Introdução aos sensores industriais

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AUTOMAÇÃO 
INDUSTRIAL
Conrado Ermel
Introdução aos 
sensores industriais
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 � Analisar as aplicações e as funcionalidades de sensores e transdutores.
 � Categorizar os tipos de sensores de vazão, velocidade, força e pressão.
 � Reconhecer os sensores de umidade e temperatura.
Introdução
A instrumentação é um campo muito amplo, que abrange conhecimen-
tos de três áreas completamente distintas. Inicialmente, são necessários 
conhecimentos específicos sobre o processo estudado, suas caracterís-
ticas físico-químicas e as peculiaridades da aplicação. A instrumentação 
também demanda saberes relacionados às propriedades mecânicas de 
equipamentos como bombas, tubulações e tanques, para que as espe-
cificações mantenham a compatibilidade com as normas de segurança. 
Por fim, ela guarda estreita relação com sistemas elétricos e de automação; 
desse modo, é preciso conhecer sua interface.
Neste capítulo, você vai conhecer os principais sensores utilizados 
em processos industriais. Além disso, você será apresentado a conceitos 
básicos sobre as principais variáveis de processo que são medidas e 
controladas em vários segmentos. Variáveis como pressão, temperatura, 
vazão e nível constituem parâmetros básicos em diversos processos 
produtivos, sendo, portanto, imprescindível o conhecimento sobre as 
tecnologias disponíveis para a medição de cada uma delas. 
1 Sensores e transdutores
A instrumentação e o sensoriamento estão intimamente ligados à necessidade 
de se medirem as condições em que se encontra um determinado processo, 
no intuito de controlá-lo de maneira precisa e, dessa forma, aumentar a sua 
eficiência e produtividade. Esses dispositivos são utilizados para se monitorar 
e aprender com o sistema analisado (SILVA, 2016). Para tanto, lança-se mão 
de sensores a fim de se mensurarem diversas variáveis de processo. 
Em instrumentação de processo, é importante que se conheçam os concei-
tos de sensor, transdutor e transmissor. Segundo Thomazini e Albuquerque 
(2007), apesar de muitos autores confundirem os termos, suas definições e 
suas diferenças devem ser corretamente apreendidas. Na Figura 1, há uma 
representação da classificação desses dispositivos. 
Figura 1. Conceitos e relação entre sensores, transdutores e transmissores.
Fonte: Adaptada de Thomazini e Albuquerque (2007).
Introdução aos sensores industriais2
O sensor é o elemento básico, que sofre influência de alguma variação 
externa. Um sensor de temperatura poderá variar a sua resistência ou a sua 
tensão em função da temperatura do meio. Como os sinais dos sensores são, em 
geral, muito fracos (níveis de intensidade baixos), é necessário que eles sejam 
amplificados e filtrados. Quando um circuito executa essa função, o sensor 
passa a ser um transdutor. Em aplicações reais, os sinais desses instrumentos 
de medição precisam ser levados aos sistemas de controle (normalmente por 
distâncias longas). 
Um transmissor é um dispositivo que contém um transdutor e converte seu 
sinal para um protocolo de comunicação padrão, geralmente menos suscetível 
a ruídos externos. É comum que esses sinais sejam valores analógicos de 
corrente (4–20 mA) ou tensão (0–10 V). Segundo Sheel (2014), a maioria dos 
sensores atuais, independentemente da aplicação a que eles se destinam, pode 
ser classificada em quatro princípios básicos de funcionamento:
 � resistivo ou condutivo;
 � indutivo;
 � capacitivo;
 � frequência modulada.
Esses itens são as variáveis físicas que sofrem influência de alguma energia 
externa, que é a variável de processo que se deseja medir. Por exemplo, um 
sensor de pressão pode ter o seu princípio de operação resistivo (em que a 
resistência do sensor vai variar proporcionalmente à pressão do processo) ou 
capacitivo, em que a sua capacitância sofrerá variações em função da pressão 
do processo. Considerando a aplicação a que se destinam, Silva (2016) apresenta 
a classificação dos sensores em: biomédicos, químicos, eletroeletrônicos, 
mecânicos ou termofluidos. Para cada um desses grupos, aplicações comple-
tamente diferentes são atendidas.
Conceitos de medição
Sensores e transmissores são dispositivos que objetivam medir e transmitir 
informações sobre uma variável de processo e, sendo assim, estão sujeitos 
às normas e aos padrões internacionais de construção e calibração. Dentre 
os documentos balizadores, destaca-se o VIM, Vocabulário Internacional de 
Metrologia (BIPM, [2017]), no qual os conceitos e as definições concernentes 
à metrologia são apresentados em uma base de dados única, o que facilita o 
entendimento mútuo das informações relativas a procedimentos metrológicos. 
3Introdução aos sensores industriais
Por padrão, a ação de medição deve considerar o erro e a incerteza. Isso 
porque se admite que não há como realizar uma medida inteiramente correta, 
pois há sempre um erro inerente à medição. E ele não deve ser ignorado. Pelo 
contrário: é necessário conhecê-lo e declará-lo de forma correta para que a 
medida seja confiável (SILVA, 2016). O erro é definido pela diferença entre o 
mensurando e o valor de medição aceito como real. A incerteza de medição de 
um instrumento é, por sua vez, definida como a faixa em que não é possível 
se garantir o valor apresentado pelo equipamento; logo, é importante que essa 
incerteza tenha uma magnitude menor do que a faixa que se deseja medir. 
Cálculos de incerteza de medição devem considerar fatores aleatórios, erros 
sistemáticos, incertezas dos padrões de calibração e as peculiaridades de 
cada medição. 
Conforme Webster e Eren (2014), instrumentos podem apresentar erros 
de diversos tipos. Um deles é conhecido como erro de estabilidade (ou, em 
inglês, drift), que é proveniente das características construtivas e pode afetar 
a leitura de formas variadas. Esse desvio da leitura tende a aumentar com o 
tempo, mas pode ser influenciado também por parâmetros como a temperatura 
a que o instrumento é exposto. A histerese é também um efeito observado em 
diversos instrumentos, mecânicos ou eletrônicos. Nesse caso, a tendência de 
desvio da leitura correta pode mudar em função do sentido pelo qual se chega 
a um set-point (ascendente ou descendente). Grande parte dos instrumentos 
opera com uma relação linear entre a variável de entrada e o sinal de saída; 
sendo assim, a não linearidade apresentada pelo instrumento é encarada como 
um erro manifestado por ele. Isso não se aplica a sistemas que trabalham com 
relações logarítmicas, que são menos comuns. O erro de não linearidade pode 
ser expresso de quatro formas diferentes, como é mostrado na Figura 2.
Apesar de poder ser definido de diferentes formas, o conceito da não 
linearidade dos instrumentos mantém-se o mesmo, na medida em que o ins-
trumento apresenta variações da exatidão ao longo de sua faixa de medição.
Introdução aos sensores industriais4
Figura 2. Erros de não linearidade. (a) Curva de ajuste. (b) Curva de ajuste a partir do ponto 
de zero. (c) Linearidade dos pontos entre 0% e 100%. (d) Linha teórica de operação.
Fonte: Adaptada de Webster e Eren (2014).
2 Instrumentação de processo: sensores de 
vazão, velocidade, força e pressão
Instrumentos de processo são utilizados para se realizarem a medição e o 
controle de diferentes variáveis de processo. Em processos contínuos envol-
vendo fluidos, é comum medirem-se propriedades como temperatura, pressão, 
vazão, nível e concentração de alguma espécie química (MCMILLAN; CON-
SIDINE, 1999). No segmento de manufatura, as necessidades em relação à 
instrumentação estão mais ligadas a variáveis geométricas, como, por exemplo, 
velocidade e posição. 
Para todas as variáveis descritas, há tecnologias capazes de realizar suas 
medições levando em consideração as peculiaridades de cada aplicação. 
No campo dos processos contínuos, uma grande variedade de sensores é capaz 
de proporcionar medições de elevada precisão, mesmo em aplicações complexasenvolvendo alta temperatura, pressão ou, até mesmo, produtos corrosivos. Além 
disso, os sensores utilizados na manufatura são cada vez menores, mais rápidos, 
precisos e interligados a sistemas de comunicação. A seguir, serão apresentadas 
algumas das tecnologias mais conhecidas na instrumentação industrial.
5Introdução aos sensores industriais
Medição de pressão
Uma das variáveis de processo mais recorrentes é a pressão de um fluido, a qual 
está presente em praticamente todos os tipos de indústria e é uma tecnologia 
amplamente difundida. Definida como “a força exercida em uma área”, a pres-
são tem como unidade, no sistema internacional, o Pascal. No meio industrial, 
no entanto, é comum se encontrarem instrumentos apresentando a pressão 
do sistema em kg/m² ou Bar (DUNN, 2013). Há instrumentos de medição de 
pressão manométrica, absoluta ou pressão diferencial, sendo que a escolha 
do tipo de pressão é uma função da aplicação em si. A medição de pressão 
pode ser feita de maneira puramente mecânica, com manômetros de tubo, ou 
do tipo Bourdon, apresentados na Figura 3a e na Figura 3b, respectivamente.
Figura 3. Instrumentos de medição de pressão. (a) Manômetro de tubo U. (b) Manômetro 
tipo Bourdon.
Fonte: (a) Dunn (2013, p. 76); (b) Glance72/Shutterstock.com.
(a) (b)
Introdução aos sensores industriais6
Instrumentos microprocessados com transmissão de sinal para controlado-
res são igualmente difundidos na indústria. Segundo McMillan e Considine 
(1999), a maioria dos fabricantes possui transmissores de pressão com um 
sistema microprocessado que permite a configuração do instrumento, assim 
como a garantia de desempenho em relação à exatidão da medição e à estabi-
lidade de sinal. É comum que a base do circuito eletrônico seja a mesma para 
sensores de pressão manométrica, absoluta ou diferencial, como apresentado 
na Figura 4. Nesses casos, o sensor, geralmente capacitivo ou piezorresistivo, 
que é instalado na parte inferior do transmissor é substituído na linha de 
montagem para atender à especificação do cliente. 
Figura 4. Transmissores industriais de pressão. (a) Manométrico. (b) Absoluto. (c) Diferencial.
Fonte: (a) curraheeshutter/Shutterstock.com; (b) Anupong Nantha/Shutterstock.com; (c) engineer 
story/Shutterstock.com.
(a) (b)
(c)
Na instalação dos transmissores de pressão, deve-se atentar para que haja 
sempre válvulas de dreno a fim de se evitar acúmulo de fluido condensado 
na membrana do sensor. Outro cuidado de instalação diz respeito à facilidade 
de manutenção e calibração do instrumento.
7Introdução aos sensores industriais
Medição de vazão
Medir e controlar a vazão é importante em diversos processos industriais. Essa 
variável de processo precisa ser medida e controlada em petroquímicas, na 
indústria de alimentos, em plantas farmacêuticas, na geração de energia elétrica 
e no tratamento de água. A teoria que descreve o movimento de escoamento 
de um fluido envolve equações complexas; entretanto, a maioria das aplicações 
é bem modelada por meio de equações simplificadas. Conforme apresentado 
por Çengel e Cimbala (2015), considerando-se o princípio de conservação de 
massa em um volume de controle, o escoamento de um fluido dentro de um 
tubo pode ser relacionado pela Equação 1.
ṁ = ρ V A (1)
onde:
 � ṁ é a vazão em kg/s; 
 � ρ é a massa específica do fluido em kg/m³;
 � V é a velocidade média do fluido; 
 � A representa a área da seção transversal do tubo. 
A velocidade na seção transversal de uma tubulação não é constante, 
variando de zero (na parede) até sua velocidade máxima, no centro do tubo. 
O perfil de velocidades muda conforme o regime de escoamento, como pode 
ser observado na Figura 5.
Figura 5. Escoamento interno: perfil de velocidades na seção transversal de um tubo.
Fonte: Çengel e Cimbala (2015, p. 365).
(a) (b)
Introdução aos sensores industriais8
É possível classificar o regime de escoamento em laminar ou turbulento, 
que pode ser relacionado com o número adimensional conhecido como nú-
mero de Reynolds (PRITCHARD; LEYLEGIAN, 2011). O conhecimento do 
regime de escoamento é essencial para que se escolha e dimensione o sistema 
de medição de vazão correto. Existem inúmeras tecnologias para se fazer a 
medição de vazão de diferentes aplicações em contextos diversos, cada uma 
delas apresentando pontos tanto positivos quanto negativos. 
Uma das formas mais antigas de se medir a vazão de algum fluido chama-
-se pitometria, nome dado em homenagem ao engenheiro francês Henri de 
Pitot (1695–1771). Essa técnica de medição de vazão utiliza os conceitos de 
pressão estática e dinâmica e de estagnação para determinar a velocidade em 
um ponto de uma tubulação, conforme apresentado na Figura 6. 
Figura 6. Medida de velocidade de escoamento de um fluido 
utilizando uma sonda de Pitot.
Fonte: Çengel e Cimbala (2015, p. 392).
9Introdução aos sensores industriais
Nesse caso, considera-se que o escoamento é incompressível, que consiste 
em uma simplificação pertinente para grande parte das aplicações de medição 
de líquidos. Dally, Riley e McConnell (1984) mostram que, para essa confi-
guração, a equação de Bernoulli é escrita como
 (2)
onde:
 � p1 e p2 são as pressões de estagnação e estática, respectivamente;
 � V é a velocidade;
 � g é a aceleração da gravidade local;
 � γ é o peso específico do fluido. 
Considerando que a pressão dinâmica é igual à diferença entre a pressão 
dinâmica e a estática pd = p1 – p2, chega-se a uma expressão da velocidade do 
fluido, dada pela Equação 3:
 (3)
Apesar de ser bastante simples, essa técnica de medição é muito utilizada 
como uma verificação confiável e de fácil execução. O transdutor de pressão 
diferencial apresentado na Figura 6 pode ser substituído por um manômetro 
tipo Bourdon, ou até mesmo por um manômetro de tubo-U.
Relações de pressão semelhantes são utilizadas para se realizar a medição 
de pressão com um dispositivo de restrição chamado placa de orifício. Essa 
técnica consiste em inserir uma restrição conhecida (uma placa lisa com um 
orifício) em um trecho reto da tubulação, como apresentado na Figura 7.
Introdução aos sensores industriais10
Figura 7. Placa de orifício. (a) Esquema de instalação com componentes (placa e flanges). 
(b) Placa de orifício. (c) Exemplo de instalação de uma placa de orifício em tubulação de 
grande porte. 
Fonte: (a) Adaptada de Çengel e Cimbala (2015, p. 393); (b) Punyaton Pantong/Shutterstock.com; (c) Oil 
and Gas Photographer/Shutterstock.com.
(a)
(c)
(b)
Essa restrição imposta ao escoamento resultará em um aumento da pressão 
a montante (antes) da placa e uma diminuição da pressão estática a jusante 
(depois) da placa, conforme se pode observar na Figura 7a. Um transmissor de 
pressão diferencial é utilizado para medir essa diferença de pressão. Utilizando 
a equação de Bernoulli, pode-se calcular a vazão volumétrica do fluido como:
 (4)
onde A0 é a área da seção transversal do orifício. A razão entre os diâmetros 
do orifício e do tubo é dada por β = d ⁄D. O termo Cd é conhecido como coe-
ficiente de descarga e depende da relação dada pelo número de Reynolds do 
11Introdução aos sensores industriais
escoamento, Cd = (V1D) ⁄ν, sendo ν a viscosidade cinemática do fluido em m²/s 
(DUNN, 2013). Transmissores inteligentes são utilizados para se ler a diferença 
de pressão das tomadas 1 e 2, e, levando-se em consideração os parâmetros da 
aplicação, eles podem apresentar o resultado da medição diretamente na uni-
dade de vazão desejada. Placas de orifício também podem apresentar problemas 
de operação caso o fluido medido não seja limpo, ou seja, se houver corpos 
sólidos, detritos ou fluidos muito viscosos, eles poderão formar acúmulos na 
parte anterior da placa, o que resultará em erros de medição. Para aplicações 
como essas, outras tecnologias devem ser consideradas.
Uma tecnologia de medição que não apresenta os inconvenientes da res-
trição imposta ao escoamento pela inserção de uma placa de orifício são os 
medidoresde vazão eletromagnéticos, instrumentos que se baseiam na lei 
de indução de Faraday aplicada a fluidos magnéticos. Segundo o enunciado 
dessa lei, uma tensão elétrica entre dois condutores será induzida de forma 
proporcional à sua velocidade de deslocamento em um campo magnético, 
como representado na Figura 8a (ÇENGEL; CIMBALA, 2015). Dessa forma, 
medidores eletromagnéticos são constituídos de um tubo medidor; uma bobina 
enrolada ao tubo, de forma a gerar um campo eletromagnético; e dois eletrodos 
que ficam em contato com o fluido a ser medido, como se pode ver na Figura 8b.
Figura 8. Medidores de vazão eletromagnéticos. (a) Ley de Faraday aplicada a fluidos. 
(b) Esquema construtivo simplificado de um medidor eletromagnético de tubo pleno.
Fonte: Çengel e Cimbala (2015, p. 401) e Dunn (2013, p. 114).
(a) (b)
Introdução aos sensores industriais12
As restrições de uso de medidores eletromagnéticos se devem principal-
mente ao tipo de fluido a ser medido, que precisa apresentar uma condutividade 
elétrica mínima para que a tensão nos eletrodos possa ser induzida. Outro 
ponto a ser observado é o dimensionamento, pois, apesar de sua excelente 
rangeabilidade (capacidade de cobrir grandes faixas de medição), os medidores 
eletromagnéticos apresentam uma limitação quanto à velocidade mínima de 
operação. A restrição quanto à vazão máxima também existe, mas, em geral, 
as tubulações industriais não operam com velocidades elevadas, a fim de se 
evitarem desgastes e problemas com ruído e perda de carga. Também a limpeza 
dos eletrodos deve ser considerada, e, caso o fluido a ser medido apresente 
elevado potencial para incrustação de sujeiras nos eletrodos, a aplicação desse 
tipo de medidor pode não ser indicada (WEBSTER; EREN, 2014).
Cuidados especiais devem ser observados na instalação de medidores 
de vazão em geral. É necessário, por exemplo, que se considere a existência 
de um trecho reto de tubulação (sem obstruções, curvas, válvulas ou outro 
dispositivo) antes e depois da posição em que o medidor será instalado, como 
é mostrado na Figura 9.
Figura 9. Instalação de medidores de vazão eletromagnéticos: trecho reto.
13Introdução aos sensores industriais
Essa prática tem a função de garantir que o perfil do escoamento esteja 
completamente desenvolvido, livre de flutuações provenientes dos dispositivos 
citados. Os fabricantes indicam o comprimento dos trechos retos em função 
do diâmetro da tubulação (MCMILLAN; CONSIDINE, 1999). Para esse tipo 
de medidor, é importante considerar também a posição de instalação, pois 
se deve garantir que os eletrodos estejam sempre em contato com o fluido 
medido. Um exemplo de instalação é apresentado na Figura 10.
Figura 10. Instalação de medidores de vazão eletromagnéticos. (a) Instalação incorreta, pois 
a tubulação pode não estar preenchida completamente. (b) Instalação correta e alternativa 
para a instalação apresentada em (a).
Fonte: McMillan e Considine (1999, p. 4.117).
(a) (b)
Uma linha especial de medidores de vazão é conhecida como medidores 
mássicos ou Coriolis. O nome difundido na indústria é proveniente do efeito 
utilizado para se realizar a medição da vazão. A maioria dos medidores comer-
ciais tem sua medição básica em volume, para, posteriormente, multiplicando-
-se o resultado pela massa específica do fluido, obter-se a vazão em massa. 
Medidores Coriolis, por sua vez, apresentam a leitura da vazão diretamente em 
massa por tempo. O efeito Coriolis, conforme comentado por White (1998), é 
sentido em função das forças resultantes do movimento de rotação da Terra. 
Existem sensores Coriolis de diversos formatos, dependendo do projeto de 
cada fabricante. A Figura 11 apresenta um medidor Coriolis de tubo em U, 
no qual se pode observar o princípio de medição.
Introdução aos sensores industriais14
Figura 11. Medidor de vazão Coriolis do tipo tubo U. (a) Sem escoamento interno. (b) Com 
escoamento interno.
Fonte: Adaptada de Webster e Eren (2014).
(a)
(b)
Eixo de 
torção
O tubo em forma de U é forçado a oscilar com uma frequência natural e 
uma amplitude controladas. Sem a presença de um fluido passando pelo tubo, 
a oscilação permanece constante, como se pode ver na Figura 11a. Quando da 
passagem de algum fluido, a amplitude e a frequência de oscilação do tubo são 
afetadas, conforme apresenta a Figura 11b. Os sensores de deslocamento do 
tubo captam essas informações, que são convertidas em informação de vazão 
de massa de fluido (WEBSTER; EREN, 2014). A frequência de oscilação do 
tubo é proporcional à massa específica do fluido dentro do tubo; assim, o 
medidor Coriolis é capaz de medir tanto a vazão em massa, quanto a massa 
específica. Segundo McMillan e Considine (1999), a leitura dessas variáveis, 
aliadas à medida de temperatura fornecida por sensores instalados dentro 
do medidor, permite a ele fazer a medição também da vazão das frações de 
misturas binárias (aplicação comum nas indústrias química e petroquímica) 
ou, até mesmo, a medida de grau Brix ou grau Baume, variáveis amplamente 
utilizadas na indústria alimentícia. 
Um dos fatores que permitiram o sucesso de aplicação dessa tecnologia, se-
gundo McMillan e Considine (1999), é que tais medidores não sofrem influência 
da variação das propriedades do fluido (viscosidade, pressão, temperatura e 
densidade) e não demandam menores trechos retos para instalação. Medidores 
Coriolis são medidores de alta precisão, podendo chegar a exatidões de até 
0,1% do fundo da escala de medida, além de serem aplicáveis a uma vasta gama 
15Introdução aos sensores industriais
de fluidos e processos, tanto líquidos quanto gasosos. Os principais fatores 
limitantes dessa tecnologia são a alta perda de carga inserida no sistema de 
bombeamento e o elevado custo do equipamento (WHITE, 1998). 
Apesar de parecer muito específica ao campo da engenharia, a aceleração de Coriolis 
está presente em muitos aspectos do nosso cotidiano. Ao abrir o ralo de uma pia cheia 
de água, por exemplo, é possível observar a formação de um redemoinho. Se nenhum 
movimento for introduzido a esse sistema, o sentido de giro do redemoinho será sempre 
o mesmo. E ele ocorre justamente pelo efeito da aceleração Coriolis. No Hemisfério 
Sul, esse sentido de rotação é horário, enquanto no Hemisfério Norte, é anti-horário. 
Tal efeito atua também sobre as condições climáticas. Furacões, por exemplo, têm o 
sentido de seu giro orientado pelo efeito Coriolis (Figura 12).
Figura 12. Foto de satélite do furacão Helena sobre o golfo do México.
Fonte: White (1998, p. 2).
Sensores de velocidade
Sensores de velocidade são aplicados em máquinas rotativas, como bombas 
e motores, ou seja, quando há velocidades angulares em eixos. Há também a 
possibilidade de se medir a velocidade linear, como é realizado em esteiras 
transportadoras, por exemplo. Os sensores utilizados para medir a velocidade 
podem ser baseados no funcionamento de motores, como é o caso do dínamo 
Introdução aos sensores industriais16
taquimétrico (tacogerador), apresentado por Thomazini e Albuquerque (2007). 
Uma configuração de motor CC com estator de ímã permanente permite que 
uma tensão elétrica seja medida nas bobinas do rotor. Embora seja proporcional 
à velocidade de rotação, essa tensão sofre influência da temperatura do meio, 
o que pode causar erros na leitura. 
A velocidade de rotação também pode ser determinada utilizando-se sen-
sores discretos. Nessa linha de sensores, há os que operam por meio de prin-
cípios eletromagnéticos e também princípio óptico. Sensores ópticos, também 
chamados “encoders de velocidade”, são utilizados em conjunto com uma 
matriz perfurada que obstrui a passagem da luz até o detector. Um circuito se 
encarrega de fazer a conversão da contagem de pulsos para a velocidade angular 
(MCMILLAN; CONSIDINE, 1999), conforme apresentado na Figura 13a.
Figura 13. Tecnologias de medição de velocidade em um eixo. (a) Encoder óptico. (b) Sensor 
magnético de velocidade de eixo (vista explodida).Fonte: McMillan e Considine (1999, p. 5.20).
(a)
(b)
17Introdução aos sensores industriais
Detectores de presença que operam por campo magnético conseguem 
detectar a presença de peças metálicas. Eles podem ser utilizados em conjunto 
com engrenagens ou anteparos para contar pulsos que representam a rotação 
de um eixo (THOMAZINI; ALBUQUERQUE, 2007). A Figura 13b apresenta 
a vista explodida de um sensor de movimento e velocidade instalado em uma 
correia transportadora.
3 Sensores de temperatura e umidade
Medir e controlar variáveis como temperatura e umidade é parte do coti-
diano de quase todas as pessoas. Nos processos industriais, essas variáveis 
são igualmente importantes, sendo que o controle de temperatura é um dos 
mais intuitivos e explorados. A temperatura pode ser definida como uma 
medida relativa à energia térmica de um determinado corpo, na tentativa de 
relacionar seu aquecimento ou resfriamento quando comparado a um meio 
externo (WEBSTER; EREN, 2014). No sistema internacional, a unidade de 
temperatura é o Kelvin (K), oriundo da escala termodinâmica. Outras escalas, 
como Rankine (R) e Fahrenheit (F), são ainda utilizadas em casos muito 
específicos. No contexto industrial, a unidade de medida de temperatura é, 
sem dúvida, o grau Celsius, ou graus centígrados (°C).
Termômetros
Termômetros são dispositivos conhecidos por todos e com aplicação prática 
também na indústria. No cotidiano, o termômetro mais familiar é o de mer-
cúrio, em que pese a observável redução de seu uso visando à segurança das 
pessoas. Porém, na indústria o tipo de termômetro mais utilizado, devido à 
sua robustez, é o bimetálico, que pode ser observado na Figura 14.
Introdução aos sensores industriais18
Figura 14. Termômetro bimetálico. 
Fonte: Robert Sieminski/Shutterstock.com; Fouad A. Saad/Shutterstock.com.
Esses indicadores de temperatura são construídos com a junção de dois 
metais com coeficientes de expansão térmicos diferentes. Dessa forma, 
à medida que a temperatura do meio a que está exposto varia, o par metálico 
tende a se enrolar ou desenrolar-se. A esse mecanismo é acoplado um pon-
teiro. Mesmo com a popularização de instrumentos inteligentes nas plantas 
industriais, termômetros bimetálicos continuam sendo bastante utilizados 
como uma forma fácil de visualização do processo (DUNN, 2013). 
Termopares
Segundo Webster e Eren (2014), termopares são um dos tipos de sensores 
mais utilizados e talvez menos compreendidos no meio industrial. Em 1821, 
Seebeck identificou o efeito que posteriormente recebeu seu nome. É comum, 
na literatura, encontrar-se a definição do efeito como sendo a corrente elétrica 
resultante da exposição de duas juntas de materiais metálicos diferentes a 
temperaturas distintas, como mostra a Figura 15, conforme apresentado por 
McMillan e Considine (1999).
19Introdução aos sensores industriais
Figura 15. Circuito básico de um termopar.
Fonte: Adaptada de McMillan e Considine (1999).
Entretanto, Webster e Eren (2014) afirmam que a presença de um potencial 
elétrico entre duas partes de um corpo metálico a diferentes temperaturas foi o 
princípio que permitiu a sua utilização em sensores de temperatura. É comum 
a confusão suscitada pela afirmação de que o efeito Seebeck necessita de dois 
corpos metálicos para ocorrer. Como sistemas de medição são compostos de 
diversos materiais, a configuração de circuito fechado, como o da Figura 15, 
pode gerar erros de leitura. Portanto, a configuração que ocorre na prática é 
a apresentada na Figura 16.
Introdução aos sensores industriais20
Segundo Silva (2016), a adição de juntas intermediárias à conexão do 
termopar não influencia na tensão gerada pelo efeito Seebeck, contanto que 
suas temperaturas sejam iguais. Os termopares do tipo K construídos de uma 
liga de cromel-alumel são os mais comuns. Eles cobrem uma faixa de medição 
de –200°C até 1350°C (LAMB, 2015). Um resumo dos tipos de termopares 
mais comuns encontrados no mercado é apresentado por Dunn (2013), como 
pode ser visto no Quadro 1. Detalhes dos erros padrão e das composições 
químicas são apresentados por McMillan e Considine (1999).
Fonte: Adaptado de Dunn (2013).
Tipo Faixa aproximada (°C) Coef. Seebeck (μV/°C)
Cobre-Constantan (T) -140 a 400 40 (-59 a 93) ±1°C
Cromel-Constantan (E) -180 a 1000 62 (0 a 360) ±2°C
Ferro-Constantan (J) 30 a 900 51 (0 a 277) ±2°C
Cromel-Alumel (K) 30 a 1400 40 (0 a 277) ±2°C
Nicrosul-Nisil (N) 30 a 1400 38 (0 a 277) ±2°C
Platina (10% ródio) 
– Platina (S)
30 a 1700 7 (0 a 538) ±3°C
Platina (13% ródio) 
– Platina (R)
30 a 1700 7 (0 a 538) ±3°C
Quadro 1. Faixas de operação e coeficientes de Seebeck para alguns tipos de termopares
Os sensores e os transmissores industriais são construídos de forma a 
proteger o sensor, garantindo a robustez do conjunto para que as medidas de 
altas temperaturas possam ser realizadas com segurança. A Figura 17 apresenta 
o encapsulamento padrão de termopares industriais.
21Introdução aos sensores industriais
Figura 17. Esquema construtivo de um termopar industrial.
Fonte: Adaptada de McMillan e Considine (1999).
Como os sensores industriais são expostos a altas temperaturas, pressões 
e, muitas vezes, a fluidos agressivos, a utilização de termopoços usinados em 
aço inox 304 ou 316 garante a sua proteção mecânica. O uso desse dispositivo 
exige uma usinagem de alta precisão ou o uso de pastas térmicas a fim de não 
se comprometerem o contato e a transferência de calor do poço para o sensor.
Termorresistências
Outro sensor de temperatura muito difundido são as termorresistências (RTD). 
Esses sensores, conforme Thomazini e Albuquerque (2007), apresentam 
excelente precisão, uma ampla faixa de trabalho e, além disso, permitem que 
as ligações sejam feitas com algum distanciamento do sistema de leitura. 
A propriedade dos metais de ter sua resistência elétrica variável em função 
da temperatura a que estão expostos é explorada para realizar-se a medida de 
temperatura do meio. Segundo Dunn (2013), a resistência dos metais em uma 
dada temperatura RT2 pode ser relacionada pela Equação 5. 
RT2 = RT1(1 + Coeff ∙ [T2 – T1]) (5)
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onde:
 � RT1 é a resistência lida em uma temperatura de calibração T1; 
 � T2 é a temperatura do ponto em que se quer saber a resistência.
O coeficiente de temperatura é tabelado para diversos metais; alguns deles 
são mostrados no Quadro 2. Entretanto, para que esse equacionamento seja 
válido, é necessário que o metal apresente uma relação linear e estável entre 
resistência e temperatura. 
Fonte: Adaptado de Dunn (2013).
Material Coeficiente por °C
Ferro 0,006
Níquel 0,005
Tungstênio 0,0045
Platina 0,00385
Quadro 2. Coeficiente de temperatura para alguns metais
Segundo McMillan e Considine (1999), a platina é o metal mais utilizado 
para a construção de termorresistências, justamente por apresentar uma elevada 
estabilidade e linearidade. Assim como os termopares, as termorresistências 
são encapsuladas em invólucros que lhes conferem a resistência mecânica 
para serem aplicadas em processos industriais, como pode ser observado na 
Figura 18a.
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Figura 18. Termorresistências. (a) Instalação em uma tubulação. (b) Arranjo construtivo 
do sensor.
Fonte: (a) Webster e Eren (2014, p. 68); (b) McMillan e Considine (1999, p. 4.23).
(a) (b)
A ligação de termorresistências (Figura 18b) a circuitos que fazem sua 
leitura e a convertem em um sinal de transmissão pode ser feita de diversas 
formas. Conforme Thomazini e Albuquerque (2007), é necessário considerar 
que os cabos que ligam o sensor ao transmissor podem somar erros de medida, 
uma vez que sua resistência ôhmica não é desprezível. É usual utilizar um 
circuito denominado Ponte de Wheatstone, que consiste de quatro resistências 
elétricas, com um galvanômetro ligado na diagonal; dessa forma, quando as 
resistências estão balanceadas, não há corrente elétrica. Ligações de termor-
resistênciaspodem ser feitas substituindo-se uma das resistências pelo sensor. 
A primeira configuração de ligação elétrica é chamada “ligação a dois fios”, 
mostrada na Figura 19a. Nela, as resistências inerentes aos cabos que ligam 
o sensor ao transmissor são somadas à resistência do RTD, o que pode gerar 
erros de medição caso o comprimento desses cabos seja significativo.
Introdução aos sensores industriais24
Figura 19. Ligações de termorresistências. (a) Com dois fios. (b) Com três fios.
Fonte: Adaptada de Thomazini e Albuquerque (2007).
(a)
(b)
Uma alternativa é a ligação a três fios, apresentada na Figura 19b. Nesse 
caso, as resistências de cada fio são divididas entre os dois lados da ponte, 
anulando o efeito da resistência dos cabos (MCMILLAN; CONSIDINE, 1999). 
Esse tipo de ligação é o mais utilizado em instalações industriais, mesmo que 
o transmissor não esteja distante do sensor.
Sensores de umidade
Segundo Dunn (2013), diversos segmentos, como a indústria têxtil, o setor 
madeireiro e o setor químico, por exemplo, têm processos de fabricação al-
tamente suscetíveis a variações na concentração da umidade. A umidade, ou 
seja, a concentração de água em um líquido, gás ou sólido, pode ser definida 
de duas formas. A primeira é como umidade absoluta: uma quantidade de 
25Introdução aos sensores industriais
moléculas em um dado volume do meio. Por outro lado, a umidade pode ser 
definida também em termos relativos, isto é, o percentual de água presente no 
ar em relação ao máximo de água que o mesmo volume poderia conter a uma 
dada temperatura. Esse valor é conhecido como umidade relativa. 
A medida da umidade absoluta, muitas vezes declarada como dew point 
(ponto de orvalho), pode ser realizada utilizando-se o princípio do espelho 
resfriado. Há equipamentos para se realizar o procedimento manual de medida 
(Figura 20a), há também analisadores automatizados (Figura 20b). Em ambos os 
sistemas, o mesmo princípio de funcionamento é adotado: o gás a ser analisado 
passa por um espelho com temperatura controlada, e a temperatura do espelho 
é então diminuída até que se forme uma gota de condensado. A temperatura 
do espelho no momento dessa formação da condensação é denominada ponto 
de orvalho (MCMILLAN; CONSIDINE, 1999).
Figura 20. Sistemas de medição de ponto de orvalho. (a) Copo de medição manual 
(b) Analisador on-line.
Fonte: McMillan e Considine (1999, p. 4.213 e 4.215).
(a) (b)
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A umidade relativa, segundo Thomazini e Albuquerque (2007), pode ser 
medida manualmente com termo-higrômetros de bulbo seco e bulbo úmido, ou 
pode ser medida por transmissores por meio de sensores capacitivos. Esses tipos 
de sensores são desenvolvidos para operar em locais grandes, muito maiores 
do que as dimensões dos próprios sensores. Sua exatidão também é restrita, 
sendo indicados para o monitoramento de variáveis ambientais. Transmissores 
de umidade industriais, tanto para umidade absoluta quanto para umidade 
relativa, dispõem de construções mais robustas. É usual a utilização de sensores 
de óxido de alumínio, que apresentam variação na sua capacitância em função 
da concentração de umidade. Tais sensores são utilizados para medir baixos 
níveis de umidade em gases (MCMILLAN; CONSIDINE, 1999).
A instrumentação de processo compreende diversas variáveis, como pressão, tem-
peratura, nível e vazão. Por vezes, é ainda necessário determinar a concentração de 
espécies químicas, atividade que engloba uma gama de dispositivos e equipamentos 
específicos a essa finalidade. Na indústria de manufatura, além das variáveis citadas, 
outras, ligadas a propriedades geométricas e mecânicas, são medidas e controladas. 
Para essas outras aplicações, outros tipos de transdutores são empregados, respon-
dendo às características específicas de cada processo e aplicação.
Há diversos tipos de sensores operando de acordo com diferentes princí-
pios físicos, o que compõe uma variedade de possibilidades para se medirem 
variáveis de processo. Apesar das muitas opções entre diversos modelos apre-
sentados pelos fabricantes, é importante conhecer os princípios fundamentais 
de medição, pois geralmente eles são a base de funcionamento da maioria dos 
instrumentos. Esse conhecimento possibilita ao usuário fazer a correta seleção 
do tipo de instrumento para cada aplicação, além de dominar a configuração 
de cada instrumento, o que garante o sucesso do sistema de controle. 
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WHITE, F. M. Fluid mechanics. 4. ed. New York: McGraw-Hill, 1998.
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