Sistema geotermico

Sensores

Termo empregado para designar dispositivos sensíveis a alguma forma de energia do ambiente que pode ser luminosa, térmica, cinética, relacionando informações sobre uma grandeza que precisa ser medida, como temperatura, pressão, velocidade, corrente, aceleração posição etc. Um sensor nem sempre  tem as características elétricas necessárias para ser utilizado em um sistema de controle e seu sinal de saída deve ser manipulado antes da sua leitura o sistema de controle. Geralmente é realizado com um circuito de interface para a produção de um sinal que possa ser lido pelo controlador.

Sensores analógicos

Esse tipo de sensor pode assumir qualquer valor no seu sinal de saída ao longo do tempo, desde que esteja dentro de sua faixa de operação. Algumas destas grandezas podem assumir qualquer valor ao longo do tempo ex: pressão, temperatura, velocidade, umidade, vazão, força, ângulo, distância, torque e luminosidade.  Essas variáveis são mensuradas por elementos sensíveis com circuitos eletrônicos não digitais.

[pic 1]

                       Figura 1 ilustração da variação de uma grandeza física (temperatura) de um sensor analógico.

Sensores digitais

Esse tipo de sensor pode assumir apenas dois valores de sinais de saída ao longo do tempo, que podem ser interpretados como zero ou um. Não existem naturalmente grandezas físicas que assumam esses valores, mas eles são assim mostrados ao sistema de controle após serem convertidos pelo circuito eletrônico do transdutor. É utilizado em detecção de passagem de objetos, encoders na determinação de distância ou velocidade.

Transdutor

É a denominação que recebe um dispositivo completo, que contém o sensor, usado para transformar uma grandeza qualquer em outra que pode ser utilizada nos dispositivos de controle. Um transdutor pode ser considerado uma interface as formas de energia do ambiente e o circuito de controle ou eventualmente, entre o controle    e o atuador.

Os transdutores transformam uma grandeza física (temperatura, pressão etc...) em um sinal de tensão ou corrente que pode ser interpretada por um sistema de controle. Muitas vezes os termos “sensor” e “transdutor” são usados indistintamente. Neste caso, o transdutor é o instrumento completo que engloba sensor e todos os circuitos de interface capazes de serem utilizados numa aplicação industrial.

Transmissor

Dispositivo que prepara o sinal de saída de um transdutor para a utilização a distancia, fazendo certas adequações ao sinal as quais se chamam padrões de transmissões de sinais. Um exemplo é o “loop” a  4 a 20  mA, um padrão de transmissão de sinais de corrente.

O termo transmissor é utilizado também para dispositivos que integram sensor, transdutor e transmissor no mesmo dispositivo, os padrões mais utilizado para a transmissão  de sinais analógicos são: 3 a 15 psi; 4 a 20 mA e 0 a 10 V.

Para a transmissão de sinais digitais utilizam-se protocolos de comunicação para redes industriais (fieldbus). Os protocolos mais utilizados para a transmissores e atuadores são HART, Asi, Fieldbus, e PROFIBUS-PA.

Características importantes

Há uma serie de características relacionadas aos sensores que devem ser levadas em consideração na hora da seleção do instrumento mais indicado para uma aplicação.

Tipos de saída

Digital ou binária, a saída do dispositivo (transdutor ou sensor) é discreta, ou seja, só assume valores “0 ou 1” lógicos (também denominada saída liga-desliga ou on-off). Esse tipo de dispositivo só é capaz de indicar se uma grandeza física atingiu uma valor predeterminado ex: pressostato, termostato, chaves de níveis e fluxostato.

[pic 2]

Figura 2 saida de um sensor digital de acordo com sua variação de entrada ao longo do tempo.

Transdutores com esse tipo de saída são largamente utilizados em controle de sequência de eventos com uso de CLP’s. Existem sensores digitais cuja as saídas são codificadas (BCD, código GRAY) ou simplesmente, uma sequencia de pulsos cuja a frequência informa a quantitativamente a grandeza medida.

Analógica o transdutor possui uma saída continua. Neste caso a saída do transdutor é quase uma réplica da grandeza física da entrada.

[pic 3]

Figura 3 mostra o gráfico da saída de um sensor analógico de acordo com a variação da entrada ao longo do tempo.

Sensibilidade

Sensibilidade (ou ganho) é a razão entre o sinal de saída e de entrada para um dado sensor ou transdutor, o caso de sensores analógicos, a sensibilidade está ligada á relação entre uma variação na grandeza em questão e a variação na medida fornecida pelo instrumento, ou seja, um sensor muito sensível é aquele que fornece uma variação na saída para uma pequena variação de grandeza medida.

Precisão

É a característica relativa ao grau de repetibilidade do valor  do valor medido por um transdutor , se referem a essa característica como o erro relativo máximo que o dispositivo pode apresentar ex: uma grandeza difícil de ser medida com precisão é a umidade, por isso a maioria dos sensores comerciais apresenta um erro de leitura entre 2% e 10%.

Linearidade

Esse conceito aplica-se a sensores analógicos. É a curva obtida ao plotar os valores medidos por um transdutor sob teste contra os valores de um padrão se o comportamento do transdutor ou sensor for ideal, o gráfico obtido é representado por uma reta.

[pic 4]

Figura 4 formas de respostas linear e ão linear.

Alcance

Representa toda a faixa de valores de entrada de um transdutor.

Velocidade de resposta

Trata-se da velocidade com que a medida fornecida pelo sensor alcança o valor real do processo. Em sistemas realimentados o ideal é que o sensor utilizado tenha uma resposta instantânea, pois uma resposta lenta pode prejudicar muito a eficiência do sistema de controle e até impedir que o sistema funcione corretamente.

Sensores ópticos    

São componentes eletrônicos de sinalização e comando que executam detecção de qualquer material sem que haja contato mecânico entre eles. O principio de funcionamento baseia-se na existência de um emissor e de um receptor, a luz gerada pelo emissor deve atingir o receptor com intensidade suficiente para fazer com que o sensor comute sua saída.