TDE 1 Sensores Eletroeletrônica

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ 
Escola Politécnica 
Curso de Engenharia Mecânica 
Prof.: Marno – Disciplina: Eletroeletrônica 
Aluno: Luca Watanabe Reolon 
 
Atividade Avaliativa – Termopares 
 Realizar uma pesquisa sobre os seguintes itens: a) Sensor tipo Indutivo; b) Sensor tipo Capacitivo; c) Sensor tipo Ótico; d) Sensor tipo magnético; Para cada sensor, considerar os seguintes tópicos destacados: Grandeza física relacionada à sua sensibilidade; Materiais detectáveis pelo sensor; Faixa de distância que o sensor é utilizado na indústria para detecção; Descrição de no máximo 10 linhas explicando como funciona cada um dos tipos de sensores. O trabalho deve ser impresso. Sugere-se entre 4 e 8 páginas. 
Sensor Indutivo Um Sensor indutivo é um dispositivo eletrônico que é capaz de reagir a proximidade de objetos metálicos, esses dispositivos exploram o princípio da impedância de uma bobina de indução. Quando um objeto metálico, passa pelo campo magnético da bobina do sensor indutivo, liberando assim a passagem da corrente elétrica. Isso ocorre, 
pois, o objeto absorve parte do campo magnético gerado pela bobina do sensor, essa variação é detectada pelo circuito 
e em seguida produz um sinal de saída, podendo ser a atuação de um contato NA ou NF para corrente alternada ou 
contínua, um transistor ou ainda um sinal variável de tensão ou de corrente (saída analógica). Um sensor indutivo é composto por quatro partes sendo: 
• Um oscilador, que verifica as mudanças de corrente contínua (DC) para corrente alternada (AC). 
• Um núcleo de ferro envolto em fios ou em uma bobina, responsável pela criação do um campo magnético que será afetado pela presença do objeto metálico. 
• Os dispositivos de sensoriamento que monitoram o campo magnético por meio de um circuito, e as mudanças de campo causadas por metais passando nas proximidades. 
• Um processador de saída que leva a informação ao circuito do sensor e envia um sinal para outros equipamentos. 
 
FIGURA 1- I18-AN - SENSOR INDUTIVO ANALÓGICO Características: A distância sensora é o range, ou a distância máxima que o sensor pode detectar objetos em seu campo, mensurada em milímetros, a distância sensora pode variar imensamente dependendo do produto e aplicação. Alguns produtos estão disponíveis nas seguintes distâncias sensoras (segundo a empresa Comatreleco): 1 mm, 1.5 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 7 mm, 8 mm, 10 mm, 12 mm, 15 mm, 20 mm, 22 mm, 25 mm, 40 mm, 50 mm, 70 mm. Funções de saída refere-se ao tipo de saída do sensor, podendo ser contatos para comutação ou saídas analógicas: Normalmente aberto (NF ou NO); Normalmente fechado (NF ou NC); Contato Reversível (NA/NF ou CO); Saída Analógica 0-10V Saída Analógica 4-20 mA 
Sensor Capacitivo Sensores capacitivos são sensores que detectam qualquer tipo de massa. Seu funcionamento se dá por meio de incidência de um campo elétrico que é gerado por cargas elétricas em sua face, formando assim um capacitor. É característica de todo capacitor o aumento de sua capacitância quando colocamos algum tipo de massa dielétrica (isolante) entre seus eletrodos (os eletrodos são onde são armazenadas as cargas), sendo assim, quando aproximamos qualquer material líquido ou sólido à face do sensor, ele atuará como massa dielétrica aumentando a capacitância. Por fim, o circuito eletrônico do sensor detecta essa variação de capacitância e atua sua saída, que pode ser um contato NA ou NF para corrente alternada ou contínua, um transistor ou ainda um sinal variável de tensão ou corrente (saída analógica). 
 
FIGURA 2 - ESQUEMA DE FUCIONAMENTO DE UM SENSOR CAPACITIVO. Características Existem muitas vantagens na sua utilização, porém as principais são: Funcionam em quaisquer condições de ambiente (vide especificações do fabricante). Acionamento sem contato físico (existe uma distância mínima entre o sensor e o dispositivo a ser detectado que é suficiente para comutá-lo). Chaveamento eletrônico totalmente em estado sólido. Alta durabilidade. Manutenção praticamente inexistente. Alta velocidade de comutação. Distância de Comutação Segura (Sa) Esta medida garante o acionamento seguro do sensor sob as condições estabelecidas de temperatura e tensão. Ela pode ser escolhida entre 0 e 81% de SN (= ao S) ou seja: Onde: Sa é a distância segura e Sn a distância especificada pelo fabricante do sensor Nota: A distância segura depende do material, sendo assim sendo alterado a distância de comutação também será alterada. 
 Exemplo de sensor capacitivo O Sensor Capacitivo SCR é um dispositivo eletrônico para controle de nível de líquidos, massas ou granulados 
 
FIGURA 3 EXEMPLO DE SENSOR CAPACITIVO SCR 
 
FIGURA 4 ESPECIFICAÇÃO TÉCNICA DO SENSOR SCR 
Sensor Ótico São Sensores cujo funcionamento baseia-se na emissão de um feixe de luz, o qual é recebido por um elemento fotossensível, basicamente são divididos em três sistemas: Barreira, Difusão e Reflexão. Os sensores óticos possuem um princípio de funcionamento baseado num feixe luminoso, em geral infravermelho e que pode ser polarizado (ou não), gerado por um dispositivo emissor e captado por outro dispositivo receptor. A presença do objeto no caminho do raio infravermelho possibilita (ou impede), dependendo do tipo de sensor, a recepção deste por parte do receptor. Assim, o controlador monitora se o objeto se encontra (ou não) presente no caminho da luz. Nos dispositivos mais comuns, o emissor consiste em um LED infravermelho polarizado adequadamente, o qual emite um raio de um determinado espectro de frequências. O dispositivo receptor, em geral, consiste em um fototransistor, que quando está polarizado corretamente dependendo se sua base está sendo ou não iluminada. Diferentes Configurações Sensores de barreira: Neste tipo de transdutor, o emissor e o receptor encontram-se em dois dispositivos diferentes. Eles devem ser colocados em perfeito alinhamento de maneira tal que a luz emitida chegue ao receptor. 
Quando um objeto não transparente se interpõe entre o emissor e o receptor, a luz obviamente não chega, desativando o receptor, e entregando o estado correspondente na saída. Este tipo de dispositivo, dependendo da fonte luminosa, tem a grande vantagem que pode permitir uma distância considerável entre emissor e receptor (até 50 m em alguns casos) e, portanto, pode detectar a presença de objetos de grandes dimensões, por exemplo, pessoas entrando num elevador, ou carros numa garagem. Por exemplo, há um modelo que permite uma distância de detecção de até 30 m quando utilizado em modo de sensor de barreira; por outro lado, há um sensor fotoelétrico que permite uma distância de detecção de até 10 m, para objetos de no mínimo 15 mm de diâmetro, e com uma freqüência máxima de chaveamento de 500 Hz. Sensores de reflexão: Neste tipo de transdutor, emissor e receptor de luz encontram-se no mesmo dispositivo, apontando paralelamente. Para que o raio de luz infravermelha emitido pelo emissor chegue ao receptor, é necessário que ele se reflita em uma superfície refletora posicionada na frente do dispositivo e de forma perpendicular a este. Esta superfície pode ser um simples espelho, mas este exige uma perfeita perpendicularidade entre sua superfície e o raio emitido para ser refletido paralelamente. Dentre os sensores óticos de reflexão encontrados no mercado, podemos mencionar um que quando utilizado no modo de retro-reflexão, permite uma distância de detecção máxima de 10 m; por outro lado, há um fotossensor retro-refletivo que tem um alcance de detecção de 2,4 m. Sensores de reflexão difusa: Neste tipo de transdutor, o emissor de luz e o receptor também se encontram no mesmo dispositivo, normalmente muito próximos um do outro e apontando paralelamente. Quando uma superfície clara ou brilhante (que não absorva a luz) é colocada bem na frente do dispositivo, o feixe emitido é refletido nele e retorna para ser captado pelo receptor, saturando assim o fototransistor. Estes dispositivos não exigem a presençade uma superfície espelhada para refletir a luz, o que é feito pelo próprio objeto. Mas possuem a desvantagem de que a distância de detecção é mínima (normalmente só alguns centímetros), exigindo que o objeto fique muito próximo do dispositivo. Pode ser mencionada como outra desvantagem o fato de só servirem para a detecção de objetos de cor clara ou brilhante, caso contrário a luz seria absorvida na sua superfície e não retornaria ao receptor. Como exemplo, há sensores que, no seu modo de reflexão difusa, permitem um alcance de detecção de apenas 70 cm, enquanto que outros só permitem detectar objetos localizados no máximo a 20 cm do dispositivo. 
 
FIGURA 5 PAR FOTODIODO–FOTOTRANSISTOR POLARIZADO. QUANDO A LUZ CHEGA AO FOTO-RECEPTOR, NA SAÍDA SERÁ LIDO UM ESTADO 0. Características São utilizados em diversas áreas: Industrial em sistema automáticos e de segurança pessoal, residencial e predial como alarmes. Na indústria são muito utilizados, por exemplo, em sistemas de contagem de peças, determinação de fim de curso. A tensão mais comum entre esses sensores é de 24V, padrão no meio industrial e de fácil integração com CLPs (Controladores Lógico Programável). Também é possível ser encontrados em tensões como 220VAC, mas em menor escala. A grande vantagem desse tipo de sensoriamento é o não contato com o sistema que será monitorado, desta forma se evita problemas mecânicos e permite, por exemplo, que a leitura de contagem de peças, etc.) seja feita em movimento, o que garante que o sensoriamento ocorra sem interrupção do processo de fabricação. 
Sensor Magnético São sensores que efetuam um chaveamento eletrônico mediante a presença de um campo magnético externo, próximo e dentro da área sensível. Esses sensores podem ser sensíveis aos polos do imã ou somente a um polo. Composto por um contato encapsulado e um ímã fixo ao objeto. A presença do ímã na proximidade do sensor fecha ou abre o contato. Estes são chamados de sensores de êmbolo magnético. Já os sensores magneto resistivos utilizam-se do efeito Hall. O efeito ocorre quando uma corrente num condutor tem sua trajetória desviada pela ação de um campo magnético. Com um formato apropriado, este desvio faz com que a Tensão de Hall seja gerada, e esta pode ser aproveitada por um circuito externo, e é o que sensores Hall fazem. A tensão de Hall pode ser medida por um circuito externo ou ainda ser utilizada para efeitos de sensoriamento, pois ela é proporcional à intensidade do campo que cria. O Efeito Hall é um efeito observado em todos os materiais. Contudo, sua aplicação é eficaz somente em materiais onde a mobilidade eletrônica seja relativamente alta. Desse modo, as aplicações práticas do Efeito Hall só se tornam possíveis com o desenvolvimento de tecnologias em materiais semicondutores. 
 
FIGURA 6 SENSORES MAGNÉTICOS 
Referências Bibliográficas 
Sensor Indutivo – Funcionamento, Utilização e Aplicação. Disponível em < https://comatreleco.com.br/sensor-indutivo/>. Publicado em: 8 de dezembro de 2012. Acesso em 4 de set de 2015. 
O que é um sensor capacitivo?. Disponível em <http://www.digel.com.br/novosite/index.php?option=com_c ontent&view=article&id=68:o-que-e-um-sensor-capacitivo&catid=42:tecnicos&Itemid=69>. Por Lucas Lino, técnico da Digel Elétrica Ltda. Acesso em 4 de set de 2015. 
Sensor Capacitivo SCR. Disponível em < http://www.ribeirorepresentacoes.com/imagens/produtos/especificac ao/SENSOR_CAPACITIVO_SCR_-_TRON.pdf>. Acesso em 4 de set de 2015. 
MecaWeb Education Site – Sensores capacitivos. Disponível em < http://www.mecaweb.com.br/eletroni ca/content/e_sensor_capacitivo>. Acesso em 4 de set de 2015. 
Mecânica Atual – Sensores Óticos. Disponível em < http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/1179-sensores-ticos>. Acesso em 4 de set de 2015.