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Sensores, Atuadores e Instrumentação

Aula 1 – Sensores e transdutores^ Escola de Engenharia de Piracicaba

Engenharia MecatrônicaProf. José Martins Junior

Sensores e transdutores

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Segundo o VIM (Vocabulário Internacional de Medidas)^ –

Sensor (ou detector): elemento de um sistema de medição que édiretamente afetado por um fenômeno, corpo ou substância quecontém a grandeza a ser medida. Ex.: filamento de platina de umPt-100– Transdutor de medida: dispositivo utilizado em medições quefornece uma grandeza de saída que tem uma correlação específicacom a grandeza de entrada. Ex.: Pt-

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Detector^ –

Dispositivo ou substância que indica a presença de um fenômenosempre que um limiar de mobilidade de uma grandeza é excedido,sem necessariamente fornecer um valor de uma grandezaassociada. A indicação só é obtida quando o valor de grandezaatinge um determinado limite. Ex.: detector de fumaça/incêndio

Classificação dos sensores

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Quanto à necessidade de uma fonte de alimentação^ –

Passivos: não necessitam de energia adicional e geram um sinalelétrico em resposta a um estímulo externo, isto é, o estímulo deentrada é convertido pelo sensor em um sinal de saída. Exs.:Termopares e piezoelétricos– Ativos: requerem uma fonte de energia externa para sua operação,o qual é chamado de sinal de excitação. Esse sinal é modificadopelo sensor para produzir o sinal de saída. Tais sensores adicionamenergia ao ambiente de medida como parte do processo demedição. Exs.: resistivos, indutivos e capacitivos

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Quanto ao tipo sinal de saída^ –

Analógicos– Digitais

Sensores analógicos

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Podem assumir quaisquer valores dentro de sua faixaoperacional

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Sua saída descreve uma função linear da variação do sinalno tempo

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Exemplos de grandezas físicas: pressão, temperatura,velocidade, umidade, vazão, força, distância, torque,luminosidade, deslocamento angular

tempo

Sinal

Atuadores

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São dispositivos de saída dos sistema de medida econvertem uma quantidade (geralmente elétrica) de entradanuma outra física ou química na sua saída

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Recebem um sinal de um controlador e agem sobre osistema controlado

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Exemplos:^ –

Válvulas (pneumáticas, hidráulicas)– Relés (estáticos, eletromecânicos)– Cilindros (pneumáticos, hidráulicos)– Motores (de passo, servomotor)– Solenóides

Transdutores

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Sistemas compostos por sensores e algum dispositivoelétrico, eletrônico ou eletromecânico

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Complementam o elemento sensor para permitir a medidade determinada grandeza ou melhorar as condições demedição de um sensor

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Exemplos: encoder, célula de carga

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Duas formas usuais de classificação^ –

Estrutura Funcional: pelo tipo de método adotado para realizar amedida através de funções ou estruturas básicas– Estrutura Orgânica: pela implementação física de grupos defunções ou estruturas básicas

Estruturas de transdução

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Estrutura série

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Estrutura diferencial

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Estrutura de razão

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Estrutura de servo-transdução

Estrutura série

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Constitui-se de diversos blocos em série cada um com suaprópria função de transferência^ –

Exemplo de função global para 4 blocos– Considerando-se os erros

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Onde

y’

é a saída do bloco sem erros i

Estrutura razão

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2 canais de medida em série com sensibilidadeG idêntica conectadas a um bloco cuja saída é arazão (divisão) das duas variáveis de entrada^ •

Admitem-se mesmos erros para os sinais de saída dos blocos,que se manifestam como variação da sensibilidade

Apresentavantagens para aredução de errosgerados pelamudança dasensibilidade

Estrutura servo-transdução

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Utiliza um canal de sinal é constitui-se por três blocos^ –

Bloco subtrator para detectar erros– Bloco de controle– Bloco de realimentação ou atuador

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Funcionamento:^ –

O sinal x a ser medido aplica-se na entrada não inversora do blocosubtrator e o sinal realimentado xc (de mesma natureza física de x)na entrada inversora, gerando-se na saída do bloco subtrator umsinal de erro– A diferença entre x e xc é tratada no bloco de realimentação demaneira a compensar permanentemente a variação do sinal deentrada, fornecendo uma saída de erro perto de zero.

Bibliografia

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THOMAZINI, D.; ALBUQUERQUE, P. U. B. SensoresIndustriais: Fundamentos e Aplicações. 4ª edição. SãoPaulo: Editora Érica, 2007.