Relatório aula de laboratório Sensores Industriais

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

INSTITUTO FEDERAL DO PARANÁ
ANTONIO ADILSON RAMOS
DANIEL DA SILVA SCHNEIDER
FABIO RAMOS
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA
LABORATÓRIO DE SENSORES INDUSTRIAIS
CURITIBA
2013
ANTONIO ADILSON RAMOS
DANIEL DA SILVA SCHNEIDER
FABIO RAMOS
RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA
LABORATÓRIO DE SENSORES INDUSTRIAIS
Trabalho apresentado à disciplina de Elementos de Automação do curso Técnico em Eletromecânica.
Orientador: Professor Wilerson Sturm
CURITIBA
2013
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
No Século XX houve uma explosão tecnológica com surgimento da era moderna e utilização dos semicondutores, cada vez mais avançados, assim como os computadores, mostraram-se altamente viáveis para a automação de atividades industriais, com objetivo de aumentar a produção e a qualidade diminuindo o fator humano (CAPELLI, 2008).
A automação utiliza-se principalmente da informática e dos sensores que são dispositivos projetados para detectarem algum evento no processo e emitirem um sinal de resposta a este evento. Não devem ser confundidos com transdutores, que são dispositivos que convertem uma grandeza física em outra (STURM, 2004). De acordo com o tipo de sinal entregue na saída, os sensores são classificados em analógicos ou digitais.
Existem diversos tipos de sensores industriais, cada qual com sua aplicação, dentre eles foram estudados os sensores de pressão, os capacitivos, indutivos, difusos e RGB.
Um dos sensores de pressão avaliados foi o esfigmomanômetro do tipo aneróide, em que o ar é utilizado como o fluido manométrico que irá deformar o sensor elástico do instrumento e causar o deslocamento do ponteiro sobre a escala, indicando a pressão arterial (INMETRO,2005b). No esfigmomanômetro de coluna de líquido manométrico, a pressão é indicada em função do deslocamento de uma coluna de líquido manométrico num tubo transparente graduado (INMETRO, 2005b). Na maioria dos casos o líquido utilizado é o mercúrio e a unidade é dada em milímetros de mercúrio (mmHg).
O sensor capacitivo baseia-se na geração de um campo elétrico, desenvolvido por um oscilador controlado por capacitor (THOMAZINI e ALBUQUERQUE, 2005). O lado sensível de um sensor capacitivo é formado por dois eletrodos metálicos dispostos concentricamente que se equivalem a um capacitor. As superfícies dos eletrodos são conectadas em uma ramificação de alimentação de um oscilador de alta frequência sintonizado de tal maneira que não oscilem quando a superfície está livre. Quando um objeto se aproxima da face ativa do sensor, ele entra no campo elétrico sob a superfície do eletrodo e causa uma mudança na capacitância do conjunto, ocorrendo uma oscilação com uma amplitude tal que seja detectada por um circuito e convertida em um comando de chaveamento.
O sensor indutivo baseia-se no princípio de geração de um campo eletromagnético de alta frequência, que é desenvolvido por uma bobina ressonante instalada na face sensora (THOMAZINI e ALBUQUERQUE, 2005). A bobina faz parte de um circuito oscilador, que em condição normal (desacionada), gera um sinal senoidal. Quando um metal aproxima-se do campo, este por correntes de superfície, absorve a energia do campo, diminuindo a amplitude do sinal gerado no oscilador. Esta diminuição do valor original aciona o estágio de saída. Os sensores de proximidade indutivos são equipamentos eletrônicos capazes de detectar a aproximação de peças, componentes, elementos de máquinas, em substituição às tradicionais chaves fim de curso. A detecção ocorre sem que haja o contato físico entre o acionador e o sensor, aumentando a vida útil do sensor por não possuir peças móveis sujeitas a desgastes mecânicos. 
O sensor difuso tem o transmissor e o receptor montados na mesma unidade. Sendo que o acionamento da saída ocorre quando o objeto a ser detectado entra na região de sensibilidade e reflete para o receptor o feixe de luz emitido pelo transmissor (STURM, 2004).  É um tipo de sensor que possui o emissor de luz e o receptor lado a lado e no mesmo corpo (invólucro). O emissor emite um feixe de luz, se algum objeto entra na frente deste feixe a luz é refletida na superfície do material do objeto e volta para o receptor do sensor, fazendo assim a detecção que é convertida em comutação de contatos NA ou NF ou transistor para corrente alternada ou corrente contínua.
O sensor RGB (RGB é a abreviatura do sistema de cores aditivas formado por Vermelho (Red), Verde (Green) e Azul (Blue). Baseado no princípio fotoelétrico, consiste de um transmissor constituído de 3 LED’s nas cores vermelha, verde e azul e um receptor a fototransistor. O fototransistor é um transistor cujo encapsulamento permite a incidência de luz sobre a junção base- coletor. A corrente gerada pela luz na junção é amplificada pelo transistor, como se fosse uma corrente de base convencional. A corrente de coletor do fototransistor é, portanto, proporcional a intensidade luminosa incidente sobre o componente.
OBJETIVOS
Executar testes em bancada didática, estudando os princípios físicos de funcionamento de sensores, analisando as grandezas elétricas geradas e avaliando a histerese e linearidade do processo.
MATERIAIS
Em laboratório foi utilizada bancada didática Bit 9 de sensores industriais, a qual continha os seguintes componentes:
Sensor de pressão;
Sensor capacitivo digital; 
Sensor indutivo digital; 
Sensor difuso digital; 
Sensor RGB;
Sensor capacitivo analógico; 
Sensor indutivo analógico.
METODOLOGIA
Após a montagem da bancada com suas respectivas ligações de alimentação e de sinal de saída dos sensores, iniciamos as leituras dos sinais elétricos emitidos pelos sensores, sendo cinco o número de repetições em cada bateria de testes.
Para o sensor de pressão, a bancada era dotada de um esfigmomanômetro, o qual foi acionado no mínimo cinco vezes para cinco pressões diferentes e seus resultados anotados.
Os sensores capacitivos e indutivos foram testados utilizando uma moeda de um real, no mínimo cinco vezes, tendo seus resultados anotados.
O sensor RGB foi analisado submetendo-o ás cores vermelho, azul e verde, tendo seus resultados registrados.
RESULTADOS
A linearidade do sensor é dada pelas variações iguais entre a grandeza física medida e o sinal entregue na saída do sensor. Portanto temos sensores lineares e não lineares. Evidentemente o sensor ideal é o linear, mas caso não seja, uma forma de determinar a gravidade dessa não linearidade é medir o máximo erro de sinal da saída e dividir pela faixa de valores possíveis, sendo expressa na forma percentual.
	SENSOR DE PRESSÃO
	PRESSÃO (mmHg)
	TENSÃO (V)
	20
	0,37
	40
	1,13
	60
	1,83
	80
	2,43
	100
	3,21
	120
	4
	160
	5,02
	180
	5,75
	200
	6,22
	220
	7,03
	300
	9,98
Com os quais foi construído o seguinte gráfico:
Gráfico Pressão X Tensão do sensor de pressão.
Avaliando o gráfico podemos dizer que o sensor de pressão não é linear.
SENSORES ANALÓGICOS
Podem assumir qualquer valor no seu sinal de saída ao longo do tempo, desde que esteja dentro da sua faixa de operação.
	SENSOR CAPACITIVO ANALÓGICO
	DISTÂNCIA
	TENSÃO
	0mm
	0,00V
	48mm
	1,50V
	60mm
	2,00V
	145mm
	3,00V
	210mm
	3,22V
	SENSOR INDUTIVO ANALÓGICO
	DISTÂNCIA
	TENSÃO
	0mm
	9,87V
	4,5mm
	7,40V
	9mm
	4,94V
	13,5mm
	2,47V
	18mm
	0,00V
	Percebe-se pelos dados coletados que os sensores analógicos não são lineares.
SENSORES DIGITAIS
Podem assumir apenas dois valores no seu sinal de saída ao longo do tempo (zero ou um). Para avaliar a histerese, que é a diferença entre a distância onde o sensor é ativado quando o objeto se aproxima dele e a distância na qual é desativado quando o objeto se afasta, realizamos leituras e obtivemos os seguintes dados:
	SENSOR CAPACITIVO DIGITAL
	ATIVADO
	DESATIVADO
	25mm
	27mm
	26mm
	33mm
	23mm
	27mm
	20mm
	24mm
	20mm
	27mm
	SENSOR INDUTIVO
DIGITAL
	ATIVADO
	DESATIVADO
	6mm
	9mm
	7mm
	8mm
	8mm
	9mm
	9mm
	10mm
	8mm
	9mm
	SENSOR DIFUSO DIGITAL
	ATIVADO
	DESATIVADO
	189mm
	197mm
	186mm
	201mm
	184mm
	196mm
	182mm
	192mm
	180mm
	190mm
	Temos, através dos dados obtidos, que os sensores digitais são lineares.
SENSOR RGB
	Para cada cor houve uma queda de tensão, indicando a presença de um evento, como demonstrado na tabela abaixo:
	SENSOR RGB
	VERMELHO
	AZUL 
	VERDE
	ATIVADO
	DESATIVADO
	ATIVADO
	DESATIVADO
	ATIVADO
	DESATIVADO
	1,05V
	1,86V
	0,75V
	1,43V
	1,66V
	3,20V
	1,30V
	
	0,93V
	
	1,84V
	
	1,25V
	
	0,71V
	
	1,72V
	
	1,36V
	
	0,77V
	
	1,75V
	
	1,40V
	
	0,80V
	
	1,60V
	
	
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A interação entre teoria e prática é fundamental para a formação integral do técnico e essa aula experimental nos aproximou um pouco mais do ambiente industrial. Aprendemos que os sensores industriais acusam uma mudança de estado, entregando um sinal em sua saída, o qual é tratado pelo transdutor, para que possa ser mensurado por equipamentos eletrônicos.
Entendemos ainda que os sensores são classificados como proporcionais ou analógicos e discretos ou digitais. Sendo que os analógicos podem entregar um sinal de saída que varia entre vários valores dentro de uma faixa operacional e os sensores digitais entregam apenas dois valores na saída, por exemplo 0 ou 1, ou alto/baixo.
Avaliamos a histerese nos sensores industriais e percebemos que o sensor indutivo digital é o que apresenta menor histerese e que o difuso digital apresenta uma maior histerese.
Quanto a linearidade, percebemos que os sensores digitais são os que apresentam melhor linearidade e que os sensores analógicos apresentam pior linearidade, condição não favorável quando se deseja um sinal preciso.
Enfim, essa prática nos permitiu tomar conhecimento da aplicação de alguns sensores industriais, seus comportamentos e será muito útil, principalmente para identificarmos eventuais problemas em máquinas ou linhas automatizadas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CAPELLI, A. Automação Industrial – 2ª edição. São Paulo. Editora Érica, 2008. 
THOMAZINI, Daniel, e ALBUQUERQUE, Pedro Urbano. Sensores Industriais: Fundamentos e Aplicações. Editora Érica, São Paulo, 2005.
STURM, Wilerson. Sensores Industriais: Conceitos teóricos a aplicações práticas. 1ª edição. Rio de Janeiro. Editora Papel Virtual, 2004.
INMETRO.http://www.inmetro.gov.br/legislacao/detalhe.asp?seq_classe=1&seq_ato=966. Acesso em 25 de novembro de 2013.
.