Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
1 homepage: www.estacio.br Centro Universitário Estácio Radial de São Paulo ENGENHARIA ELÉTRICA TIPOS DE SENSORES E SUAS APLICAÇÕES 2 homepage: www.estacio.br Centro Universitário Estácio Radial de São Paulo PROFESSOR: HELVIO FREGOLENTE JUNIOR. DISCIPLINA: MÁQUINAS ELÉTRICAS E ACIONAMENTOS ALUNOS MATRICULA: . ANTÔNIO WEIMAN PIRES CORTEZ 201301980323 GUSTAVO RUBIN 201308005491 OSMAR DOS SANTOS 201102298727 PAULO JOSÉ DOS SANTOS 201301920291 3 homepage: www.estacio.br Sumário 1. Objetivo .................................................................................................................................. 4 2. Introdução .............................................................................................................................. 4 3. Sensores Capacitivos ............................................................................................................... 4 4. Sensores Indutivos .................................................................................................................. 8 5. Sensores Ópticos ................................................................................................................... 13 5.1 Sensores Ópticos de Barreira .................................................................................................. 14 6. Sensores Ultrassônico ........................................................................................................... 16 7. Chave Seccionadora .............................................................................................................. 18 8. Conclusão ............................................................................................................................. 20 9. Bibliografia ........................................................................................................................... 20 4 homepage: www.estacio.br 1. Objetivo Estudar através de pesquisa a definição de sensores, seus tipos, funcionalidades e aplicações. 2. Introdução Sensores podem ser definido como sendo trandutores que alteram sua característica física devido a um fenômeno físico externo-presença ou não de luz, som, gás, campo elétrico, campo magnético etc. Sua aplicação variam desde o controle de processos até aplicações para segurança de um operador. Portanto, diversos detalhes devem ser levados em consideração durante o processo de especificação do sensor adequado para cada aplicação. 3. Sensores Capacitivos São sensores semelhantes aos de proximidade indutivos, porém sua diferença está exatamente no princípio de funcionamento, o qual baseia-se na mudança da capacitância da placa detector localizada na região denominada face sensível. 3.1 Funcionamento Baseia-se no princípio da mudança de frequência de oscilação de um circuito ressonante com a alteração do valor de capacitância formada pela placa sensível e o ambiente, devido à aproximação de um corpo qualquer. Esta capacitância pode ser alterada pode ser alterada, praticamente por qualquer objeto que se aproxime do campo de atuação do sensor. A mudança de frequência ocasionada pela alteração da capacitância da placa sensível, é enviada a um circuito detector que transforma a variação da frequência em nível de tensão. O circuito trigger, trata de receber o sinal de tensão gerado no detector e transformá-lo em onda quadrada adequada a excitar um circuito de comutação o que já é o suficiente para acionar circuitos externos. 5 homepage: www.estacio.br As modificações do comportamento do oscilador são interpretadas pelo trigger de modo a obter uma saída de sinais ALTO-BAIXO, ou seja, uma onda quadrada, capaz de excitar um circuito de potência, tal como um transistor, obtendo assim uma chave liga-desliga em estado sólido, com condições de efetuar um chaveamento sobre bobinas de reles, pequenos contatores, ou mesmo circuitos lógicos. Todo esse conjunto eletrônico é montado em forma bastante moderna utilizando técnicas avançadas, o qual é alojado em invólucros de plástico ou metálicos e encapsulados com resina de alta densidade, formando um bloco sólido à prova d'água, vibrações e intempéries, podem ser de corrente alternada (AC), corrente continua (DC), com saídas normalmente aberta (NA), normalmente fechadas (NF), ou mesmo a transistor NPN ou PNP facilmente integrado a controladores lógico programáveis (CLP). 3.2 Utilização Os sensores capacitivos são largamente utilizados para a detecção de objetos de natureza metálica ou não, tais como: Madeira, papelão, cerâmica, vidro, plástico, alumínio, laminados ou granulados, pós de natureza mineral como talco, cimento, argila e etc. Os líquidos de maneira geral são ótimos atuadores para os sensores capacitivos, não importando se são condutivos ou não, a viscosidade ou cor. Desta forma excelentes sistemas para controle de níveis máximos e mínimos de líquidos ou sólidos são obtidos com a instalação de um ou dois sensores, mesmo que mergulhados totalmente no produto. Mesmo para outros fins de detecção, tais como contagem de garrafas, caixas, pacotes ou peças o sensor capacitivo dotado de ajuste de sensibilidade é extremamente versátil, resolvendo problemas de automação, de difícil solução com sistemas convencionais. 6 homepage: www.estacio.br 3.3 Vantagens Existem muitas vantagens na sua utilização, porém as principais são: 1. Funcionam em quaisquer condições de ambiente (vide especificações do fabricante). 2. Acionamento sem contato físico (existe uma distância mínima entre o sensor e o dispositivo a ser detectado que é suficiente para comutá-lo). 3. Chaveamento eletrônico totalmente em estado sólido. 4. Alta durabilidade. 5. Manutenção praticamente inexistente. 6. Alta velocidade de comutação. 3.4 Emprego É largamente empregado na indústria em: Máquinas operatrizes, injetoras de plástico, Máquinas para madeira, Máquinas de embalagem, Linhas transportadoras, industrias automobilística, Indústria de frascos de vidro, indústria de medicamentos e etc; e para a solução de problemas gerais de automatização.3.5 Características 3.5.1 Superfície Ativa É a face sensível por onde o campo eletromagnético se espalha, existem basicamente duas maneiras de construir um sensor indutivo levando em consideração a superfícies ativa: 7 homepage: www.estacio.br 3.5.2 Com superfície ativa faceada: Esse tipo de sensor tem a superfície ativa de somente na parte frontal do sensor, o que impede que objetos posicionados na lateral do sensor seja detectado. 3.5.3 Com superfície ativa protuberante: Nesse tipo de sensor a superfície ativa se sobressai ao sensor detectando desta forma objetos tanto frontais como lateralmente ao sensor. Ao especificar o sensor indutivo deve-se atentar qual tipo construção é a mais adequada, já que nem sempre a detecção lateral é desejada. Observe a diferença entre os tipos 3.5.4 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. 8 homepage: www.estacio.br Alguns Fatores de correção são: Cromo Níquel 0,9 x Sn Aço Inox 0,6 x Sn Bronze 0,5 x Sn Alumínio 0,4 x Sn Cobre 0,4 x Sn 3.5.5 Histerese Como sabido histerese é a tendência de um sistema de conservar suas propriedades na ausência de um estímulo, ou seja, um retardo perante o estimulo sofrido, no caso dos sensores indutivos é a diferença (retardo) entre a distância de comutação e a descomutação, a qual pode variar de um sensor para o outro, devendo estar compreendida entre 3 e 15% de Sn. 4. Sensores Indutivos São sensores cujo o princípio de funcionamento está relacionado com sua capacidade de reagir a proximidade de elementos metálicos, esses dispositivos exploram a capacidade dos elementos metálicos de alterar seu campo magnético, ou seja, o sensor indutivo será acionado se um objeto metálico invadir o seu campo magnético. 9 homepage: www.estacio.br 4.1 Funcionamento Sensores de proximidade indutivos são elementos capazes de efetuar um chaveamento elétrico sem que seja preciso algum corpo metálico toca-lo. Conforme mostra o diagrama de blocos, um sensor tem como "coração" um oscilador. Esta oscilação é modificada quando se introduz um objeto metálico dentro do campo magnético da bobina interna do sensor, retornando ao normal quando se retira o objeto. As modificações do comportamento do oscilador são interpretadas pelo trigger de modo a obter uma saída de sinais ALTO-BAIXO, ou seja, uma onda quadrada, capaz de excitar um circuito de potência, tal como um transistor, obtendo assim uma chave liga-desliga em estado sólido, com condições de efetuar um chaveamento sobre bobinas de reles, pequenos contatores, ou mesmo circuitos lógicos. Todo esse conjunto eletrônico é montado em forma bastante moderna utilizando técnicas avançadas, o qual é alojado em invólucros de plástico ou metálicos e encapsulados com resina de alta densidade, formando um bloco sólido à prova d'água, vibrações e intempéries, podem ser de corrente alternada (AC), corrente continua (DC), com saídas normalmente aberta (NA), normalmente fechadas (NF), ou mesmo a transistor NPN ou PNP facilmente integrado a controladores lógico programáveis (CLP). 10 homepage: www.estacio.br 4.2 Utilização Os sensores eletrônicos de proximidade são utilizados largamente em todos os lugares onde as condições de trabalho são extremas, tais como: óleos lubrificantes, óleos solúveis, óleos de corte, vibrações, onde são exigidos altos níveis de vedação e robustez. No caso especifico dos sensores indutivos a necessidade de detecção de metais é o principal motivo de escolha desse tipo de sensor. 4.3 Vantagens 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. 4.4 Emprego É largamente empregado na indústria em: Máquinas operatrizes, Injetoras de plástico, Máquinas para madeira, Máquinas de embalagem, Linhas transportadoras, Industrias automobilística, Indústria de frascos de vidro, indústria de medicamentos e etc.; e para a solução de problemas gerais de automatização. 11 homepage: www.estacio.br 4.5 Características 4.5.1 Superfície Ativa É a face sensível por onde o campo eletromagnético se espalha, existem basicamente duas maneiras de construir um sensor indutivo levando em consideração a superfícies ativa: 4.5.2 Com superfície ativa faceada: Esse tipo de sensor tem a superfície ativa de somente na parte frontal do sensor, o que impede que objetos posicionados na lateral do sensor seja detectado. 4.5.3 Com superfície ativa protuberante: Nesse tipo de sensor a superfície ativa se sobressai ao sensor detectando desta forma objetos tanto frontais como lateralmente ao sensor. Ao especificar o sensor indutivo deve-se atentar qual tipo construção é a mais adequada, já que nem sempre a detecção lateral é desejada. Observe a diferença entre os tipos Distância de Comutação Segura (Sa) 12 homepage: www.estacio.br 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. Alguns Fatores de correção são: Cromo Níquel 0,9 x Sn Aço Inox 0,6 x Sn Bronze 0,5 x Sn Alumínio 0,4 x Sn Cobre 0,4 x Sn 13 homepage: www.estacio.br 4.5.4 Histerese Como sabido histerese é a tendência de um sistema de conservar suas propriedades na ausência de um estímulo, ou seja, um retardo perante o estimulo sofrido, no caso dos sensores indutivos é a diferença (retardo) entre a distância de comutação e a descomutação, a qual pode variar de um sensor para o outro, devendo estar compreendida entre 3 e 15% de Sn. 5. Sensores Ópticos São Sensores cujo funcionamentobaseia-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, 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, e sistemas de segurança, os sensores em geral incluindo os sensores ópticos podem ser encontrados em duas versões PNP, e NPN, já que são em sua grande maioria baseados em transistores, a tensão mais comum entre esses sensores é de 24VDC, padrão no meio industrial e de fácil integração com CLPs (Controladores Lógico Programável), mas 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 mecânicose permite, por exemplo, que a leitura (contagem de peças, etc.) se já feita em movimento, o que garante que o sensoriamento ocorra sem interrupção do processo de fabricação. Os encapsulamentos são os mais diversos, porem o mais comum é o cilíndrico, alguns podem ser vistos na figura. 14 homepage: www.estacio.br 5.1 Sensores Ópticos de Barreira Funcionamento Baseia-se na interrupção ou incidência de um feixe luminoso sobre um fotorreceptora, o qual provoca uma ação (comutação) eletrônica. A emissão de luz é proveniente da emissão de raios infravermelhos em grande parte das aplicações, bem como laser. Para conseguir-se máxima eficiência a luz é modulada ou pulsada a uma frequência máxima de 1,5khz, frequência que será interpretada por um receptor óptico sincronizado a essa frequências o que imuniza o sistema de interferências da recepção luminosa ambiente. É um sistema formado por sensores alinhados: 5.1.1 Aplicações Além das aplicações habituais, como contagem de peças, proteção do operador, etc, o sistema pode trabalhar com emissão de luz visível, para sistemas de alarme tanto em ambientes internos quanto externos, formando uma barreira que ao ser interrompida, pode causar diversos acionamentos no sistema. 15 homepage: www.estacio.br 5.1.2 Funcionamento É um sistema formado pelo dispositivo emissor de luz e dispositivo receptor montados no mesmo conjunto, neste caso o feixe de luz emitido é refletido em uma superfície refletora e retorna ao ponto de origem atingindo o dispositivo receptor que está ao lado do dispositivo emissor. Veja diagrama de blocos: 5.1.3 Aplicações Os tipos refectivos ou por difusão são comumente utilizados onde um espelho ou a própria peça a ser detectada reflete os raios infravermelhos. Evidentemente que as peças não poderão ter suas superfícies opacas, já que prejudicarão a detecção. Os sensores ópticos pelo sistema a de barreira, possuem um alcance maior que os refectivos, chegando a distancias de té 200 metros, enquanto os reflexivos e por difusão a apenas 10 metros. 5.1.4 Sistema por difusão Funcionamento No sistema por difusão, os elementos de emissão e recepção infravermelho estão montados justapostos em um mesmo conjunto óptico, direcionados para a face sensível do sensor,. Os raios infravermelhos emitidos pelo transmissor, refletem sobre a superfície de um objeto e retornam em direção do receptor, a uma distância determinada (distância de comutação), que provoca o chaveamento eletrônico, desde que o objeto possua uma superfície não totalmente fosca e permita a reflexão Veja diagrama de Blocos 16 homepage: www.estacio.br 5.1.5 Sistema por difração Funcionamento Neste sistema os elementos de emissão e recepção infravermelho estão montados justapostos assim como o de difusão em um único conjunto óptico, direcionados para um prisma, o feixe de luz retorna em direção do receptor. Quando este prisma, por exemplo, é mergulhado em qualquer liquido translúcido, os raios infravermelhos se dispersam, desviando assim a sua trajetória ocasionando uma comutação eletrônica. Veja o diagrama de blocos: 6. Sensores Ultrassônico Um sensor ultrassônico é um dispositivo que utiliza alta frequência de som para medir a distância entre itens determinados. Estes sensores são também conhecidos como transceptores, e são capazes de operar semelhante ao sonar. Enquanto o sonar é principalmente utilizado debaixo da água, os transceptores de ultrassom podem ser utilizados no ambiente terrestre, tendo o ar como meio de transmissão. Os sensores de ondas ultrassônicas são comuns em aplicações industriais e médicas, além de outras aplicações. 17 homepage: www.estacio.br Este tipo de sensor consiste tipicamente de uma unidade de transceptor único, que é capaz de emitir e detectar o som. Este dispositivo cria um pulso sonoro que está além da faixa de audição do ouvido humano. A maioria dos objetos sólidos é capaz de refletir ondas sonoras. O transceptor utiliza um temporizador para determinar com precisão quanto tempo um pulso ultrassônico leva para “saltar” em um objeto, e retornar à unidade. Um tipo de sensor de grande utilidade em automação, seja no sensoriamento de obstáculos para robô, de objetos em linhas de montagem (unidades fabris automobilísticas), basicamente é o sensor ultrassônico. Ele não precisa de contato físico com o objeto ou ainda de propriedades especiais desse produto, já que ele não só detecta sua presença, bem como ainda tem recursos para determinar qual é à distância em que ele se encontra. Além do mais, o princípio de funcionamento dos mesmos está baseado na emissão de uma onda sonora de alta frequência, e na medição do tempo levado para a recepção do eco produzido quando esta onda se choca com um objeto que seja capaz de refletir o som. Eles emitem pulsos ultrassônicos ciclicamente. Na verdade, quando um objeto reflete estes pulsos, o resultado será um eco recebido e convertido em um sinal elétrico Uma onda de som geralmente percorre a uma velocidade conhecida. Em condições de temperatura do ar ideais, está velocidade é de cerca de 1126 pés (343 metros) por segundo. Quando, tanto a velocidade como o tempo de pulsos de ultrassom são conhecidos, a distância de um objeto que reflete esta grandeza pode ser estimada utilizando cálculos matemáticos básicos. Se um sensor ultrassônico emite um pulso e recebe o sinal refletido um décimo de segundo mais tarde, por exemplo, o objeto está a cerca de 112 pés de distância, equivalente a 34 metros. Um sensor de ultrassom nem sempre é preciso, no entanto, vários fatores podem degradar a capacidade de um sensor para medir a distância com precisão. A velocidade do som não é constante, mas pode variar dependendo da temperatura e da umidade do ar. Isto significa que a condição muito quente ou muito fria pode fazer um sensor ultrassônico ineficaz. Os objetos refletem as ondas sonoras de diferentes maneiras. Alguns materiais, tais como metal, refletem o som de forma muitosatisfatória. Os materiais macios incluindo tecidos de pelúcia, muitas vezes absorvem as ondas sonoras. A precisão deste tipo de sensor pode ser influenciada pelo tipo de objeto a ser detectado. 18 homepage: www.estacio.br Os sensores de ultrassom possuem muitas aplicações. Diversas máquinas industriais frequentemente utilizam estes modelos de sensores para detectar a presença de um objeto em uma fábrica automatizada. As máquinas projetadas para aplicar rótulos de garrafas, por exemplo, podem utilizar métodos de ultrassom para determinar quando um produto está no lugar e pronto para ser carimbado. As instalações de segurança também são capazes de utilizar sensores ultrassônicos para detectar a presença de uma pessoa não autorizada no ambiente. Estes sensores podem ser utilizados para criar uma “cerca virtual” em torno de uma zona de segurança. As instalações médicas costumam utilizar sensores ultrassônicos em diversos processos. Os sensores utilizados são mais precisos do que a maioria dos dispositivos industriais, porém, operam utilizando o mesmo princípio. A imagem ultrassônica utiliza pulsos de alta frequência para detectar objetos sólidos e espaços abertos. Um transceptor ligado a um computador é capaz de criar uma imagem que mostra estas áreas de formas diferentes, e podem ser utilizadas por profissionais médicos para visualizar áreas dentro do corpo humano. 7. Chave Seccionadora Muitos sistemas elétricos para estruturas maiores, como de prédios e instalações industriais, também têm um interruptor de desconexão. Equipamentos elétricos e eletrônicos - Importância da reciclagem Fabricantes e clientes são responsáveis pela reciclagem de equipamentos elétricos e eletrônicos. 19 homepage: www.estacio.br Uma chave seccionadora é um interruptor de desativação que tem a capacidade e interromper a energia para um circuito elétrico ou a um grupo de circuitos elétricos. As chaves seccionadoras, também chamas de interruptores de desconexão, são usadas em uma grande variedade de configurações, e são empregadas como dispositivos de segurança que desenergizam circuitos para que as pessoas possam trabalhar com eles de forma segura. Os dispositivos de segurança elétricos são tão úteis quanto a sua manutenção e os procedimentos de segurança em torno, e um interruptor de desativação deve ser utilizado apropriadamente, a fim de ser eficaz. Um exemplo comum de um cenário em que esses interruptores são usados está na distribuição de energia. A chave seccionadora pode ser aproveitada para gerenciar a rede de distribuição, para mudar cargas em toda a rede, para interromper a energia enquanto a manutenção ocorre e para desligar uma área da rede se uma ameaça à segurança surge. Um interruptor de desconexão é geralmente usado com um sistema de bloqueio, em que o interruptor é bloqueado após ser ativado, de modo que ele não possa ser acidentalmente ligado novamente. Muitos sistemas elétricos para estruturas maiores, como de prédios e instalações industriais, também têm um interruptor de desconexão. Neste caso, a chave pode ser usada para interromper o fornecimento de energia em caso de emergência, reduzindo a voltagem para alternar para outro modo de voltagem, e desligar o sistema para manutenção. Mais uma vez, os sistemas de bloqueio são fortemente recomendados quando se pretende cessar o fornecimento de eletricidade a um circuito em um momento inoportuno. Interruptores de desconexão são concebidos para operação manual, na maioria dos casos. Alguns podem exigir uma chave à prova de falhas ou algo similar, a fim de confirmar que um usuário realmente quer ativar o interruptor. Outros sistemas servem com a finalidade de gerenciar problemas de segurança, conforme o observado quando um pico de potência 20 homepage: www.estacio.br representa uma ameaça para a segurança, então, o sistema é desligado automaticamente. Nestes casos, as pessoas têm de esperar para que o sistema reinicie antes de fazer o backup novamente. Várias empresas fabricam modelos de chaves seccionadoras para uma série de aplicações. Ao instalar um tipo de dispositivo de desativação como este, é importante para confirmar se ele é adequado para a aplicação em que vai ser utilizado. Se o interruptor não atender aos requisitos de classificação, pode representar um risco de segurança, porque ele não será capaz de lidar com o gerenciamento de energia de forma adequada e precisa. 8. Conclusão Através desta pesquisa fora possível adquirimos conhecimento sobre os principais tipos de sensores e seccionador, como suas características, aplicações e relação de vantagens em seu emprego. 9. Bibliografia http://denisensor.com/blog/o-que-sao-sensores-fotoeletrico-ou-optico-e-suas-aplicacoes http://denisensor.com/blog/o-que-sao-sensores-fotoeletrico-ou-optico-e-suas-aplicacoes https://pt.wikipedia.org/wiki/ http://mecaweb.com.br/eletronica/content/e_sensor_indutivo https://www.citisystems.com.br/sensor-indutivo/ http://www.adororobotica.com/Sensores.pdf https://www.citisystems.com.br/sensor-capacitivo/ RAMOS, Ana Rita; CHAGAS, Angela; COSTA, Joana; BRAZ, Samuel. Equipamentos de proteção e manobra - Treinamento Operacional Aes Eletropaulo.(junho,2007). SENAI/SP. Apostila de sensores. Extraído de do site http://intranet.sp.senai.br/ http://www.automatizesensores.com.br/ultrasonicos.html https://www.mecanicaindustrial.com.br/598-o-que-e-um-sensor-ultrassonico/ https://www.citisystems.com.br/sensor-ultrassonico/ http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAC_IAI/trabalho-sobre-sensor-ultrsonico http://www.mecaweb.com.br/eletronica/content/e_sensor_optico http://www.ebah.com.br/content/ABAAABHwwAB/sensores-opticos www.bosh.com.br www.ene.unb.br/ www.patentesonline.com.br/varal-eletronico-com-sensor-de -umidade-102032.html https://pt.linkedin.com/pulse/chaves-seccionadoras-o-que-s%C3%A3o-quais-os-tipos-marcelo- http://www.abraman.org.br/arquivos/34/34.pdf https://planetamecanica.wordpress.com/2012/05/15/sensores-industriais/
Compartilhar