doce 1,0

Ao Inoxidvel 0,85

Bronze 0,50

Alumnio 0,45

Cobre 0,40

DETECO POR PROXIMIDADE INDUTIVA Consideraes sobre os Alvos/Seleo de Sensores para Materiais Metlicos, Ferrosos e No Ferrosos


Materiais no ferrosos normalmente reduzem a distncia operacional para todos os modelos de deteco de metal

Alvos menores que a face sensora normalmente reduzem a distncia operacional

Alvos maiores que a face operacional podem aumentar a distncia sensora Chapas podem aumentar a distncia operacional

A distncia operacional nominal no leva em considerao as tolerncias de fabricao ou as variaes, em razo das condies externas tais como: tenso ou temperatura. Considerando esses fatores, a distncia operacional real de um determinado sensor pode variar at 20% da distncia operacional nominal.

Seleo de Sensores para Materiais Metlicos, Ferrosos e No Ferrosos

Todos os sensores sensveis a metais ou sensores de proximidade indutivos padro detectam qualquer metal colocado em frente face sensora. Um sensor seletivo ferroso (qualquer metal que contm ferro) ignora bronze, alumnio ou cobre, ao passo que um sensor no ferroso (qualquer metal que no contm ferro) ignora ao ou aos inoxidveis do tipo ferroso.

Os sensores seletivos ferrosos e no ferrosos podem ser muito poderosos nas aplicaes onde o sensor necessrio para detectar um metal, ao mesmo tempo em que ignora outro. Por exemplo, na usinagem de uma pea de alumnio, um sensor seletivo ferroso pode ser usado para detectar a ferramenta de corte de ao endurecido, ao mesmo tempo em que se ignora o bloco e os cavacos de alumnio que foram criados durante o processo de usinagem.

Os sensores seletivos no ferrosos tambm permitem at 400% mais de faixa de deteco para materiais no ferrosos do que todos os modelos metlicos (padro). No h fatores de correo; todos os metais no ferrosos so detectados na distncia operacional nominal total.

Documents

Fundamentos de Deteccao de Presenca - Allen Braddley