Sensores utilizados em máquinas e processos industriais

[pic 1]

Curso de Graduação em Engenharia Elétrica com Ênfase em Computação

SENSORES UTILIZADOS EM MÁQUINAS E PROCESSOS INDUSTRIAL

LEONARDO MARTINS VIEIRA

MATRÍCULA: 200602120309

RIO DE JANEIRO, 29/03/2015

Funcionamento dos Sensores Industriais

Máquinas e processos industriais, utilizam diversos diversos tipos de sensores eletrônicos. Os sinais destes sensores devem ter características que permita sua utilização pelos circuitos eletrônicos comuns que vão desde simples acionadores de relés até micro controladores.

Devido ao crescimento da quantidade de dispositivos inteligentes embutidos ou não nas máquinas industriais, a necessidade de se conhecer o princípio de funcionamento de todos os sensores associados é de fundamental importância para os profissionais de hoje.

Será comentado a seguir o princípio de funcionamento dos sensores mais comuns nas aplicações industriais:

• Transdutores

Os tradutores são dispositivos utilizados para conversão de uma grandeza física como pressão, posição, temperatura, intensidade luminosa e outros.

Um transdutor pode ser definido como um dispositivo que converte uma forma de energia em outra forma de energia.

Estes tradutores podem ser usados para sentir modificações num determinado meio, fornecendo um sinal elétrico que pode ser utilizado por um circuito para efeito de controle, medição ou monitoração. Pelo fato dos transdutores deste tipo serem usados para sentir modificações num processo ou local através de alterações em alguma grandeza física eles também são chamados de sensores.

Desta forma, um potenciômetro comum pode ser tratado como um transdutor, no sentido de que ele pode sentir a posição de um objeto acoplado ao seu cursor, fornecendo um sinal elétrico correspondente, conforme a figura 1.

                      [pic 2]

Figura 1 – Potenciômetro como sensor de posição

Em aplicações que exigem o sensoriamento de algum tipo de grandeza física como por exemplo a posição (ângulo ou distância) como no caso dos potenciômetros, são utilizados diversos tipos de sensores.

Agora falaremos do princípio de funcionamento de alguns sensores utilizados em aplicações industriais, encontrados em equipamentos de consumo, eletroeletrônicos e mesmo em automóveis.

1. Sensores de Temperatura

O controle de temperatura é necessário em processos industriais ou comerciais, como a refrigeração de alimentos e compostos químicos, fornos de fusão (produção de metais e ligas, destilação fracionada (produção de bebidas e derivados de petróleo), usinas nucleares e aquecedores e refrigeradores domésticos.

O tipo mais comum de transdutor, indicado para sensoriamento na faixa de temperaturas é o termistor. Os termistores podem ser do tipo NTC (Negative Temperature Coefficient) ou PTC (Psitive Temperature Coefficient).

Estes dois citados, são resistores dependentes de temperatura. O NTC tem resistividade inversamente proporcional a temperatura, é feito de compostos semicondutores. São componentes cuja resistência diminui quando a temperatura aumenta, ao contrário dos PTC’s que são componentes cuja resistência aumenta com a elevação da temperatura.

[pic 3]

Figura 2 – Sensor de temperatura utilizado em aplicações industriais.

Um segundo tipo de sensor, utilizado para o sensioramento de temperaturas em uma faixa mais ampla é o par termoelétrico. Este quando dois metais encostados são submetidos a uma temperatura, surge nos extremos deles uma tensão proporcional à temperatura, chamado efeito Seebeck.

O custo destes sensores é elevado, e são empregados em aplicações profissionais onde se requer alta confiabilidade e precisão.

                                      [pic 4]

Figura 3 – Princípio de operação do par termoelétrico

Uma das grandes vantagens de se usar o par termoelétrico no sensoriamento de temperaturas é que a junção usada pode ser muito pequena permitindo que se use o sensor para sentir temperaturas em locais de reduzidas dimensões.

Para a medida de temperaturas muito altas, como exemplo do interior de fornos, utilizamos para a medida os pirômicos ópticos, que na verdade não são transdutores. Com a utilização de sensores ópticos acoplados a estes dispositivos, pode-se obter um sinal que corresponda a temperatura do objeto sensoriado.

[pic 5]

Figura 4 – Princípio de operação do pirômetro óptico.

1. Sensores de Posição

O sensor de posição vem sendo cada vez mais utilizados em máquinas e processos industriais. A sua aplicação é comum em servocontroles, as há várias outras possibilidades como por exemplo, no controle de níveis de líquidos.

Existem várias tecnologias para o controle de posição linear. As mais comuns são a régua potenciométrica e a régua óptica. A régua potenciométrica possui um potenciômetro resistivo em seu interior e a resposta dada na saída é uma resistência proporcional à posição do cursor: já a régua óptica funciona com o mesmo princípio do encode, gerando pulsos proporcionais à posição do cursor.

A tecnologia mais moderna de sensor linear é a da magneto-restrição. Ela permite a construção de um sensor totalmente sem contato entre o cursor e o elemento sensor, além de proporcionar altíssima resolução, informação da posição de forma absoluta, não sendo necessário colocar sensores de referência, e múltiplas opções de sinal de saída.

A magneto-restrição é a propriedade apresentada por alguns materiais ferromagnéticos, onde o material se expande ou se contrai quando colocado em um campo magnético, conforme a figura 5. O elemento sensor de um magneto-restritivo de posição é o guia de onda, um longo e fino fio ou tubo de material ferromagnético. Outra característica destes materiais é o efeito Wiedemann, ou seja, quando uma corrente passa pelo guia de onda, na presença de um campo magnético, uma força torcional é exercida sobre ela.