Sensor Es

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ENGENHERIA ELTRICA

FLVIA CODEIRO MARTINS

SENSORES INDUSTRIAIS

FORMIGA, 16 DE ABRIL DE 2015

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RESUMO

Os sensores industriais so responsveis por grande parte das informaes que

possibilitam o funcionamento de uma mquina, e emitem informaes necessrias para

o controle de um processo. Ser abordado neste trabalho o princpio de funcionamento

dos sensores utilizados na disciplina de Instrumentao e Controle de Processo,

sensores indutivos, capacitivos, difusos e retroreflexivos.

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Sumrio 1.INTRODUO ............................................................................................................................. 4

2. SENSORES INDUTIVOS ............................................................................................................... 5

3. SENSORES CAPACITIVOS ........................................................................................................... 9

4. SENSORES RETRO-REFLEXIVOS ................................................................................................ 12

5. SENSORES DIFUSOS ................................................................................................................. 14

6. REFERNCIAS ........................................................................................................................... 15

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1.INTRODUO

Os sensores hoje esto presentes em todo processo de controle de uma planta

industrial, so dispositivos essenciais por serem capazes de detectar, sensorear uma

mudana no processo, dependente da grandeza fsica medida, por exemplo temperatura,

nvel, vazo, presso, presena e outros.

O sensor emitir informaes na sua sada, e estas sero a base para a

monitorao e o controle de um processo de produo.

Eles podem ser classificados como analgicos ou digitais, de acordo com sinal

emitido na sua sada, se ele emitir pulsos eltricos com 0 ou 1, sem valores

intermedirios, ele classificado como digital. Se as informaes de sada so sinais

eltricos proporcionais grandeza medida ele classificado como analgico.

Os sensores digitais tambm conhecidos como discretos, e suas sadas possuem

chaveamento eletrnico podendo ser NPN ou PNP.

Sensores com sada NPN So utilizados para comutar a carga ao potencial

positivo. O mdulo de sada possui um transistor NPN que conecta a carga terra (0 V).

A carga conectada entre a sada do sensor e a tenso de funcionamento positiva

(VDC) (Junior, 2015).

Figura 1 - Esquema sensor com sada NPN

Fonte: (Junior, 2015)

Sensores com sada PNP So utilizados para comutar a carga ao potencial

negativo. O mdulo de sada possui um transistor PNP que conecta a carga terra (0 V).

A carga conectada entre a sada do sensor e a tenso de funcionamento negativo (0V).

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Figura 2 - Esquema sensor com sada PNP


Sensores com sada a rel As sadas no so eletrnicas e sim mecnicas. O

rel possui contatos, normalmente abertos (NA) e normalmente fechados (NF), o que

nos disponibiliza uma independncia quanto ao potencial da carga. A principal

vantagem sobre os eletrnicos est no chaveamento de correntes mais altas.

Sensores com sada Analgica So usados para monitorao das variveis de

processo, so tambm chamados de transdutores, ou seja, convertem uma grandeza

fsica em uma grandeza eltrica normalmente de 4 20mA.

As aplicaes mais comum de sensores, costumam ser a contagem de peas,

verificao de posicionamento de uma pea para liberao de uma prxima fase do

processo, seleo entre peas diferentes e determinao de dimensional de um produto,

entre outras. Apesar de parecer um procedimento simples, muitas vezes um projeto de

automao pode sucumbir devido escolha errnea de um sensor.

2. SENSORES INDUTIVOS

So sensores que executam uma comutao eletrnica quando um objeto

metlico invade seu campo eletromagntico, causando a mudana de seu estado lgico.

So os mais comuns na indstria, tem baixo custo, comparados aos capacitivos,

entretanto bem mais caros que os magnticos e fins de curso.

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Figura 3 - Modelos de sensores indutivos WEG

Fonte: (WEG, 2015)

Componentes bsicos do sensor indutivo

Oscilador Fornece energia para gerao do campo eletromagntico nas

bobinas.

Bobina Gera o campo eletromagntico.

Circuito de disparo Detecta mudanas na amplitude da oscilao. As

mudanas ocorrem quando o alvo se aproxima da face sensora.

Circuito de sada quando uma mudana considervel detectada, a sada

fornece um sinal para uma interface, CLP ou microcontrolador.

Princpio de funcionamento

O oscilador excita a bobina que produz um campo eletromagntico. Este campo

perder fora (amplitude) quando um objeto metlico se aproximar da face sensora,

reduzindo a amplitude da oscilao, esta queda de amplitude se d devido a induo de

correntes parasitas no material. medida que o objeto se aproxima a fuga de corrente

aumenta fazendo com que a amplitude reduza at que o limiar de disparo ou Set Point

seja alcanado. Como mostra a figura:

Figura 4 - Comportamento da sada quando o objeto se aproxima


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Alvo padro

Os fabricantes especificam em seus catlogos a distncia sensora nominal, que

a mxima distncia na qual o objeto ser detectado. Como esta distncia depende do

material usa-se um alvo padro. preciso considerar ainda que metais diferentes

tenham resistividades diferentes, o que limita as correntes parasitas, influenciando na

distncia sensora.

Figura 5 - Alvo Padro - especificao de fbrica


Blindados e no blindados

Os sensores indutivos podem ser blindados ou no blindados, sendo que os

blindados possuem um campo mais direcionado que os no blindados, o que contribui

para o aumento da distncia sensora e da preciso do sensor, obviamente so mais caros.

Figura 6 - Representao sensor blindado e no blindado


Embutidos, no embutidos e semi-embutidos

Embutido: Este tipo de sensor tem o campo eletromagntico emergindo apenas

na face sensora e permite que seja montado em uma superfcie metlica.

Figura 7 - Sensor embutido em parede de metal


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No Embutido: Neste tipo o campo eletromagntico emerge tambm da

superfcie lateral da face sensora, sensvel presena de metal ao seu redor.

Figura 8 - Sensor no embutido


Semi-Embutido: O campo eletromagntico emerge somente na face sensora,

mas afetado por metais prximos a sua face, podendo ser instalado em superfcies

metlicas desde que obedea a uma distncia livre a partir da superfcie sensora. Esta

distncia varia de acordo com a tabela abaixo:

Figura 9 - Sensor semi-embutido


Aplicao A seguir, podemos ver algumas aplicaes tpicas para os sensores de

proximidade indutivos, no descartando, porm o emprego desses para quaisquer outras.

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Figura 10 - Exemplos de Aplicaes dos Sensores Indutivos

Fonte: (CEFET-ES, 2015)

3. SENSORES CAPACITIVOS Estes sensores eletrnicos so acionados quando qualquer objeto (vidro, gros e

at lquidos) invade sua rea sensvel, promovendo a mudana de seu estado lgico.

Tem como principal vantagem poder detectar objetos metlicos e no metlicos, ao

contrrio do indutivo que s detecta objetos metlicos. Outra vantagem que podem

detectar dentro de recipientes no metlicos. Estes sensores so usados geralmente na

indstria de alimento e para verificar os nveis de fluidos e slidos dentro de tanques.

Os sensores capacitivos no so to precisos quanto os indutivos, alm de serem mais

sensveis variao do ambiente.

Figura 11 - Modelos de sensores indutivos WEG

Fonte: (WEG, 2015)

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Componentes bsicos do sensor capacitivo

Os sensores capacitivos possuem um oscilador que no oscila at que um objeto

se aproxime do mesmo e quanto mais prximo maior a amplitude da oscilao, at que

atinja o set point do circuito de disparo acionando a sada que com nos indutivos podem

ser PNP ou NPN.

Figura 12 - Comportamento da sada do sensor quando um objeto se aproxima


medida que o objeto se aproxima a capacitncia do circuito oscilador aumenta,

aumentando assim, a amplitude da oscilao at que ON point seja alcanado,

comutando a sada de baixo para alto. Ao se afastar do sensor a capacitncia diminui e a

amplitude da oscilao reduzida at que Off point seja atingido, neste momento a

sada comuta de alto para baixo.

Figura 13 - Oscilao de sada quando o objeto se aproxima


Alvo Padro:

As distncias sensoras nos sensores capacitivos so especificadas para o

acionador metlico de ao SAE 1020 quadrado aterrado e com lado igual a 3 vezes a

distncia sensora para os modelos no embutidos, (na grande maioria) e em alguns

poucos casos de sensores capacitivos embutidos utiliza-se o lado do quadrado igual ao

dimetro do sensor.

Constante dieltrica dos materiais (Rockwell Automation)

A escolha do sensor capacitivo depende da basicamente do material que se

deseja detectar, da relao custo benefcio e obviamente do projeto. No porque o

sensor capacitivo detecta todos os materiais, que no devemos atentar ao material, ou

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melhor, a constante dieltrica do material. Segue abaixo uma tabela com algumas

constantes.

Figura 14 - Constantes dieltricas de alguns materiais


Fator de correo

Assim como nos sensores indutivos devemos corrigir a distncia sensora. A

tabela abaixo cita alguns materiais e seus respectivos fatores de correo.

Tabela 1 - Fatores de correo da distncia sensora


Ajuste de sensibilidade

Alguns sensores capacitivos possuem um ajuste de sensibilidade, o que

possibilita a deteco de produtos dentro de recipientes.

Figura 15 - Ajuste de sensibilidade


Aplicaes

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Figura 16 - Aplicaes diversas dos sensores de proximidade capacitivo

Fonte: (CEFET-ES, 2015)

4. SENSORES RETRO-REFLEXIVOS Os sensores retro-reflexivos so um tipo de sensor ptico. Diferente dos sensores

capacitivos e indutivos os sensores pticos operam com base emisso e recepo de um

feixe de luz modulada.

A frequncia de modulao de emisso e recepo devem ser a mesma. Assim, o

receptor somente ser sensvel a luz do transmissor ignorando a luz do ambiente. Em

alguns sensores o transmissor e o receptor esto alojados em um nico encapsulamento.

Os sensores pticos so, em sua grande maioria, dotados de lentes que

aumentam a distncia sensora os transmissores e focalizam a luz no caso dos receptores.

Os sensores pticos podem ser sensveis luz ou ao escuro. Vejamos:

Light - On: A sada fica energizada (ON) quando o sensor recebe o feixe de

luz modulada e, portanto, fica desenergizada (OFF) quando a luz

interrompida.

Dark - On: A sada fica energizada (ON) quando o sensor no recebe o feixe

de luz e, portanto, fica desenergizada (OFF) se recebe-la.

Dark On e Light - On: Alguns sensores disponibilizam aos seus usurios as

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duas opes, ou seja, fica a critrio do projetista.

Os sensores retro-reflexivos apresentam o transmissor e o receptor em uma nica

unidade. O feixe de luz chega ao receptor somente aps ser refletido por um espelho

prismtico, e o acionamento da sada ocorrer quando o objeto a ser detectado

interromper este feixe.

Figura 17 - Sistema Refletivo


H diversos tipos de sensores retro-reflexivos, entre eles:

o Com filtro de polarizao:

Um filtro polarizador utilizado para eliminar falsos sinais que possam ocorrer

caso um alvo brilhante passe na frente do sensor retro-reflexivo. O filtro possibilita uma

deteco livre de erros de objetos brilhantes e altamente reflexivos.

o Para a deteco de objetos claros:

Este sensor um modo fotoeltrico retro-reflexivo que identifica alvos claros

seguramente. Atravs da utilizao de um circuito de baixa histerese, o sensor detecta

pequenas mudanas na luz ao detectar objetos claros. O detector de objetos utiliza filtros

polarizados nos transmissores e receptores do sensor para reduzir respostas falsas

causadas por reflexos do alvo

o Com supresso de primeiro plano:

Este sensor de supresso de primeiro plano um modo fotoeltrico retro-

reflexivo que identifica alvos brilhantes seguramente. Aberturas ticas na frente dos

elementos do emissor e receptor no invlucro do sensor produzem uma 'zona especial'

para que no haja erros na deteco de materiais refletivos e despolarizados

o Sensor de rea retro-refletivos:

Diversos transmissores e receptores em um nico invlucro possibilitam uma

ampla distncia sensora.

Dentre as principais vantagens e desvantagens de se usar o sensor retro-reflexivo

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esto:

Vantagens do tipo Retro-Reflexivo

- Maior facilidade de instalao, pois possui corpo nico e de fcil

alinhamento;

- E mais barato que o feixe transmitido porque a fiao mais simples (corpo

nico);

- Possibilidade de deteco de objetos transparentes. Para objetos transparentes

sempre h uma atenuao, permitindo ajustes no potencimetro de sensibilidade do

sensor de forma a detectar esse objeto;

- Os objetos podem ser opacos, translcidos e at transparentes.

Desvantagens do tipo Retro-Reflexivo

- Uma possvel falha no emissor avaliada como deteco de um objeto;

- O espelho prismtico ou fitas refletoras podem se sujar provocando falhas no

funcionamento;

- Possui alcance mais curto que o feixe transmitido;

- Possui menor margem de deteco que por feixe transmitido;

- Pode no detectar objetos brilhantes (usar a polarizao)

Aplicaes

So adequados para detectar objetos opacos, translcidos e at transparentes.

Deve ser tomado cuidado quando se aplicar detectores por feixe retro-refletido comuns

em aplicaes onde alvos brilhantes ou altamente refletivos devem ser detectados, pois

as reflexes do prprio alvo podem ser detectadas como se fossem do refletor. s vezes

possvel orientar o detector e o refletor (ou fita refletora) de modo que o alvo brilhante

reflita a luz para longe do receptor, por exemplo, montando o sensor a 45 da face

refletiva do objeto (CEFET-ES, 2015).

5. SENSORES DIFUSOS

Sensor difuso-refletido (sistema de difuso): Neste sistema o transmissor e o

receptor so montados tambm na mesma unidade. Sendo que o acionamento da sada

ocorre quando o objeto a ser detectado entra na regio de sensibilidade e reflete para o

receptor o feixe de luz emitido pelo transmissor.

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Figura 18 - Sistema difusor


A distncia sensora afetada pela capacidade de reflexo da luz pelo objeto, ou

seja, tero dificuldade de detectarem cores escuras.

Neste tipo de sensor, deve-se tomar um cuidado especial com a cor do objeto.

Como o receptor detecta a luz refletida pelo objeto, a cor e a rugosidade do mesmo

influenciam no ndice de reflexo da luz e logo o sensor ir detectar objetos de cores

claras a uma distncia maior que os objetos de cores escuras.

Vantagens do tipo Difuso-Refletido

- No necessrio um refletor (fita refletora) ou espelho;

- Dependendo do ajuste, diferentes objetos podem ser detectados;

- Os objetos podem ser translcidos, transparentes ou opacos, o suficiente para

que uma percentagem da luz seja refletida.

Desvantagens do tipo Difuso-Refletido

- Para menores distncias requerida uma menor reflexo das superfcies dos

materiais;

- Para maiores distncias, maiores taxas de reflexo so requeridas.

6. REFERNCIAS CEFET-ES. (15 de Abril de 2015). Instrumentao Industrial. Fonte: Ebah:

http://www.ebah.com.br/content/ABAAAexdEAG/apostila-sensor

Junior, C. (15 de Abril de 2015). Sensores Industriais Discretos. Fonte: Corradi Junior:

Fonte: http://www.corradi.junior.nom.br/sensores_Ind.pdf

WEG. (15 de Abril de 2015). Sensores Indutivos. Fonte: WEG:

http://www.weg.net/br/Produtos-e-Servicos/Controls/Sensores-

Industriais/Sensores-Indutivos

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