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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
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