Introdução
Os sensores são dispositivos que tem a função de detectar uma mudança ao longo do tempo e assim informar essa mudança.
Introdução
Os sensores são dispositivos que tem a função de detectar uma mudança ao longo do tempo e assim informar essa mudança.
Características
O sinal de um sensor pode ser usado para detectar e corrigir desvios em sistemas de controle, e nos instrumentos de medição, que frequentemente estão associados aos sistemas de controle controle de malha aberta (não (não automáticos), orientando o usuário, sendo caracterizados por: • • • • • • • •
Linearidade Faixa de atuação Histerese Sensibilidade Superfície Ativa Ativa Fator de Correção Frequência de Comutação Distância Sensora
Características
Linearidade: •
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É o grau de proporcionalidade entre o sinal gerado e a grandeza grandeza física. Quanto maior, mais fiel é a resposta do sensor ao estímulo. Os sensores mais usados são os mais lineares, conferindo conferindo mais precisão ao sistema de controle. controle. Os sensores não lineares são usados em faixas limitadas, em que os desvios são aceitáveis, ou com adaptadores adaptadores especiais, que corrigem o sinal.
Características
Faixa de atuação: •
É o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado o sensor, sensor, sem destruição destruiçã o ou imprecisão.
Histerese: •
É a distância entre os pontos de comutação do sensor, sensor, quando um atuador dele dele se aproxima e se afasta.
Características
Sensibilidade: •
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É a distância entre a face do sensor e o atuador no instante em que ocorre à comutação. As medidas na tabela são determinadas para um atuador de chapa de aço quadrada com 1 mm de espessura, cujo lado é igual ao diâmetro do sensor.
Superfície Ativa: •
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É a superfície através da qual o campo eletro-magnético de alta frequência se irradia no meio externo. Esta área é definida pela superfície do núcleo e corresponde aproximadamente à superfície da área externa deste núcleo.
Características
Fator de correção: •
Fornece a redução da distância sensora em presença de materiais cujas características apresentam desvios em relação ao ferro Fe 360 (definido pela ISO 630).
Freqüência de Comutação: •
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Corresponde à quantidade máxima de comutações por segundo. Baseado nas características operacionais de cada dispositivo, os transdutores são elementos de campo mais utilizados para controle, enquanto que os sensores, também elementos de campo, são utilizados mais especificamente em automação de processos.
Características
Distância Sensora: •
Distância em que aproximando-se o acionador da face sensora, o sensor muda o estado da saída.
Distância Sensora Nominal: •
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Distância sensora teórica, a qual utiliza um alvo padrão como acionador e não considera as variações causadas pela industrialização, temperatura de operação e tensão de alimentação. É o valor em que os sensores de proximidade são especificados.
Tipos de Sensores
De acordo com a tabela a seguir, é possível ter uma visão geral dos sensores a serem abordados: Visão Geral das famílias de sensores e seus principais tipos: Família Tipo Indutivos Proximidade
Princípio de funcionamento Geração de campo eletro-magnético em alta freqüência
Capacitivos
Geração de campo magnético desenvolvido por oscilador
Proximidade Difusão Retroreflexivo Barreira
Óticos Sensores Ultra-sônicos
Difusão Reflexivo Barreira
Transmissão e recepção de luz infravermelha que pode ser refletida ou interrompida por um objeto a ser detectado Transmissão ou recepção de onda sonora que pode ser refletida ou interrompida por um objeto a ser detectado
Sensores de Proximidade
Os sensores de proximidade são dispositivos construídos para detectar a presença ou passagem de materiais metálicos ou não metálicos, por proximidade ou aproximação, sem contato físico. Esta detecção é feita pela face sensora do sensor, que ao serem acionados ativam as entradas dos equipamentos de controle.
Sensores Indutivos
Dispositivos de indução operam segundo o princípio de que havendo um movimento relativo entre um campo magnético e um condutor, uma corrente poderá ser induzida no condutor.
Sensores Indutivos
Usualmente, o condutor é um fio, esse fio é enrolado de tal maneira a produzir uma bobina. Assim que o campo magnético passa pela bobina, ele induz nessa mesma bobina uma tensão que é proporcional à intensidade do campo magnético, à velocidade do movimento e ao número de voltas do fio da bobina.
Sensores Indutivos
A relutância em circuitos magnéticos é o equivalente à resistência em circuitos elétricos. Um caminho de baixa relutância é um bom condutor magnético. •
Como exemplo, se um material ferromagnético é aproximado de um imã permanente, o campo que circunda o imã aumenta em intensidade, fazendo com que o fluxo seja redirecionado para passar através do material.
Sensores Indutivos
Funcionamento: •
Geração de um campo eletromagnético de alta freqüência, que é desenvolvido por uma bobina ressonante instalada na face sensora.
Sensores Indutivos
A bobina faz parte de um circuito oscilador, que em condição normal (desacionada), gera um sinal senoidal. Quando um metal aproxima-se do campo, este por correntes de superfície, absorve a energia do campo, diminuindo a amplitude do sinal gerado no oscilador. Esta diminuição do valor original aciona o estágio de saída. Os sensores de proximidade indutivos são equipamentos eletrônicos capazes de detectar a aproximação de peças, componentes, elementos de máquinas, em substituição às tradicionais chaves fim de curso. A detecção ocorre sem que haja o contato físico entre o acionador e o sensor, aumentando a vida útil do sensor por não possuir peças móveis sujeitas a desgastes mecânicos.
Sensores Indutivos
Aplicações:
Sensores Capacitivos
A capacitância depende da área das placas A, da constante dielétrica do meio, εr, e da distância entre as placas, d: C = εr A / d
Sensores Capacitivos
Nos sensores Capacitivos podemos variar qualquer destes fatores, sendo mais prático alterar a distância entre uma placa fixa e uma móvel, ou a área, fazendo uma placa móvel cilíndrica ou em semicírculo (ou várias paralelas, como no capacitor variável de sintonia) se mover em direção à outra fixa. A variação na capacitância pode ser convertida num desvio na freqüência de um oscilador, ou num desvio do equilíbrio (tensão) numa ponte feita com dois capacitores e dois resistores, alimentada com corrente alternada.
Sensores Capacitivos
O desvio de tensão será inversamente proporcional ao desvio na capacitância, neste caso e, usando um sensor de distância entre as placas, será proporcional ao deslocamento entre as placas. Este método é usado em sensores de posição, força e pressão, havendo uma mola ou diafragma circular suspenso por borda elástica (como o cone de um altofalante), suportando a placa móvel. Há também o sensor por diferença de capacitância, que é um capacitor duplo, com duas placas fixas e uma móvel no centro.
Sensores Capacitivos
Princípio de Funcionamento: •
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Baseia-se na geração de um campo elétrico, desenvolvido por um oscilador controlado por capacitor. O lado sensível de um sensor capacitivo é formado por dois eletrodos metálicos dispostos concentricamente que se equivalem a um capacitor. As superfícies dos eletrodos são conectadas em uma ramificação de alimentação de um oscilador de alta freqüência sintonizado de tal maneira que não oscilem quando a superfície está livre.
Sensores Capacitivos •
Quando um objeto se aproxima da face ativa do sensor, ele entra no campo elétrico sob a superfície do eletrodo e causa uma mudança na capacitância do conjunto, ocorrendo uma oscilação com uma amplitude tal que seja detectada por um circuito e convertida em um comando de chaveamento.
Sensores Capacitivos
Características Técnicas e Aplicações: •
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A distância nominal é definida com uma placa quadrada de aço doce, com 1 mm de espessura, similar à usada nos sensores indutivos. A dimensão da lateral da placa é igual à dimensão da face sensora. Uma regulagem nominal da sensibilidade é efetuada em fábrica.
Sensores Capacitivos
Dependendo da aplicação, um ajuste da sensibilidade poderá ser necessário, dependendo de: •
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aumento da sensibilidade para os objetos de fraca influência(εr baixo): papel, papelão, vidro, plástico; manutenção ou diminuição da sensibilidade para os objetos de forte influência (εr elevado): metais, líquidos; Os sensores capacitivos possuem eletrodos de compensação, que permitem eliminar as influências das variações do meio ambiente (umidade, poluição).
Sensores Capacitivos
Com variações acentuadas do meio ambiente, deve-se tomar a precaução de que o aumento da sensibilidade não coloque o produto em uma faixa crítica de funcionamento. O aumento da sensibilidade corresponde a um alongamento da histerese de comutação.
Classes de Saída dos Sensores
Os sensores de proximidade possuem diferentes classes de saída, o que chamamos de configuração elétrica do sensor. A configuração elétrica em corrente contínua é muito usual na área de automação de processos, e sempre deve ser a primeira opção durante o projeto.
Classes de Saída dos Sensores
Normalmente Aberto - NA: •
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Onde o transistor de saída está normalmente cortado, ou seja: com o sensor desatuado (sem o acionador na região de sensibilidade), a carga está desenergizada, pois o transistor de saída está aberto (cortado). A carga só será energizada quando o acionador entrar na região de sensibilidade do sensor.
Classes de Saída dos Sensores
Normalmente Fechado - NF: •
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Onde o transistor de saída está normalmente saturado, ou seja: com o sensor desatuado (sem o acionador na região de sensibilidade), a carga está energizada, pois o transistor de saída está fechado (saturado). A carga só será desenergizada quando o acionador entrar na região de sensibilidade do sensor.
Saída Reversora: •
Em um mesmo sensor, podemos ter uma saída normalmente aberta e outra normalmente fechada, que permutam quando o sensor é acionado.
Classes de Saída dos Sensores
2 condutores:
Classes de Saída dos Sensores
3 condutores:
Classes de Saída dos Sensores
4 condutores:
Sensores e Proximidade Configuração de saída do tipo pnp e npn com 3 condutores
Os sensores de proximidade de corrente contínua são alimentados por uma fonte em CC. Possuem no estágio de saída um transistor que tem como função chavear (ligar e desligar) a carga conectada ao sensor. Existe, ainda, dois tipos de transistor de saída, um que chaveia o terminal positivo da fonte de alimentação, conhecido como PNP; e o tipo que chaveia o negativo da fonte, conhecido como NPN.
Sensores e Proximidade
Sensores Óticos
Baseiam-se na transmissão e recepção de luz infravermelha, que pode ser refletida ou interrompida pelo objeto a ser detectado.
Tipos de Sensores Óticos
Difusão •
O transmissor e o receptor são montados na mesma unidade, sendo que o acionamento da saída ocorre quando o objeto a ser detectado entra na região de sensibilidade e reflete para o receptor o feixe de luz emitido pelo transmissor.
Tipos de Sensores Óticos
Sensores reflexivos •
O transmissor e o receptor são montados em uma única unidade. O feixe de luz chega ao receptor após a incidência em um espelho e o acionamento da saída ocorre quando o objeto interrompe o feixe.
Tipos de Sensores Óticos
Sensores reflexivos em espelho de 3 vias
Tipos de Sensores Óticos
Sensor de barreira
Tipos de Sensores Óticos
Sensor com Condutores de Fibra Ótica
Tipos de Sensores Óticos
Sensor à Laser com Saída Analógica
Tipos de Sensores Óticos
Sensor Marca Cor
Tipos de Sensores Óticos
Sensor Fenda
Tipos de Sensores Óticos
Sensor de Cor
Aplicações Contagem de garrafas utilizando sensor difuso
Controle de rasgos no rolo de tear usando um sensor difuso
Aplicações Contagem de CI's usando um sensor de fibra ótica
Controle de tampas usando um sensor de fibra ótica do tipo barreira
Aplicações Medição do comprimento de rolo em mesa de corte com um sensor de fibra ótica de barreira
Sensores Ultrassônicos
Princípio de Funcionamento: •
O sensor emite pulsos cíclicos ultra-sônicos que refletidos por um objeto incidem no receptor, acionando a saída do sensor.
Sensores Ultrassônicos
Definição da faixa de medição:
Sensores Ultrassônicos
Alinhamento Angular:
Sensores Ultrassônicos
Alinhamento Angular - Aplicação:
Sensores Ultrassônicos
Formas de atuação:
Sensores Ultrassônicos
Zona Livre:
Sensores Ultrassônicos
Vantagens: •
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Para detecção de objetos a distâncias determinadas; Detecção de objetos de diferentes materiais, formas e cores; Detecção de objetos pequenos em longa distância; Pode ser usado: •
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como sensor de proximidade com supressão de fundo como barreira de reflexão para saída da distância de objeto de forma digital ou analógica
Funcionamento constante sem manutenção
Sensores Ultrassônicos
Comparação entre Sensores de proximidades Ultrasônicos e Óticos: Ultrasônico
Ótico
Características típicas Ponto de operação independente Ponto de operação dependente da da superfície de materiais, cor, superfície de materiais, cor, intensidade de luz e contrastes intensidade de luz e contrastes óticos óticos Insensível a poluição, por isso não Sensível a poluição, por isso necessita manutenção necessita manutenção Exatidão > 1 mm Exatidão > 0,25 mm Freqüência 8 Hz Freqüência 1000 Hz Sensível a turbulências Insensível a turbulências atmosféricas e temperatura atmosféricas e temperatura
Aplicações
Aplicações
Como Especificar um Sensor 1. Distância sensora SN 2. Tensão de alimentação: VCA / VCC Tipos de saída: CA CC PNP NPN Saídas: NA, NF ou NANF 4. Material a ser detectado: - Metal (ferroso, não-ferroso, opaco, translúcido, transparente) - Não metal
Como Especificar um Sensor 5. Dimensões do alvo: - Diâmetro - Final alvo: brilhante / escuro 6. Conexão elétrica: cabo, conector 7. Temperatura de operação ambiente: ºC 8. Ambiente: poeira, óleo, umidade/névoa 9. Detecção cores - Proteção contra água - Tipo de Excitação: LO e DO
