Automação - Aula 3 - Sensores Analógicos

Prévia do material em texto

w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
EC 214: Automação
Sensores Analógicos
Prof.: Egidio Raimundo Neto
Santa Rita do Sapucaí
1° Semestre de 2017
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos: Este tipo de sensor pode assumir qualquer valor
no seu sinal de saída ao longo do tempo. Este tipo de sensor é utilizado
para medidas de pressão, vazão, temperatura, nível, umidade, força,
tensão e corrente.
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Temperatura
TERMÔMETRO BIMETÁLICO:
Muito usado para medição de temperatura no campo. São apenas
indicadores locais, desprovidos de facilidades para transmissão de
sinal.
Além das aplicações na medição, os elementos bimetálicos são muito
utilizados na construção de termostatos, dispositivos que ligam ou
desligam um circuito elétrico em função da temperatura.
Sensores Analógicos
metal A
metal B
α metal A > α metal B
metal A
metal B
α metal A > α metal B
metal A
metal B
α metal A > α metal B
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Temperatura
TERMORESISTÊNCIA
Também conhecidos como RTD (Resistance Temperature Detector ou
Detectores de Temperatura a Resistência);
Este fenômeno permite seu emprego como sensores de temperatura.
SENSOR Pt 100:
Termoresistência mais empregada em todo o mundo, devido à sua
estabilidade, repetibilidade, precisão e ampla faixa de medição.
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Temperatura
TERMORESISTÊNCIA
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Temperatura
TERMISTORES
Nome dado a elementos semicondutores, normalmente óxidos metálicos
aglutinados à alta temperatura. Existem duas variedades de Termistores, o de
coeficiente positivo de temperatura (PTC) e o de coeficiente negativo de
temperatura (NTC).
Características:
• Alta resistividade, tamanho pequeno;
• Faixa de utilização bem estreita;
• Coeficiente de variação 8 a 10 vezes maior que em metais comuns;
• Robustez e Durabilidade;
• Não linearidade, limita o uso para faixas estreitas de temperatura.
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Temperatura
TERMISTORES – PTC e NTC
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Temperatura
TERMISTORES – PTC e NTC
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Temperatura
TERMOPARES
Consiste de dois condutores metálicos, de naturezas distintas, na forma de
metais puros ou de ligas homogêneas. Os fios são soldados em um extremo
para o qual se dá o nome de junta quente ou junta de medição. A outra
extremidade dos fios é levada ao instrumento de medição de f.e.m.(força
eletromotriz) para a qual dá-se o nome de junta fria ou junta de referência.
O aquecimento da junção de dois metais gera o aparecimento de uma f.e.m..
Este princípio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilização de
termopares para a medição de temperatura.
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Temperatura
TERMOPARES
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Temperatura
TERMOPARES
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Temperatura
TERMORESISTÊNCIA X TERMOPAR
Sensores Analógicos
Vantagens do PT100:
- Possui maior precisão dentro da faixa de operação;
- Menor influência por ruídos elétricos;
- Dispensa o uso de cabos de compensação;
- Permite a utilização em qualquer ambiente;
- Não existe limitação para distância de operação;
Desvantagens do PT100:
- É mais caro que outros sensores para a mesma faixa;
- Range de temperatura menor que os termopares;
- É necessário que o Bulbo esteja com a temperatura estabilizada 
para a correta medição;
- Possui um tempo de resposta maior;
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Temperatura
LM 35
- O sensor de temperatura é o LM35 (opera
entre 0 a 120 ºC e funciona da seguinte
maneira: 0ºC = 0V e 120 ºC = 1,2V (cada
grau varia 0,01V em sua saída, iniciando em
0V. Exemplo: 1ºC = 0,01V, 2ºC = 0,02V, etc).
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Pressão
TUBOS DE BOURDON
Sensores Analógicos
Tipo C Tipo Espiral Tipo Helicoidal
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Pressão
TUBOS DE BOURDON
São compostos de um tubo com seção oval, disposto na forma de arco de
circunferência, tendo uma de suas extremidades fechada e a outra
extremidade aberta e conectada ao processo cuja pressão será medida.
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Pressão
TUBOS DE BOURDON
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Pressão
EXTENSÔMETROS
FITA EXTENSOMÉTRICA – STRAIN GAGE:
Dispositivo que mede a deformação elástica sofrida pelos sólidos quando
estes são submetidos ao esforço de tração ou compressão. Transforma
pequenas variações de dimensões em variações de resistência elétrica.
Sua utilização possibilita medir a deformação de um corpo através de
uma grandeza elétrica.
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Pressão
EXTENSÔMETROS
Os extensômetros são utilizados para medir deformações em diferente
estruturas, como pontes, máquinas, navios, etc. Associados com um
transdutor (Transmissor), os extensômetros podem medir pressão, força,
tensão, etc.
As principais características de um extensômetro são:
• Alta precisão na medida;
• Baixo custo;
• Excelente linearidade;
• Facilidade de Instalação;
• Pode ser utilizado submerso em água;
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Pressão
EXTENSÔMETROS
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Pressão
SENSOR PIEZOELÉTRICO
A medição de pressão utilizando este tipo de sensor se baseia no fato dos
cristais assimétricos ao sofrerem uma deformação elástica ao longo do
seu eixo axial, produzirem internamente um potencial elétrico causando
um fluxo de carga elétrica em um circuito externo.
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Pressão
SENSOR PIEZOELÉTRICO
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Pressão
CIRCUITOS INTEGRADOS
Atualmente, metade da produção mundial de sensores de pressão é
fabricada com a tecnologia microeletrônica. O funcionamento da maior
parte dos sensores de pressão produzidos baseiam-se nos princípios de
transdução Piezorresistiva e Piezoelétrica.
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Pressão
CIRCUITOS INTEGRADOS
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
InstrumentaçãoIndustrial
Sensores Analógicos – Nível
Nível é uma das variáveis mais comuns e mais amplamente
utilizada em aplicações industriais.
A medição de nível é definida como:
• determinação da posição de uma interface entre dois produtos,
quando estes possuem densidades diferentes;
• posição da superfície de um líquido em relação a um
referencial;
• altura hidrostática entre este referencial e a superfície que se
deseja conhecer.
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Nível
Os métodos de medição de nível podem ser classificados, pela
forma como o nível é medido, em métodos de medição DIRETA e
INDIRETA.
• Medição DIRETA:
Medição que se faz tendo como referência a posição do plano
superior da substância medida.
• Medição INDIRETA (inferencial):
Medição que se faz para determinar o nível em função de uma
segunda variável.
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Nível – Medição Direta
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Nível - Medição Indireta
Sensores Analógicos
Tecnologia Aplicada Líquidos Sólidos
Medição por capacitância X X
Medição por empuxo 
(deslocador/flutuador)
X
Medição por pressão hidrostática X
Medição por tubo em U X
Medição por borbulhamento X
Medição por ultra-som X X
Medição por pesagem X X
Medição por chaves de nível X X
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Nível
Sensores Analógicos
Régua Visores de vidro 
transparente
Visores do tipo reflex
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Nível
Sensores Analógicos
Flutuadores ou Boias
 
Medição de Nível por Empuxo
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Nível
Sensores Analógicos
Medidor de Nível Ultrassônico Medidor de Nível por Pesagem
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Nível – Sensor Ultrassônico
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Nível
Sensores Analógicos
Medidor por pressão hidrostática
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Nível – Medição por pressão hidrostática
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Vazão
Vazão representa a quantidade de líquidos, gases ou vapores
que passa por um determinado ponto em um certo tempo. Pode ser
medida sob a forma de vazão volumétrica (l/s; m³/h) ou vazão de massa
(kg/s; t/h). A medida de vazão é uma medida indireta, pois outras
grandezas são utilizadas para seu cálculo.
Existem diferentes princípios de medição de vazão, sendo cada
método indicado para um tipo de aplicação. A escolha de um medidos de
vazão requer bastante experiência, pois várias variáveis estão associadas
a este tipo de medida, como por exemplo: temperatura, diâmetro do tubo,
velocidade, tipo de produto, dentre outras.
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Vazão – Medidores por pressão diferencial
Os medidores de vazão por pressão diferencial são os sensores
mais os utilizados em função da simplicidade, custo e facilidade de
manutenção.
Definição: Um obstáculo, denominado elemento primário, inserido
em uma tubulação que escoa um fluido, causa uma queda de pressão
que varia com a vazão, densidade e a viscosidade do material. Mantendo
os dois últimos fatores constantes, é possível medir a vazão.
Os tipos de elemento primário utilizados são:
- Tubo de Pitot; - Bocal;
- Placa de Orifício; - Tubo de Venturi
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Vazão – Medidores por pressão diferencial
Sensores Analógicos
Placa de Orifício
Tubo de Venturi
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Vazão – Medidores por pressão diferencial
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Vazão – Medidores por pressão diferencial
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Vazão – Medidores por pressão diferencial
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Vazão – Efeito Coriolis
O medidor de Vazão Coriolis é composto por dois tubos (sensor)
em forma de U, postos a vibrar em sentido ortogonal ao escoamento.
Quando o fluido passa pelos tubos, a combinação das velocidades
angular e linear dá origem à aceleração de Coriolis e a força gerada
produz uma torção no tubo proporcional a vazão mássica em
escoamento.
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Vazão – Efeito Coriolis
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Vazão – Efeito Vortex
Quando há uma passagem de fluidos através de um obstáculo,
como por exemplo um cilindro, turbilhões são criados nos dois lados do
obstáculo e fluem percorrendo o tubo. Desta forma, a velocidade é
medida através do número de turbilhões criados pelo obstáculo.
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Instrumentação Industrial
Sensores Analógicos – Vazão – Efeito Vortex
Sensores Analógicos
w
w
w
.i
n
a
te
l.
b
r
Laboratório
Vestimentas:
Laboratório de Automação e Controle 1 (III-1 e III-2)
Vestimenta 1 – Deve cobrir toda a perna 
(calça, saia ou vestido), com mangas nos 
braços (curta ou comprida) e sapato 
fechado.
Sensores Analógicos