transdutores-sensores-atuadores

8/3/2019 transdutores-sensores-atuadores

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Introduo de transdutores

Notas de aula:Valner Brusamarello


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Aula 06

Prof. Valner Brusamarello Transdutores


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Definio: SENSOR: [VIM 2008] um elemento de um sistema de medio que

diretamente afetado por um fenmeno, corpo ou substncia que contm agrandeza a ser medida. Pode-se citar como exemplos: o elemento de platina deum termmetro do tipo RTD, rotor de uma turbina para medir vazo, tubo deBourdon de um manmetro, bia de um instrumento de medio de nvel,

fotoclula de um espectrofotmetro, entre outros. TRANSDUTOR: um dispositivo que converte um sinal de uma forma fsica para

um sinal correspondente de outra forma fsica. [VIM2008] um dispositivoutilizado em medies, que fornece uma grandeza de sada que tem umacorrelao especfica com a grandeza de entrada. Pode-se citar como exemplos:termopar, transformador de corrente, extensmetro de resistncia eltrica (strain-gage), eletrodo de pH, entre outros.

Caracterizao em relao a funo

Transdutores Sensores: detectam as variveis do processo e as transformampara posterior processamento

Transdutores Atuadores: alteram as variveis do processo

Transdutores Conversores: convertem e/ou transferem energia entre doissistemas

Transdutores

TransdutorTransdutorestmulo resposta


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Transdutores Sensores Humanos: Toque

Grande parte docrebro reservadaaos dedos e lbios


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Transdutores Sensores Humanos: Viso


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Transdutores Sensores Humanos:

Viso Em termos de resoluo e faixa dinmica, o

olho humano supera qualquer sensoreletrnico de luz disponvel atualmente

RESOLUO (pontos por mm2) Olho 150000 Tubo Vidicon 1500 Cmeras (nem tanto) moderna 150 to 400 Foveon CMOS array 35000


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Clulas

ciliares naCclea

Transdutores Sensores Humanos: Audio


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Transdutores Sensores Humanos: Audio

MEMBRANA DO TMPANO 50 a 90 mm2 (aproximadamente circular) 0.1 mm de espessura

Deslocamento mnimo detectvel: 108

mm Deslocamento com desconforto: 101 mm

A CCLEA Resposta em freqncia 50Hz to 17kHz (18-25 anos)

Resposta acima de 10kHz abaixo de:7dB (30-39 anos)13dB (40-49 anos)

35dB (50-59 anos)

O dimetro do tomo de hidrognio de 107 mm Os microfones mais sensveis so capazes de medir

deslocamentos de 107 mm.


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Transdutor Sensor

Caractersticas desejveis: Devem interferir minimamente com as variveis do

processo ao monitor-las Proceder a converso da informao de uma natureza

para outra da forma mais fiel, repetitiva e monotnicapossvel

Transdutor Sensor Ideal No extrai energia do mensurando

Possui dimenso nula No possui massa

No recebe energia de nenhuma fonte


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Classificao de Transdutores Sensores

Passivos

Sensores passivos geram diretamente um sinal eltrico emresposta a um estmulo.

No emitem radiao.

Retiram energia do processo

Ativos

Sensores ativos requerem ser excitados por uma fonte externade energia para operarem. Esse sinal de excitao modificadopelo sensor, em funo do estmulo (mensurando), para produziro sinal de sada.

Podem retirar ou inserir energia no processo



excitao


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Transdutores Sensores Passivos e ativos


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Classificao de Transdutores Sensores Simples

Um transdutor dito simples quando possui apenasum estgio de transduo entre entrada e sada

Composto Um transdutor dito composto quando possui mais

de um estgio de transduo entre entrada e a sada

TransdutorTransdutorgrandeza

fsica de

entrada

grandeza

fsica de

sada

EstEstgiogio

AA

grandeza

fsica de

entrada

grandeza

fsica de

sada

EstEstgiogio

BB

EstEstgiogio

CC

grandezas fsicas intermedirias

TransdutorTransdutor


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Transdutores Sensores Simples e Compostos

Simples (detector de proximidade indutivo)

Composto (clula de carga) Estgio 1: Elemento Elstico - converte fora

ou presso em deformao mecnica

Estgio 2: Extensmetros de resistncia

eltrica convertem deformao mecnicaem variao de resistncia eltrica Estgio 3: Converte variao de resistncia

em variao de tenso eltrica

Produz uma variao de tenso eltrica

quando algum material ferromagntico semovimenta prximo ao sensor (bobina emconjunto com um im)


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Princpios Fsicos dos Transdutores Sensores Efeitos Mecnicos

Deslocamento e Velocidade (molas, diafragmas, bimetais, sistemasmassa mola)

Efeitos Eltricos

Variao de Resistncia Efeitos Termo-resistivos, Mecano-resistivos, Eletro-resistivos,

Fotocontutivos.

Variao de Capacitncia

Variao de Indutncia Princpio do Gerador Eltrico (lei de Faraday),

Efeitos Fotoeltricos

Princpio do Pirmetro de Radiao, Efetito Fotovoltico,...

Efeitos Termeltricos

Efeito Peltier, Efeito Thompson, Efeito Seebeck

Efeito Piezeltrico

.....


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Princpios Fsicos dos Transdutores Sensores

Efeitos de Deslocamento e Deformaes Mecnicas Relativas Deslocamento ou mudana de dimenso em funo da temperatura

Mudana na presso de gs ou vapor confinado em funo datemperatura

Fuso, amolecimento ou vaporizao de materiais a temperaturas fixas As leis de Newton do movimento e da atrao gravitacional

A lei de conservao da energia

A lei de conservao da quantidade de movimento linear e angular

A lei de Hooke Em um material elstico, a deformao relativa proporcional a

tenso mecnica aplicada

Os princpios de equilbrio esttico

Teorema de Bernoulli Quando a velocidade de um fludo aumenta, sua presso esttica

diminui e vice-versa

Princpio de Arquimedes

Lei de Pascal


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Transdutores Sensores Mecnicos

Empregada como Sensor de

Proximidade, detectando apresena ou ausncia de umobjeto

Operaes liga/desliga Tipos

Normalmente Aberto Normalmente Fechado

Existem em uma grandevariedade de formas para uma

diversidade de aplicaes Desgaste mecnico dos

componentes, transitrio decontato

Atuador

Comum

Normalmente

Fechada

Normalmente

Aberta

Chave Mecnica


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Transdutores Sensores Mecnicos

Funo de TransfernciaTerica

Resistncia de entre terminais ()

0

Posio do Cursor Atuador

Ligada

Desligada

Transitrio

Resistncia de entre terminais ()

0Posio do Cursor Atuador


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Exemplos de detectores de Proximidade tipo Chaves Mecnicas


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Aplicaes e Usos Caractersticas de Chaves Mecnicas

Fcil de integrar em mquinas de qualquertipo

Requer Contato Tenso de operao: verificar limites, CA, CC

Muito Robustas (a prova de exploso, senecessrio)

Normalmente empregadas como:

limitadores indicador de presena ou ausncia indicar de porta aberta ou fechada


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Exemplo do Uso de Chaves

Mecnicas


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Transdutores Resistivos

Fornecem uma resistncia em resposta ao estmulo

Potencimetros Posio do cursor

Extensmetros Deformao linear

Termoresistores Temperatura

Fotocondutores Intensidade Luminosa


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Transdutores Potenciomtricos

Fornecem uma resistncia em resposta a

posio do cursor

PotencimetroPosio

do

Cursor

Resistncia


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Funo de Transferncia Terica

A resistncia diretamente proporcional ao comprimento docondutor

Rx

R

R

l

A

kl

Ax

x

= =

R kRx=

para 0 1<


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Potencimetros Rotativos Respondem a posio angular do cursor

Bucha de Bronze

Encapsulamento

Terminais folhadas a ouro

e barra de continuidade

Elemento

Resistivo

Contato Deslizante de Metal Precioso

Haste de Ao Inoxidvel


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Potencimetros Lineares Respondem a posio linear do cursor

Terminais Folhados a

Ouro

Elemento Resistivo

Haste de Ao

Inoxidvel

Modificao da

Haste

Trilho guia

Amortecedor

Contato Deslizante de

Metal Precioso


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Tipos de Potencimetros Fio

O contato desliza sobre um enrolamento de fio deNquel-Cromo O fio tende a se danificar, mal contato, variaes com

a temperatura

Cermico O contato desliza sobre uma trilha de cermica

resistiva Melhor do que os potnciometros de fio

Filme Plstico Alta resoluo Alta durabilidade e baixa sensibilidade a temperatura


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Transdutores Potenciomtricos Exemplo de Aplicao

Medindo a posio do eixo de um servo-posicionador

Controlador Motor ReduoVref+

_

Referncia

(Set Point)


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Exemplos de Aplicao Sistema de Direo Automtica

Uma sada analgica determinacom preciso a posio angular

do eixo da barra de direo,

utilizando um sistema que

integra um conjunto de reduo

mecnica e um sensor

potenciomtrico de filmeresistivo

O sensor fornece um sinal ao

microprocessador para que

este detecte e corrija

qualquer desvio entre o

curso atual e o desejado


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Exemplos de Aplicao Sistema de Posicionamento de Bancos de

Automveis

Um sistema integrado contendo os posicionadores e

sensores potenciomtricos de posio para as trs

direes de ajuste da poltrona


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Exemplos de Aplicao Sistema de Medida de Posio de Pedal em Mquinas Pesadas

Uma sada analgica determina a

posio do pedal a medida que

este pressiona eixo do sensor

potenciomtrico linear de filmeresistivo

O sensor fornece um sinal ao

microprocessador para que

este processe e determine as

aes necessrias como por

exemplo aumentar a injeo

de combustvel, frear, etc...


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Exemplo deCondicionamento

RVin

Vout

Normalmente

empregado como

Divisor de Tenso

CircuitoCompleto

Vcc R3

R2

R1

U2

TL431Vo+

U1

OPAMP5

P1

Fonte de

RefernciaSeguidor de

Tenso (Buffer)

RVin

Vout

Normalmente

empregado como

Divisor de Tenso

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