Saber Eletronica 470, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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4 I SABER ELETRÔNICA 464 I Setembro/Outubro 2012

índice

22

Editorial

Acontece

03 06 Cursos Saber ......................................................… 05 Metering 2013 ................................................ 09 Keystone ........................................................ 13 Tato ........................................................... 19 P a t o l a...................................................... 1 9 E S C..................................................... 2 1 C i k a................................................. 2 5 G l o b t e k................................................ 3 1 Nova Saber .......................................................... 53 Mouser ....................................................... 2ª Capa Nova Saber .............................................. 3ª Capa National ...................................................... 4ª Capa Índice de anunciantes 06 Enecsys lança plataforma de microinversor 07 Bloco metrológico de campo ultra frio 9194A 07 Novo catálogo M60.2, da Keystone, inclui novos produtos 08 Hikari Hakko mostra novidades na Feira Internacional da Indústria Elétrica, Eletrônica, Energia e Automação 09 Vendas de smartphones puxam mercado de celulares 10 Vishay Intertechnology anuncia o lançamento de novas chaves de carga 10 Texas Instruments lança o primeiro dispositivo de memória flash de 4 MB do mercado para ambientes agressivos 11 A fina arte da geração de sinal 12 FPT Industrial apresenta novo motor S8000 para grupos geradores 13 O novo termômetro IR Visual VT02, da Fluke, é o meio termo entre os termômetros infravermelho e os termovisores

Sensores

14 Como escolher o sensor ideal para seu sistema de medição

Projetos

22 Construa um LED Driver eficiente para sistemas de iluminação 26 Controlador de alta potência com o CILT 34 Aprenda como projetar um sistema de controle: Lugar das raízes para sistemas de controle – Parte 3

Circuitos Práticos

38 Trabalhos práticos com Arduino

Desenvolvimento

42 Controle baseado em FPGA

Componentes

46 Otimizando a conversão de potência nas interfaces sensoras isoladas

Instrumentação

50 Rotação de fase e temperatura da junção nos amplificadores transistorizados 54 Fonte de corrente microcontrolada 62 Entendendo as especificações de instrumentos de RF – Parte Final

acontece

Maio/Junho 2013 I SABER ELETRÔNICA 470 I 7 Bloco metrológico de campo ultra frio 9190A, da Fluke Calibration. Bloco Metrológico de Campo Ultra Frio 9190A, da Fluke, apresenta a melhor estabilidade de sua classe A Fluke Calibration, líder em instrumentação e software de calibração, apresenta o Bloco Metrológico de Campo Ultra Frio 9190A, um calibrador de bloco seco, exato, pequeno, leve e com a melhor estabilidade de sua classe. O 9190A é ideal para aplicações farmacêuticas, biomédicas e no processamento de alimentos, que demandam contro- le de qualidade rigoroso e conformidade com processos regulatórios, incluindo validação e calibração in loco dos RTDs, termopares, termômetros e outros sensores de temperatura. Ele atende às diretrizes EURAMET CG-13 de melhores prá- ticas de mensuração para calibradores de temperatura de bloco seco. Isto assegura que as suas especificações foram cuidadosamente definidas e testadas quanto a exatidão, es- tabilidade, uniformidade axial (vertical), uniformidade radial (poço a poço), efeito de carregamento e histerese. O 9190A atende uma ampla faixa de temperatura de trabalho (de -95° a 140° Celsius), abrangendo as tempera- turas mais frias e mais quentes requeridas nas aplicações farmacêuticas, biomédicas e de processamento de alimen- tos, e opera em temperaturas ultrafrias que, normalmente, não são disponíveis em um banho de calibração. Ele não utiliza fluidos, ideal para as salas limpas, sendo além disso, fácil de transportar e proporcionando uma capacidade de aquecimento/ resfriamento mais rápidas. O instrumento oferece a melhor estabilidade da temperatura em sua classe (±0,015 grau Celsius), proporcionando resultados consistentes e exatos. Com a opção “painel de processo” embutida, o 9190A apre- senta conectores 4-20 mA, uma entrada para termômetro de referência, uma entrada PRT/RTD de 4 elementos com exatidão de ±0,02 grau Celsius, e uma entrada específica de sensores de referência para minimizar os efeitos do gra- diente axial quando um PRT de referência é alinhado com sensores curtos. Novo catálogo M60.2, da Keystone, inclui novos produtos A Keystone Electronics Corp. acaba de anunciar o lançamento da 2ª edição do seu Catálogo original M60, referen- te a Conectores e Hardware Eletrôni- co: o Catálogo M60.2. Esta última edição de 152 páginas apre- senta uma variedade de novos pro- dutos e produtos atualizados, que são facilmente localizados nas seções de categorias de produtos. Tais categorias abrangem: Clipes de Bateria; Contatos & Receptáculos; Clipes de Fusíveis & Porta-fusíveis; Terminais e Pontos de Teste; Espaçadores & Isoladores; Hardware de Painéis; Pinos, Plugues, Jaques e Soquetes; PC Board Hardwa- re e Multi-Purpose Hardware. O catálogo tem mais de 5.000 produtos de qualidade, sendo ilustrado com desenhos detalhados, especificações e fotos de produtos tanto nos sistemas de medidas Métrico como Inglês (imperial). O M60.2 consiste em um recurso ideal para os projetistas, enge- nheiros, e compradores. Além das suas linhas de produtos padronizados, a Keystone mantém um Serviço de Engenharia de Aplicações para resolver requisições especiais de seus clientes. A capacidade e facilidade de produção da empresa inclui: fer- ramentas de precisão & die functions ; estampagem customizada; maquinário e montagem. A Keystone é uma empresa certificada com ISO 9001: 2008 e que obede- ce ao RoHS & REACH, tendo suas indústrias principais localizadas nos EUA e com escritórios de repre- sentação no Canadá, Europa, Ásia e Austrália, bem como uma rede de distribuição global.

acontece

8 I SABER ELETRÔNICA 470 I Maio/Junho 2013 Hikari Hakko mostra novidades na Feira Internacional da Indústria Elétrica, Eletrônica, Energia e Automação Empresa lança trena digital a laser, estação de solda digital, câmera termográfica e estrutura tubular modulável durante o evento O Grupo Unicoba participou de uma das mais importantes feiras do setor, a FIEE - Feira Internacional da Indústria Elétrica, Eletrônica, Energia e Auto- mação, em São Paulo. Representado pelo núcleo de negócios Hikari Hakko, lançou quatro produtos com aplicação em diversos segmentos. O principal lançamento é a trena digital a laser, Hikari iHTL-70, que proporciona precisão nas medições para profissionais que necessitam de grande exatidão nos resultados, sejam agrimensores, engenheiros ou outros. O produto, voltado para mercado de construção civil, decoradores, projetis- tas, móveis planejados, etc. se destaca por medir a distância entre dois pon- tos através da medição a laser. A trena emite um feixe de laser em direção ao ponto, obtém de volta a informação, calcula a distância e exibe o valor no display. Foi desenvolvida especialmente para ambientes internos. Como característica adicional apresenta as funções “Cálculo da Área e Volume”, “Medições indiretas por Pitágoras”, “Valores Máximo e Mínimo”, “Soma e Subtração das medidas”, “Memó- ria”, “Iluminação do display”, “Timer”, “Autodesligamento” e “Bluetooth” para transmissão de dados. O software da Trena Laser Digital Hikari iHTL- está disponível gratuitamente para o smartphone com sistema operacional iOS (Ipod, Iphone e Ipad) e Android, grande diferencial do produto, e permite transferir as medições feitas pela trena para o smartphone. Com o software Meterbox-iLDM é possível operar a trena remotamente, e utilizar os dados de medição em fotos. Outras novidades, desta vez para a indús- tria eletroeletrônica, são a estação de solda digital Hakko FX-888D, o termo- visor de câmera termográfica Hikari HTI-3000 e a estrutura tubular modu- lável Hikari, ideal para a confecção de estações de trabalho, bordos de linha, flowracks para supermercados, carrinhos de transporte, entre outras aplicações. O termovisor pode ser usado nas áreas de elétrica, mecânica, eficiência energé- tica ou qualquer outra que necessite de análise de temperatura. Leandro do Patrocínio, responsável pelo marketing dos produtos Hikari Hakko, ressalta que todos os produtos da marca são rigorosamente testados e aprovados conforme a política de qualidade e as normas vigentes. “O crescimento das marcas Hikari e Hakko ao longo dos anos é resultado de um compromisso estabelecido para produzir e oferecer os melhores produtos pelo menor custo, sempre Trena digital a laser iHTL-70, da Hikari Hakko. aliado a um suporte técnico extraor- dinário”, ressalta. A marca se destaca pela busca inces- sante na inovação dos produtos e oferece a almejada qualidade, precisão e facilidade que os usuários tanto pro- curam. Os produtos Hikari Hakko são divididos em 3 categorias diferentes: Soldagem Eletrônica - ferros de sol- dar, estações de solda, acessórios para soldagem, ESD, estações de retrabalho para BGA e outros; Teste e Medição

• multímetros, alicate-amperímetros, terrômetros, termômetros, osciloscó- pios, fontes de alimentação e demais itens de precisão; Ferramentas - chaves, alicates, sopradores térmicos, pistolas de cola quente, parafusadeiras, SMT Splicing (linha industrial), mi- croscópios, lupas e uma variedade de soluções em ferramental.

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10 I SABER ELETRÔNICA 470 I Maio/Junho 2013 Texas Instruments lança o primeiro dispositivo de memória Flash de 4 MB do mercado para ambientes agressivos A Texas Instruments Incorporated lançou o primeiro dispositivo de memória Flash não volátil, de altas tempera- turas, para ambientes agressivos. O SM28VLT32-HT tem uma capacidade operacional de 4 MB e elimina a neces- sidade de triagem e testes de qualifica- ção de componentes de nível industrial para faixas de temperatura fora das especificações dos data sheets. O dispo- sitivo permite o registro de dados em temperaturas extremas e é garantido por pelo menos 1.000 horas de vida útil em aplicações em ambientes agressivos, incluindo exploração de petróleo e gás, indústria pesada e aviônica. Principais recursos e benefícios do SM28VLT32-HT:

• Faixa de temperatura mais ampla: O único dispositivo de memória Flash não volátil qualificado para trabalhar em temperaturas entre -55 °C e 210 °C.
• Alta confiabilidade: Testado através de toda a faixa de temperatura para proporcionar operação de leitura/ Vishay Intertechnology anuncia o lançamento de novas Chaves de Carga, Canal P, com Slew Rate controlado escrita robusta durante toda a vida operacional do dispositivo.
• Tempo de projeto reduzido: Elimina a necessidade de partes externas, per- mitindo que os fabricantes desenvol- vam aplicações para ambientes agres- sivos rapidamente e com segurança, e reduz o tempo de desenvolvimento, testes e qualificação em seis meses.
• Encapsulamento pequeno e robusto: Disponível em encapsulamento plano em cerâmica ou em Known Good Die (KGD), o SM28VLT32-HT permite a integração de pequeno encapsulamen- to a módulos multi - chip para sistemas com espaço de placa limitado.
• Interface serial: A interface SPI sim- plifica o design e o encapsulamento, e reduz o número de pinos. Ferramentas e suporte Montado sobre uma placa resistente para permitir uma avaliação mais fácil em temperaturas mais elevadas, o módulo de avaliação HTFLASHEVM já está disponível. Já está disponível também o suporte para os clientes no High Reliability Forum (Fórum de Alta Confiabilidade) da comunidade TI E2E™, onde os engenheiros podem fazer perguntas e obter respostas de especialistas da Texas Instruments. Portfólio complementar de alta confiabilidade O SM28VLT32-HT complementa o portfólio completo de produtos de processamento analógico e integrado em aplicações de alta temperatura e de alta confiabilidade, como o Micro- controlador TMS470R1B1M-HT™ ARM7TDMI e o Controlador Digital de Sinais TMS320F28335-HT™ Delfino. Sobre os componentes de alta confiabilidade e altas temperatu- ras da Texas Instruments Os clientes contam com a expertise e alta confiabilidade da Texas Instru- ments e com o mais amplo portfólio de produtos de processamento analó- A Vishay Intertechnology apresentou recentemente duas novas chaves de carga, de canal P, com taxa de subida ( slew rate ) controlada, as quais foram projetadas para funcionarem entre 1,5 V e 5,5 V. Com os códigos comerciais SiP e SiP32459, cada uma dessas chaves oferece uma gate pump integrada que fornece uma resistência-ON baixa e plana, menor do que 20 mΩ, manten- do uma baixa corrente quiescente. As chaves são disponibilizadas em um invólucro CSP compacto (WCSP6), sendo que elas se caracterizam por terem um lento e controlado slew rate ao ligar, da ordem de 3 ms em 4, V, tipicamente, de modo a limitarem a corrente de pico para projetos com cargas sensíveis a ruído ou capacitivas. Visando uma maior eficiência, essas chaves de carga apresentam resis- tência-ON baixa com os seguintes valores típicos: 30 mΩ em 1,5 V; 26 mΩ em 1,8 V e 20 mΩ em 3,3 V (ou 5 V). Ambas suportam uma corrente contínua de 3 A, ao passo que uma baixa corrente quiescente de 4,2 mA (típica) permite que equipamentos alimentados a bateria funcionem por períodos mais longos. Quando desabilitada, a chave SiP provê um circuito de bloqueio rever- so que impede que a alta corrente flua para a fonte de alimentação. A SiP32459 inclui uma chave de descar- ga de saída que habilita uma rápida eliminação da carga quando ela for desabilitada. O invólucro WCSP6 de ambas chaves oferece uma pequena base impres- sa de 1,0 mm x 1,5 mm com passo de 0,5 mm, caracterizado por uma laminação top-side para melhorar sua robustez mecânica de modo a eco- nomizar espaço adicional; as chaves de carga têm um limiar de controle lógico de entrada baixo, podendo interfacear diretamente com pinos de I/O de baixa tensão. Ambos disposi- tivos fornecem resistores pull-down

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Maio/Junho 2013 I SABER ELETRÔNICA 470 I 11 A fina arte da geração de sinal – novo e sofisticado gerador de sinal de vetor da Rohde & Schwarz Gerador de sinal vetorial R&S SMW200A, da Rohde & Schwarz. O novo e sofisticado gerador de sinal de vetor R&S SMW200A, da Rohde & Schwarz, combina o máximo de flexibilidade, desempenho extraordi- nário e operação intuitiva, superando assim todas as soluções comparáveis que estão disponíveis no mercado. É a ferramenta perfeita para gerar sinais complexos e digitalmente modulados de alta qualidade. Graças à versatilida- de de opções de configuração, o pro- duto pode ser usado como gerador de sinal de vetor de caminho único e até para teste de receiver MIMO de múltiplos canais. O novo e sofisticado gerador de sinal de vetor R&S SMW200A da Rohde & Schwarz combina um gerador de ban- da básica, gerador de RF e simulador de fading MIMO em um só instru- mento. O gerador de sinal de vetor cobre a faixa de frequência entre 100 kHz e 3 GHz (ou 6 GHz) e vem com uma largura de banda de modulação I/Q de 160 MHz com banda básica interna. Sua modulação excepcional e as características de RF fazem com que seja ideal para desenvolvimento de componentes de alta qualidade, módulos e produtos completos para sistemas de comunicação de banda larga como LTE-Advanced e WLAN IEEE 802.11ac. O gerador oferece desempenho particularmente bom na verificação de estações- base de 3G e 4G, assim como em aplicativos de defesa e aeroespaciais. Wolfgang Kernchen, diretor da sub- divisão de medidores de potência, geradores de sinal e analisadores de áudio da Rohde & Schwarz, disse, “Queremos que nosso novo produto carro-chefe forneça aos clientes um instrumento para facilitar seu trabalho, graças ao desempenho extraordi- nário e aos recursos de assistência operacional inteligente. Nossa solu- ção compacta é também altamente escalável e preparada para ajustes. Isso permite que os desenvolvedo- res tenham a seu dispor a estrutura ideal para garantir que seus produtos estejam em conformidade com os sofisticados padrões de comunicações atuais e futuros, e para que possam estar prontos para o mercado o mais rápido possível.” integrados de 2,8 mΩ em seus pinos lógicos EN. A SiP32458 e a SiP32459 poderão ser usadas no chaveamento de cargas em aparelhos eletrônicos portáteis, como smartphones, dispositivos de GPS, câmeras digitais, media players , notebooks, tablets, consoles de games, dispo- sitivos médicos, e instrumentação industrial. As chaves são livres de halogênios e estão de acordo com RoHS. Amostras e quantidades para produção das chaves SiP32458 e SiP32459 já estão disponíveis e o prazo de entrega é de 12 semanas. gico e integrado do segmento, para oferecer soluções completas de se- micondutores e serviços de valor agregado para ambientes extremos ou desafiadores nos mercados de manufatura, espacial, aeroespacial, defesa, saúde e de consumo final. A Texas Instruments oferece solu- ções e serviços para faixas de tem- peratura estendidas entre -55 °C e 220 °C, projetos reforçados para radiação, controle de linha de base, ciclos de vida de produtos esten- didos, redução de obsolescência, conformidade de qualidade com os padrões militares, suporte de fluxo ITAR e tecnologia de processos in-house. As capacidades de encapsulamen- to de alta confiabilidade da Texas Instruments incluem soluções de cerâmica, plástico e wafer Known Good Die (KGD). Saiba mais em www.ti.com/hirel

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Maio/Junho 2013 I SABER ELETRÔNICA 470 I 13 O novo Termômetro IR Visual VT02, da Fluke, é o meio termo entre os Termômetros de Infravermelho e os Termovisores A Fluke Corporation apresenta o Ter- mômetro IR Visual VT02, uma câmera para resolução de problemas com mapa de aquecimento infraverme- lho. Até hoje, os eletricistas, HVAC, e técnicos automotivos tinham que escolher entre pirômetros (termôme- tros infravermelhos pontuais) e ter- movisores de alta resolução (câmeras infravermelhas ou “IR”). O Termômetro IR Visual VT02 preenche a lacuna quando uma leitura pontual de temperatura não é suficiente e a imagem térmica de alta resolução é muito mais do que o usuário precisa. Uma ferramenta que combina insight visual do termovisor, imagens de câmeras digitais e a conveniência de apontar e disparar de um termômetro IR (infravermelho). Conduzir inspeção em aplicações elétri- cas, industriais, AVAC/R e automotivas com o Fluke VT02 é ainda mais rápido do que com o termômetro infraver- melho, por requerer diversas leituras em pontos distintos para chegar a um diagnóstico. O VT02 detecta imediatamente proble- mas por meio de imagens digitais e térmicas mescladas. Ele salva e exibe imagens completas em infravermelho ou em três modos mesclados (25%, 50% e 75%). Os marcadores indicam locais quentes e frios, e informam a temperatura mais alta com um ponto vermelho e a temperatura mais baixa com um ponto. A leitura de temperatura é informada no ponto central. As imagens são sal- vas no cartão SD e excluem a neces- sidade de salvar medições únicas (ou múltiplas) como em um termômetro infravermelho, por exemplo. Desenvolver uma ferramenta que seja mais fácil de fabricar que os ter- movisores exigiu grande inovação. Expandindo os limites da tecnologia piroelétrica ultrafina, os engenheiros inovaram ao desenvolver uma matriz densa o suficiente para criar um mapa de calor infravermelho. O VT02 é acessível, compacto e intui- tivo e opera com simplicidade sem necessitar de foco, o que eleva o nível dos técnicos de júnior para sênior, au- mentando sua capacidade de diagnós- tico e da equipe interna além de criar novas oportunidades de negócios para prestadores de serviço. As imagens do VT02 podem ser importadas para o software para análise e relatório SmartView®, já incluso no VT02, para produzir relatórios profissionais que documentam problemas ou reparos feitos para fins de análise do cliente e do gerenciamento.

14 I SABER ELETRÔNICA 470 I Maio/Junho I 2013 Sensores

Temperatura

Os sensores mais comuns para medi-

ção de temperatura são os termopares, os

termistores e os detectores de temperatura

por resistência (RTDs). Sensores de fibra

óptica, embora mais específicos, estão

crescendo em popularidade para medi-

ções de temperatura. Observe a tabela 1.

Termopares

Termopares, os sensores de tempe-

ratura mais populares, são eficazes em

aplicações que requerem uma ampla faixa

de temperatura. Eles são baratos (R$8 a

R$200) e possuem um tempo de resposta

de frações de segundo. Devido às proprie-

dades do material, entre outros fatores,

pode ser difícil atingir uma exatidão de

temperatura menor que 1°C.

RTDs

Os RTDs são quase tão populares

quanto os termopares e podem manter

uma leitura estável de temperatura por

anos. Diferentes dos termopares, os RTDs

possuem uma faixa de temperatura menor

(-200 até 500 °C), eles requerem corrente

de excitação e possuem um tempo de

resposta mais demorado (2,5 até 10 s).

Utiliza-se RTDs principalmente para

Como escolher o

sensor ideal

para seu sistema de medição

Podemos escolher entre diferentes

sensores no mercado para medir to-

dos os tipos de fenômenos naturais.

Este artigo classifica e compara os

sensores mais comuns para medi-

ção de sete desses fenômenos para

ajudá-lo a escolher a melhor opção

para a sua aplicação.

Guilherme Kenji Yamamoto Renan Machado de Azevedo National Instruments Sensor de Temperatura Condicionamento de sinal necessário Exatidão^ Sensibilidade^ Comparação Termopar

• Amplificação
• Filtro
• Compensação de junção fria Boa Boa - Autoalimentado - Barato - Robusto - Grande faixa de temperatura RTD
• Amplificação
• Filtro
• Corrente de excitação A melhor A melhor • •^ MuitoMuito^ exatoestável Termistor
• Amplificação
• Filtro
• Tensão de excitação Melhor A melhor
• Alta resistência
• Baixa massa térmica Fibra Ótica
• Pouca ou nenhuma amplificação
• Filtro A melhor A melhor
• Bom para ambientes perigosos
• Bom para longas distâncias
• Imune a ruído induzido por interferência eletromagnética (EMI)
• Pequeno, leve T1. Comparação entre sensores de temperatura comuns.

16 I SABER ELETRÔNICA 470 I Maio/Junho I 2013 Sensores

medições exatas de temperatura (±1,9 por

cento) em aplicações em que o tempo não

é crucial. O custo pode variar de R$70 até

R$2800.

Termistores

Termistores possuem uma faixa de

temperatura menor (-90 até 130 °C) do

que os sensores mencionados anterior-

mente. Eles possuem a melhor exatidão

(±0,05 °C), porém são mais frágeis que os

termopares ou os RTDs. Requerem ainda,

excitação como o RTD, mas trata-se de

uma tensão ao invés de uma corrente de

excitação. O preço de um termistor varia

entre R$10 e R$30.

Fibra óptica

Outra alternativa é o uso da fibra ópti-

ca para medição de temperatura. Sensores

de temperatura de fibra óptica são eficazes

para ambientes perigosos, ou onde nor-

malmente haja interferência eletromagné-

tica. Eles são imunes a ruídos induzidos

por interferência eletromagnética (EMI),

não condutores, eletricamente passivos

e capazes de transmitir dados por longas

distâncias com pouca ou nenhuma perda

na integridade do sinal.

Deformação

Normalmente, a deformação é medida

por um strain gage resistivo. Esses resistores

planos são geralmente fixados na superfície

onde se espera que haja tração ou compres-

são. Os strain gages podem medir torções,

trações e compressões muito pequenas em

superfícies, e quando mais de um desses são

ligados entre si, cria-se uma ponte. Um caso

onde são utilizados strain gages resistivos é

no teste estrutural de asas de aviões.

É possível fazer uma medição mais

sensível com a aplicação de mais strain

gages. Você pode usar até quatro dispo-

sitivos ativos para construir um circuito

“ponte de Wheatstone”, denominado con-

figuração de ponte completa. Há também

configurações de meia ponte (dois strain

gages ativos) e quarto de ponte (um strain

gage ativo). Quantos mais desses dispo-

sitivos ativos você utilizar, mais precisas

serão as suas leituras.

Os strain gages demandam corrente

ou tensão de excitação, e são suscetíveis a

desvios de temperatura, tensão de flexão

e tensão axial, o que pode resultar em

leituras equivocadas sem o uso de strain

gages resistivos adicionais:

• Pontes axiais medem o alon -

gamento ou separação de um

material;

• Pontes de flexão medem o alonga-

mento em um lado de um material,

ou a contração no lado oposto;

• Pontes de torção e cisalhamento

medem a torção de um material.

Mede-se deformação em unidades

adimensionais (e ou ε), o que é equiva-

lente a uma pequena variação no com-

primento dividida pelo comprimento

total do objeto sob medição. Similar aos

sistemas de temperatura, os sensores de

fibra óptica podem ser utilizados para

medição de deformação em ambientes

perigosos, onde uma medição elétrica co-

mum poderia ser comprometida por uma

interferência eletromagnética. Sensores de

deformação de fibra óptica são imunes a

ruídos induzidos por EMI, não conduto-

res, eletricamente passivos e capazes de

transmitir dados por longas distâncias

com pouca ou nenhuma perda na inte-

gridade do sinal. Atente para a tabela 2.

Som

Microfones são utilizados para medir

som, porém, você dispõe de muitos tipos

diferentes de microfones para a escolha

de um sensor em uma determinada apli-

cação. Veja a tabela 3.

Microfones condensadores

Microfones condensadores são os mais

comuns. Eles podem vir pré-polarizados

(isso significa que uma fonte de alimenta-

ção está incluída dentro do microfone) ou

externamente polarizados, quando reque-

rem uma fonte de alimentação adicional,

o que soma custos ao projeto. Microfones

pré-polarizados têm preferência em am-

bientes úmidos, em que os componentes de

uma fonte de alimentação podem ser da-

nificados, já os microfones condensadores

externamente polarizados têm preferência

em ambientes de temperatura elevada.

Microfones piezoelétricos

Microfones piezoelétricos robustos

são utilizados em aplicações de medição

de pressão de choque e de explosão. Esses

microfones duráveis podem medir faixas

de pressão de alta amplitude (decibéis).

A desvantagem que eles trazem são os

elevados níveis de ruído que captam.

Microfones Preço Ambiente Nível de impedância Sensibilidade Comparação Condensador pré- polarizado Médio^ Severo^ Médio^ A^ melhor

• Projetos de condensadores são os mais utilizados
• Melhor em ambientes úmidos Condensador externamente polarizado Alto Severo^ Médio A melhor
• Projetos com condensadores são os mais utilizados
• O melhor em ambientes de altas temperaturas Microfone de car- bono Baixo^ Mediano^ Alto^ Boa
• Baixa qualidade
• Utilizado nos primeiros projetos básicos do aparelho de telefone Eletreto Baixo Mediano Baixo Melhor • Melhor com altas frequências Piezoelétrico Médio Severo Alto Boa •^ Adequado de pressão^ parade choque^ aplicações e de^ em explosão^ medição Dinâmico/ Magnético Alto Severo Médio Melhor
• Resistente a umidade
• Não é bom em ambientes altamente magnéticos (^) T3. Comparação entre sen- sores de som comuns.

2013 I Maio/Junho I SABER ELETRÔNICA 470 I 17 Microfones dinâmicos/magnéticos

Assim como o microfone piezoelétri-

co, os microfones dinâmicos ou magnéti-

cos funcionam em ambientes severos. Eles

dependem do movimento para induzir

magneticamente uma carga elétrica de

modo que os faz resistentes à água, mas

obviamente não são muito úteis em am-

bientes altamente magnéticos.

Microfones de eletreto

Os microfones de eletreto são peque-

nos e eficazes na detecção de sons de alta

frequência. Eles são utilizados em milhões

de computadores e dispositivos eletrôni-

cos ao redor do mundo. São relativamente

baratos, e a única desvantagem que pos-

suem é a falta de graves. Além desses, os

microfones de carbono, que são menos

comuns atualmente, podem ser utilizados

em aplicações nas quais a qualidade do

som não seja primordial.

Vibração

A tabela 4 mostra uma comparação

entre sensores comuns de vibração. Ex-

plicaremos melhor nos próximos tópicos.

Sensor de cerâmica

piezoelétrica, ou

acelerômetro

Vibração ou aceleração são comumen-

te medidas utilizando-se um sensor de

cerâmica piezoelétrico ou acelerômetro.

Há três fatores importantes para

diferenciar os sensores de vibração: a

frequência natural, o coeficiente de amor-

tecimento e um fator de escala. O fator de

escala relaciona a saída para uma entrada

de aceleração e está ligado à sensibilidade.

Juntos, a frequência natural e o coeficiente

de amortecimento determinam o nível de

exatidão de um sensor de vibração.

Em um sistema que consiste em uma

mola ligada a uma massa, se você puxar

a massa da posição de equilíbrio e então

soltá-la, ela vibrará para frente (além de

posição de equilíbrio) e para trás até que

entre em repouso. O atrito que faz com

que a massa volte ao equilíbrio é definido

pelo coeficiente de amortecimento, e a

taxa com a qual ela vibra para frente e para

trás é a sua frequência natural.

Sensores de vibração de cerâmica

piezoelétrica são os mais comumente utili-

zados por serem os mais versáteis. Eles po-

dem ser utilizados em medições de choque

(explosões e testes de falha), medições de

alta frequência, e medições mais lentas de

baixa frequência. Isso devido à frequência

natural acima da média que eles possuem.

Porém, esses sensores geralmente possuem

saídas da ordem de milivolts e requerem

uma alta impedância de entrada e um

detector de baixo ruído para interpretar as

tensões do cristal piezoelétrico.

Sondas de proximidade e transformadores diferenciais lineares variáveis (LVDTs)

Sondas de proximidade e LVDTs são

parecidos. Ambos são limitados a medi-

ções de aceleração de estado estacionário

ou vibrações de baixa frequência, porém

o LVDT tem uma frequência natural um

pouco maior, isso significa que ele pode

manipular/detectar mais vibrações. A son-

da de proximidade é simplesmente um

sistema massa-mola acoplado ao contato

móvel de um potenciômetro.

Sensor de vibração de relutância variável

Um sensor de vibração de relutância

variável usa ímãs permanentes e o mo-

vimento através de bobinas para medir

movimento e vibração. Este é um sensor

especial de vibração porque ele somente

registra saída quando a massa que está

medindo estiver em movimento. Isso faz

dele particularmente útil em estudos de

choque de terremotos e exploração de

petróleo para adquirir vibrações refletidas

de estratos rochosos subterrâneos.

Posição e deslocamento

Você pode escolher entre muitos tipos

diferentes de sensores de posição. Os prin-

cipais fatores na escolha de um sensor de

posição são a excitação, filtro, o ambiente

e se é necessário que haja uma linha de

visão ou uma conexão física direta para

medir a distância. Não há um tipo de

sensor de posição que possui preferência

universal como ocorre para pressão ou

força. Mediu-se posição com sensores por

um longo período, então tanto a preferên-

cia quanto a aplicação possuem um papel

ao tomar esta decisão. Observe a tabela 5.

Sensores de efeito Hall

Com sensores de efeito Hall, a

presença de um objeto é determinada

Sensores de vibração Frequência natural Número de eixos Coeficiente de amortecimento Fator de escala Comparação Cerâmica piezoelétrico (acelerômetro)

5 kHz até 3 Baixo Requer saída alta •^ Utilizado de choque^ em^ medições^ de^ vibrações^ e Transformador diferencial linear variável (LVDT) <80 Hz até 3 Médio Varia

• Limitado a medições de vibração de bai- xa frequência, ou aceleração de estado estacionário Sonda de proximidade <30^ Hz^ até^3 Médio^ Varia
• Limitado a medições de vibração de bai- xa frequência, ou aceleração de estado estacionário
• Sistema massa-mola acoplado ao conta- to móvel do potenciômetro Relutância variável <100 Hz até 3 Médio Varia
• A saída só existe quando a massa está em movimento
• Utilizado em estudos de choque e exploração de petróleo (^) T4. Comparação entre sensores de vibração.

2013 I Maio/Junho I SABER ELETRÔNICA 470 I 19 Tipos de medição de pressão relativa Exemplo do pneu^ Comparação Absoluta Pressão absoluta = pressão atmosférica padrão + pressão manométrica Relativa a 0 Pa, a pressão do vácuo Manométrica Leitura do manômetro do pneu Relativa atmosférica^ à^ pressão local Vácuo Geralmente um valor negativo quando relacionado à pressão atmosférica local. Pneu furado = 0 kPa no manômetro de vácuo Relativa ou ao vácuo absoluto (0 Pa), ou à pressão atmosférica local Diferencial Pressão diferencial = diferença de pressão entre dois pneus diferentes Relativa a outro recipiente pressurizado Selada Cápsula selada= pressão manométrica + diferença entre a pressão atmosférica local e a pressão no nível do mar Relativa à pressão no nível do mar

medição em máquinas ou produtos em

movimento nas proximidades. Para

obtenção de informações precisas de

posicionamento deve ser utilizado um

sensor de proximidade óptico.

Sensores de proximidade óptico reflexivos

Sensores de proximidade óptico re-

flexivos utilizam o tempo de viagem que

um feixe leva para ir e voltar de um alvo

reflexivo para determinar a distância. Eles

possuem um tempo de reposta rápido e são

excelentes em aplicações onde há lacunas

grandes entre o sensor e o alvo, é necessário

que haja uma linha de visão quando este

sensor está sendo utilizado. A exatidão e

a qualidade do sensor estão diretamente

relacionados com o seu preço.

Pressão

Pressão alta ou pressão baixa são

conceitos relativos, como o calor. Pode

estar “quente” em uma sala, mas a

temperatura nela não é nada quando

comparada à temperatura na superfície

do Sol. Para a pressão, a medição é feita

por comparação.

Há cinco tipos comuns de medição

de pressão: absoluta, manométrica, de

vácuo, diferencial e cápsula selada. Con-

sidere o exemplo a seguir de medição de

pressão dentro de um pneu, e note como

cada tipo principal está relacionado a

uma diferente pressão de referência.

Veja a tabela 6.

• Uma medição de pressão absoluta

inclui a pressão-padrão do peso da

atmosfera (101,325 kPa) e a pressão

adicional dentro do pneu. Geral-

mente a pressão do pneu é de 34

PSI, ou aproximadamente 234 kPa.

A pressão absoluta é de 234 kPa

mais 101,325 kPa ou 335,325 kPa;

T6. Comparação entre tipos de medição de pressão relativa.

20 I SABER ELETRÔNICA 470 I Maio/Junho I 2013 Sensores

• Uma medida de pressão ma-

nométrica é relativa à pressão

atmosférica local e é igual a 234

kPa (ou 34 PSI);

• A pressão de vácuo é relativa ou

a um vácuo absoluto, à pressão

atmosférica local. Um pneu fu -

rado poderia ter a pressão igual

à pressão atmosférica ou 0 kPa

(relacionada à pressão atmosfé -

rica). Essa mesma medição de

pressão poderia ser igual a 234

kPa (relacionada a um vácuo

absoluto);

• Pressão diferencial é simples -

mente a diferença entre dois

níveis de pressão quaisquer. No

exemplo do pneu, isso significa

a diferença de pressão entre dois

pneus. Também poderia signifi -

car a diferença entre a pressão

atmosférica e a pressão dentro

de um único pneu;

• Medições de cápsula selada são

medições de pressão diferencial

tomadas com uma pressão conhe-

cida de comparação. Geralmente

essa pressão é a do nível do mar,

mas poderia ser qualquer pressão

dependendo da aplicação.

Cada um desses tipos de medições

poderia alterar os seus valores de pres -

são, então é necessário que você saiba

o tipo de medição que os seus sensores

estão efetuando.

Sensores baseados em ponte (strain

gages) ou sensores piezorresistivos,

são os mais frequentemente utilizados.

Isso ocorre devido à construção simples

e à durabilidade que eles possuem.

Essas características permitem que os

custos sejam diminuídos, tornando-os

ideais para sistemas com alto número

de canais.

Esses sensores de pressão comuns

podem ser condicionados ou não condi-

cionados. Geralmente os sensores con-

dicionados são mais caros por conterem

componentes para filtro e amplificação

de sinais, além de fios de excitação e

os circuitos comuns para medição. Se

você está trabalhando com sensores

baseados em ponte não condicionados,

o seu hardware requer condicionamento

de sinal. Verifique a documentação do

sensor para que você saiba se precisa de

componentes adicionais para amplifica-

ção ou filtragem.

Força

No passado, medidas de força eram

feitas principalmente por balanças de

alavanca. Hoje, células de carga que uti-

lizam strain gages são mais comuns por-

que elas não requerem toda a calibração

e manutenção necessária para balanças,

como mostra a tabela 7.

Células de carga podem ser con -

dicionadas ou não condicionadas. As

células de carga “beam style” são úteis

quando se espera uma força linear e são

normalmente usadas em aplicações de

pesagem tanto de itens grandes quanto

de itens pequenos (10 lb até 5000 lb).

Elas possuem uma sensibilidade me -

diana, entretanto, são altamente exatas.

Este tipo de célula de carga possui bai -

xo custo e construção simples.

A c é l u l a d e c a r g a d o t i p o “ S

beam” é semelhante à célula “beam

style” com exceção da sua forma. Por

conta dessa diferença nos modelos (a

forma característica de “S” da célula

de carga), o sensor é eficaz para gran -

de rejeição de carga lateral e medição

do peso de uma carga que não está

centralizada. Esse modelo de baixo

custo de célula de carga também é

simples.

A célula de carga “canister” pode

lidar com cargas maiores que a “S

beam” e a “beam style”. Ela também

pode facilmente lidar com a movimen -

tação da carga e é altamente sensível,

entretanto, este sensor necessita de

proteção de carga horizontal.

Células de carga “pancake” ou

“low-profile” são projetadas de modo

que não requerem absolutamente

nenhum movimento para realizarem

uma leitura exata.

Se a sua aplicação possui restrições

de tempo ou precisa de medições rá-

pidas, você deve considerar o uso de

células “canister”.

Células de carga “button” e “wa -

sher” são geralmente utilizadas para

a medição do peso de objetos menores

(até 200 lb). Assim como as células

“pancake” ou “low-profile”, o objeto

que está sendo pesado não pode estar

em movimento, para que seja obtida

uma medida exata. A carga também

deve estar centralizada no que nor -

malmente é uma balança pequena. O

benefício dessas células de carga é que

elas não são caras.

Células de carga Preço Range de peso Exatidão Sensibilidade Comparação Beam Style Baixo 10 – 5 k lb Alta Média

• Utilizada em balanças de tanque e de plataforma
• Os strain gages ficam expostos e precisam de proteção S Beam Baixo 10 – 5 k lb Alta Média
• Utilizada em balanças de tanque e de plataforma
• Melhor selagem e proteção do que as células “beam style” Canister Médio Até 500 k lb Média Alta
• Utilizada para balanças de caminhão, tanque e silo
• Lida com a movimentação da carga
• Sem proteção de carga horizontal Pancake/Low Profile Baixo^5 –^500 k^ lb^ Média^ Média
• Inteira de aço inoxidável
• Utilizada com tanques, silos e balanças
• Não é permitido que a carga se movimente Button and Washer Baixo 0 – 50 k lb ou 0 – 200 lb normalmente Baixa Média • •^ AsNão^ cargas é permitido^ devem queestar a^ centralizadascarga se movimente T7. Comparação entre sensores comuns de carga. E