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Apostila de Instrumentação Industrial - Senai

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Universidade do Sul de Santa Catarina – UNISUL 
Curso: Tecnólogo em Eletroeletrônica 
Disciplina: Instrumentação Industrial 
Semestre curricular: 2005/A 
Professor: Edcarlo da Conceição 
 
 
 
 
 
 
Apostila Instrumentação industrial 
 
 
 
 
 
Tubarão, Fevereiro de 2005. 
 
 
 
Revisão 2 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 2
1 - Introdução à Instrumentação 
 
INSTRUMENTAÇÃO é a ciência que aplica e desenvolve técnicas para 
adequação de instrumentos de medição, transmissão, indicação, registro e controle de 
variáveis físicas em equipamentos nos processos industriais. 
Nas indústrias de processos tais como siderúrgica, petroquímica, alimentícia, 
papel, etc.; a instrumentação é responsável pelo rendimento máximo de um processo, 
fazendo com que toda energia cedida, seja transformada em trabalho na elaboração do 
produto desejado. As principais grandezas que traduzem transferências de energia no 
processo são: PRESSÃO, NÍVEL, VAZÃO, TEMPERATURA; as quais denominamos de 
variáveis de um processo. 
 
1.1 - Classificação de Instrumentos de Medição 
 
Existem vários métodos de classificação de instrumentos de medição. Dentre os 
quais podemos ter: 
 
Classificação por: 
• função 
• sinal transmitido ou suprimento 
• tipo de sinal 
 
1.2 - Classificação por Função 
 
Conforme será visto posteriormente, os instrumentos podem estar interligados 
entre si para realizar uma determinada tarefa nos processos industriais. A associação 
desses instrumentos chama-se malha e em uma malha cada instrumento executa uma 
função. 
Os instrumentos que podem compor uma malha são então classificados por 
função cuja descrição sucinta pode ser liga na tabela abaixo. 
INSTRUMENTO DEFINIÇÃO 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 3
1.3 - Funções de Instrumentos 
 
Podemos denominar os instrumentos e dispositivos utilizados em instrumentação 
de acordo com a função que desempenham no processo. 
 
Indicador: Instrumento que dispõe de um ponteiro e de uma escala graduada na 
qual podemos ler o valor da variável. Existem, também, os indicadores digitais que 
mostram a variável em forma numérica com dígitos ou barras gráficas. A figura 1.3 
ilustra dois tipos de indicadores. 
 
Figura 1.3 – Tipos de indicadores analógico e digital 
 
Registrador: Instrumento que registra a traço contínuo ou pontos em um gráfico. 
Alguns destes registradores podem ser vistos na figura 1.4. 
Figura 1.4 – Alguns tipos de registradores 
 
Transmissor: Instrumento que determina o valor de uma variável no processo 
através de um elemento primário, tendo o mesmo sinal de saída (pneumático ou 
eletrônico) cujo valor varia apenas em função da variável do processo. A figura 1.5 
mostra alguns transmissores típicos. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 4
 
Figura 1.5 – Transmissores de pressão diferencial e de temperatura 
 
Transdutor: Instrumento que recebe informações na forma de uma ou mais 
quantidades físicas, modifica, caso necessário, estas informações e fornece um sinal de 
saída resultante. Dependendo da aplicação, o transdutor pode ser um elemento 
primário, um transmissor ou outro dispositivo. O conversor é um tipo de transdutor que 
trabalha apenas com sinais de entrada e saída padronizados. 
 
Figura 1.6 – Tipos de transdutores 
 
Controlador: Instrumento que compara a variável controlada com um valor 
desejado e fornece um sinal de saída a fim de manter a variável controlada em um valor 
específico ou entre valores determinados. A variável pode ser medida diretamente pelo 
controlador ou indiretamente através do sinal de um transmissor ou transdutor. 
 
Figura 1.7 – Alguns tipos de controladores 
 
Elemento Final de Controle: Instrumento que modifica diretamente o valor da 
variável manipulada de uma malha de controle. 
 
Figura 1.8 – Elementos finais de controle 
 
 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 5
 
1.4.1. Transmissores 
 
Os transmissores são instrumentos que medem uma variável do processo e a 
transmitem, à distância, a um instrumento receptor, indicador, registrador, controlador ou 
a uma combinação destes. 
Existem vários tipos de sinais de transmissão: pneumáticos, elétricos, hidráulicos 
e eletrônicos. 
 
1.4.1.1. Transmissão Pneumática 
 
Em geral, os transmissores pneumáticos geram um sinal pneumático variável, 
linear, de 3 a 15 psi (libras força por polegada ao quadrado) para uma faixa de medidas 
de 0 a 100 % da variável. Esta faixa de transmissão foi adotada pela SAMA (Scientific 
Apparatur Makers Association), Associação de Fabricantes de Instrumentos, e pela 
maioria dos fabricantes de transmissores e controladores dos Estados Unidos. 
Podemos, entretanto, encontrar transmissores com outras faixas de sinais de 
transmissão. Por exemplo: de 20 a 100 kPa. 
 
Nos países que utilizam o sistema métrico decimal, utilizam-se as faixas de 
0,2 a 1kgf/cm2 que equivalem, aproximadamente, de 3 a 15 psi. 
O alcance do sinal no sistema métrico é, aproximadamente, 5 % menor que o 
sinal de 3 a 15 psi. Este é um dos motivos pelos quais devemos calibrar os instrumentos 
de uma malha (transmissor, controlador, elemento final de controle, etc.) sempre 
utilizando uma mesma norma. 
Note que o valor mínimo do sinal pneumático também não é zero, e sim, 3 psi ou 
0,2 kgf/cm2. Deste modo, conseguimos calibrar corretamente o instrumento, 
comprovando sua correta calibração e detectando vazamentos de ar nas linhas de 
transmissão. 
Percebe-se que, se tivéssemos um transmissor pneumático de temperatura de 
range de 0 a 200°C e o mesmo tivesse com o bulbo a 0°C e um sinal de saída de 1 psi, 
este estaria descalibrado. 
Se o valor mínimo de saída fosse 0 psi, não seria possível fazermos esta 
comparação rapidamente. Para que pudéssemos detectá-lo, teríamos de esperar um 
aumento de temperatura para que tivéssemos um sinal de saída maior que 0 (o qual 
seria incorreto). 
 
1.4.1.2. Transmissão Eletrônica 
 
Os transmissores eletrônicos geram vários tipos de sinais em painéis, sendo os 
mais utilizados: 4 a 20 mA, 10 a 50 mA e 1 a 5 V. Temos estas discrepâncias nos sinais 
de saída entre diferentes fabricantes, porque estes instrumentos estão preparados para 
uma fácil mudança do seu sinal de saída. 
 
A relação de 4 a 20 mA, 1 a 5 V está na mesma relação de um sinal de 3 a 15 psi 
de um sinal pneumático. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 6
O "zero vivo" utilizado, quando adotamos o valor mínimo de 4 mA, oferece a 
vantagem também de podermos detectar uma avaria (rompimento dos fios, por 
exemplo), que provoca a queda do sinal, quando ele está em seu valor mínimo. 
 
1.4.1.3. Protocolo HART (Highway Adress Remote Transducer) 
 
É um sistema que combina o padrão 4 a 20 mA com a comunicação digital. É um 
sistema a dois fios com taxa de comunicação de 1200 bits/s (BPS) e modulação FSK 
(Frequency Shift Keying). O Hart é baseado no sistema mestre escravo, permitindo a 
existência de dois mestres na rede simultaneamente. 
 
As vantagens do protocolo Hart são as seguintes: 
 
· Usa o mesmo par de cabos para o 4 a 20 mA e para a comunicação digital. 
· Usa o mesmo tipo de cabo utilizado na instrumentação analógica. 
· Disponibilidade de equipamentos de vários fabricantes. 
 
As desvantagens são que existe uma limitação quanto à velocidade de 
transmissão das informações e a falta de economia de cabeamento (precisa-se de um 
par de fios para cada instrumento). 
 
1.4.1.4. Fieldbus 
 
É um sistema de comunicação digital bidirecional, que interligaequipamentos 
inteligentes de campo com o sistema de controle ou com equipamentos localizados na 
sala de controle, conforme mostra a Figura 1.10. 
 
Este padrão permite comunicação entre uma variedade de equipamentos, tais 
como: transmissores, válvulas, controladores, CLPs, etc. Estes podem ser de 
fabricantes diferentes (Interoperabilidade) e ter controle distribuído (cada instrumento 
tem a capacidade de processar um sinal recebido e enviar informações a outros 
instrumentos para correção de uma variável: pressão, vazão, temperatura, etc.). 
Uma grande vantagem é a redução do número de cabos do controlador aos 
instrumentos de campo, ou seja, apenas um par de fios é o suficiente para a interligação 
de uma rede fieldbus. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 7
 
Figura 1.10 – Sistema Fieldbus 
 
 
1.5 - Sensores 
 
Os sensores são transdutores eletrônicos que geram um sinal de saída quando 
um objeto é introduzido em seu campo de atuação. 
Os sensores surgiram para auxiliar nas automatizações de máquinas e 
equipamentos, substituindo as chaves de acionamento mecânico dando maior 
versatilidade e durabilidade às aplicações. 
 
1.6 - Tipos de Sensores 
 
- Indutivos 
- Capacitivos 
- Magnéticos 
- Fotoelétricos 
- Ultra-sônicos 
- Laser 
 
2- Sensores de Proximidade Indutivo 
 
Os sensores de proximidade indutivos são equipamentos eletrônicos capazes de 
detectar a proximação de peças, componentes, elementos de máquinas, etc, em 
substituição as 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. 
 Os sensores Indutivos são sensores de proximidade, ou seja, geram um sinal de 
saída quando um objeto metálico (aço, alumínio, cobre, latão, etc) entra na sua área de 
detecção, vindo de qualquer direção, sem que seja necessário o contato físico. 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 8
 2.1 - Princípio de Funcionamento 
 
 
 
Figura 1 - Sensor de proximidade indutivo 
 
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 (Foucault), absorve a energia do campo, diminuindo a 
amplitude do sinal gerado no oscilador. 
 
A variação de amplitude deste sinal é convertida em uma variação contínua que 
comparada com um valor padrão, passa a atuar no estágio de saída. 
 2.2 - Face Sensora 
 
É a superfície onde emerge o campo eletromagnético. 
 
2.3 - Distância Sensora (S) 
 
É à distância em que se aproximando o acionador da face sensora, o sensor 
muda o estado da saída. 
 
2.4 - Distância de Acionamento 
 
À distância de acionamento é função do tamanho da bobina. Assim, não 
podemos especificar a distância sensora e o tamanho do sensor simultaneamente. 
 
2.5 - Distância Sensora Nominal (Sn) 
 
É à distância sensora teórica, a qual utiliza um alvo padrão como acionador e não 
considera as variações causadas pela industrialização temperatura de operação e 
tensão de alimentação. E o valor em que os sensores de proximidade são 
especificados. 
 
Como utiliza o alvo padrão metálico, a distância sensora nominal informa também 
a máxima distância que o sensor pode operar. 
 
 2.6 - Distância Sensora Real 
 
Valor influenciado pela industrialização, especificado em temperatura ambiente 
(20o C) e tensão nominal, desvio de 10%: 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 9
 
2.7 - Distância Sensora Efetiva 
 
Valor influenciado pela temp. de operação, possui um desvio máximo de 10% 
sobre a distância sensora real. 
 
2.8 - Distância Sensora Operacional (Sa) 
 
É à distância em que seguramente pode-se operar, considerando-se todas as 
variações de industrialização, temperatura e tensão de alimentação. 
 
 2.9 - Alvo Padrão (Norma DIN 50010) 
 
É um acionador normalizado utilizado para calibrar a distância sensora nominal 
durante o processo de fabricação do sensor. Consiste de uma chapa de aço de um mm 
de espessura, formato quadrado. 0 lado deste quadrado é iqual ao diâmetro do circulo 
da face sensora ou 3 vezes a distância sensora nominal quando o resultado for maior 
que o anterior. 
 
 2.10 - Material do Acionador 
 
À distância sensora operacional varia ainda com o tipo de metal, ou seja, é 
especificada para o ferro ou aço e necessita ser multiplicada por um fator de redução. 
 
Material Fator 
Aço (St 37) 1 
Latão 0,35 0,5 
Cobre 0,25...0,45 
Alumínio 0,35...0,50 
Aço inoxidável 0,6...1 
 
2.11 - Histerese 
 
É a diferença entre o ponto de acionamento (quando o alvo metálico aproxima-se 
da face sensora) e o ponto de desacionamento (quando o alvo afasta-se do sensor). 
Este valor é importante, pois garante uma diferença entre o ponto de acionamento e 
desacionamento, evitando que em uma possível vibração do sensor ou acionador, a 
saída oscile. 
 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 10
Figura 2 - Histerese em sensores 
 
 
2.12 - Embutido (blindado) 
 
Este tipo de sensor tem o campo eletromagnético emergindo apenas na face 
sensora e permite que seja montado em uma superfície metálica. 
 
2.13 - Não embutido (não blindado) 
 
Neste tipo o campo eletromagnético emerge também na superfície lateral da face 
sensora, sensível a presença de metal ao seu redor. 
 
 
 
 
Figura 3 - Sensores embutido (direita) e não embutido (esquerda) 
 
2.14 - Freqüência de Comutação 
 
A freqüência de comutação é o máximo número de acionamentos por segundo 
(Hz). 
 
 
Figura 4 - Freqüência de comutação 
 
2.15 - Aplicações 
 
Os sensores indutivos substituem com muitas vantagens as chaves fim de curso. 
Abaixo visuliza-se algumas das aplicações. 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 11
 
 Posição por cames controle de rotação e sentido 
 
 
 Controle por transfer controlde de posição 
 
 
controle do número de peças posição de comportas 
 
Figura 5 - Algumas das aplicações dos sensores indutivos 
 
2.16 - Vantagens 
 
- Funcionam em condições ambientais extremas. 
- Acionamento sem contato físico. 
- Saída em estado sólido. (PNP ou NPN). 
- Alta durabilidade quando bem aplicado. 
 
3 - SENSORES DE PROXIMIDADE CAPACITIVOS 
 
Os sensores de proximidade capacitivos são equipamentos eletrônicos capazes 
de detectar a presença ou aproximação de materiais orgânicos, plásticos, pós, líquidos, 
madeiras, papéis, metais, etc. 
Os sensores Capacitivos são semelhantes aos Indutivos, porém sua diferença 
básica é exatamente no princípio de funcionamento, o qual baseia-se na mudança da 
capacitância da placa detectora localizada na região denominada face sensível do 
sensor. 
Estes sensores podem detectar praticamente qualquer tipo de material, por 
exemplo, Metais, madeira, plásticos, vidros, granulados, pós-minerais tipo cimento, 
talco, etc. Os líquidos de maneira geral são ótimos acionadores para os sensores 
capacitivos. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 12
 
 
 3.1 - Principio de Funcionamento 
 
O princípio de funcionamento baseia-se na geração de um campo elétrico, 
desenvolvido por um oscilador controlado por capacitor. 
O capacitor é formado por duas placas metálicas, carregadas com cargas 
elétricas opostas, montadas na face sensora, de forma a projetar o campo elétrico para 
fora do sensor, formando destaforma um capacitor que possui como dielétrico o ar. 
 
 
 
Figura 6 - Princípio de funcionamento 
 
Quando um material aproxima-se da face sensora, ou seja, do campo elétrico o 
dielétrico do meio se altera, alterando também o dielétrico do capacitor frontal do sensor. 
Como o oscilador do sensor é controlado pelo capacitor frontal, quando aproximamos 
um material a capacitância também se altera, provocando uma mudança no circuito 
oscilador. Esta variação é convertida em um sinal contínuo que comparado com um 
valor padrão passa a atuar no estágio de saída. 
 
 
 
 
 
Figura 7- Diagrama em blocos dos elementos do sensor 
 
3.2 - Face sensora 
 
É a superfície onde emerge o campo elétrico. É importante notar que os modelos 
não embutidos, com região sensora lateral, são sensíveis aos materiais a sua volta. 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 13
 
 
Figura 8 - Face sensora do embutido e do não embutido 
 
 
3.3 - Distância Sensora Nominal(Sn) 
 
É à distância sensora teórica a qual utiliza um alvo padrão como acionador e não 
considera as variações causadas pela industrialização temperatura de operação e 
tensão de alimentação. E a distância em que os sensores são especificados. 
3.4 - Alvo Padrão 
 
À distância sensora nos capacitivos são especificados para o acionador metálico 
de aço SAE 1020 quadrado, com lado igual a três vezes a distância sensora para os 
modelos não embutidos (na grande maioria) e em alguns poucos casos de sensores 
capacitivos embutidos utiliza-se o lado do quadrado igual ao diâmetro do sensor. 
 
 
3.5 - Distância Sensora Efetiva (Su) 
 
Valor influenciado pela industrialização e considera as variações causadas pela 
temperatura de operação. 
 
 
3.6 - Distância Sensora Operacional (Sa) 
 
É a distância que observamos na prática, sendo considerados os fatores de 
industrialização (81% Sn) e um fator que é proporcional ao dielétrico do material a ser 
detectado, pois o sensor capacitivo reduz sua distância quanto menor o dielétrico do 
acionador. 
 
 
Sa = 0,81 . Sn . F(εr) 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 14
 
3.7 - Material a ser Detectado 
 
A tabela abaixo indica o dielétrico dos principais materiais, para efeito de 
comparação; sendo indicado sempre um teste prático para determinação da distância 
sensora efetiva para o acionador utilizado. Deve-se, no entanto considerar que em caso 
de materiais orgânicos deve-se considerar a que a distância de detecção está 
fortemente influenciada pela presença de água. 
 
 
 
 
Material 
εεεεr 
ar, vácuo 1 
óleo, papel, petróleo, poliuretano, parafina, 
silicone, teflon 
2 a 3 
araldite, baquelite, quartzo, madeiras 3 a 4 
vidro, papel grosso, borracha, porcelana 4 a 5 
mármore, pedras, madeiras pesadas 6 a 8 
álcool 26 
água 80 
 
3.8 - Ajuste de sensibilidade 
 
O ajuste de sensibilidade presta-se principalmente para diminuir a influência do 
acionamento lateral no sensor, diminuindo-se a distância sensora. Permite ainda que se 
detecte alguns materiais dentro de outros, como por exemplo: Iíquidos dentro de 
garrafas ou reservatórios com visores de vidro, pós dentro de embalagens, ou fluidos 
em canos ou mangueiras plásticas. 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 15
 
Figura 9 – Ajuste de sensibilidade 
 
Deve se tomar em conta de que existe a possibilidade de que se o detector está 
regulado de maneira muito sensível, que este seja influenciado por uma modificação do 
meio (temperatura, umidades, ou poluição). 
 
3.9 - Aplicações 
 
Pode-se destacar que os sensores capacitivos são mais versáteis do que os 
indutivos, porem podemos ressaltar que são mais sensível a perturbações externas o 
que torna mais atraente usar os sensores indutivos se existem metais a serem 
detectados. 
 
 
 
 Controle de nível detecção de ruptura de fio 
 
sinalização de corte de esteira controle de nível de garrafas 
 
controle de tensão em esteira Contador e controle de nível 
 
Figura 10 - Aplicações de sensores capacitivos 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 16
3.10 - Vantagens 
 
- Detectam praticamente todos os tipos de materiais. 
- Acionamento sem contato físico. 
- Saída em estado sólido. 
- Alta durabilidade quando bem aplicado. 
 
4 - SENSORES ÓTICOS 
 
Os sensores fotoelétricos, também conhecidos por sensores ópticos, manipulam 
a luz de forma a detectar a presença do acionador, que na maioria das aplicações é o 
próprio produto. 
 
4.1 - Princípio de Funcionamento 
 
Baseiam-se na transmissão e recepção de luz infravermelha (invisível ao ser 
humano), que pode ser refletida ou interrompida por um objeto a ser detectado. 
Os fotoelétricos são compostos por dois circuitos básicos: um responsável pela 
emissão do feixe de luz, denominado transmissor e outro responsável pela recepção do 
feixe de luz, denominado receptor. 
Os Sensores Ópticos funcionam pelo princípio de emissão e recepção de feixes 
de luz modulada e são divididos em 3 princípios distintos: Sistema por Óticas alinhadas, 
Difusão e Sistema Reflectivo. 
 
 
 
Figura 11 - Princípio de funcionamento dos sensores fotoelétricos 
 
O transmissor envia o feixe de luz através de um fotodiodo, que emite flashes, 
com alta potência e curta duração, para evitar que o receptor confunda a luz emitida 
pelo transmissor com a iluminação ambiente. 
 
O receptor é composto por um fototransistor sensível a luz, que em conjunto com 
um filtro sintonizado na mesma freqüência de pulsação dos flashes do transmissor, faz 
com que o receptor compreenda somente a luz vinda do transmissor. 
4.2 - Sistema por Barreira 
 
O transmissor e o receptor estão em unidades distintas e devem ser dispostos um 
frente ao outro, de modo que o receptor possa constantemente receber a luz do 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 17
transmissor. O acionamento da saída ocorrerá quando o objeto a ser detectado 
interromper o feixe de luz. 
 
 
 
Figura 12 - Sistema por barreira 
 
 
 
4.2.1 - Distância Sensora Nominal(Sn) 
 
À distância sensora nominal (Sn) para o sistema por barreira é especificada como 
sendo a máxima distância entre o transmissor e o receptor, o que não impede o 
conjunto de operar com distâncias menores. 
 
 
 
4.2.2 - Dimensões Mínimas do Objeto 
 
Quando um objeto possui dimensões menores que as mínimas recomendadas, o 
feixe de luz contorna o objeto e atinge o receptor, que não acusa o acionamento. Nestes 
casos devem-se utilizar sensores com distância sensora menor e conseqüentemente 
permitem a detecção de objetos menores. 
 
 
 
Figura 13 - Dimensão insuficiente para ser detectada 
 
4.3 - Sistema por Difusão Óptica (Fotosensor) 
 
Neste sistema o transmissor e o receptor são montados na mesma unidade. 
Sendo que o acionamento da saída ocorre quando a objeto a ser detectado entra na 
região de sensibilidade e reflete para o receptor o feixe de luz emitido pelo transmissor. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 18
 
 
 
Figura 14 - Sistema por difusão 
 
 
4.3.1 - Sistema por Difusão Óptica Convergente 
 
Neste princípio o sensor tem seu funcionamento análogo ao princípio Difuso, 
diferenciando-se por possuir um ponto focal, sendo, portanto muito mais preciso. 
 
Figura 15 - Sistema por difusão convergente 
 
4.3.2 - Sistema por Difusão Óptica Campo Fixo ( fixed-field ) 
 
Semelhante ao princípio convergente, por possuirtambém um único ponto focal, 
diferencia-se por executar a função de supressão ao plano de fundo. 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 19
 
 
Figura 16 - Sistema por difusão campo fixo 
 
4.3.3 - Distância Sensora Nominal (Sn) 
 
À distância sensora nominal no sistema por difusão é a máxima distância entre o 
sensor e o alvo padrão. 
 
 
4.3.4 - Alvo Padrão 
 
O alvo padrão no caso dos sensores por difusão é uma folha de papel fotográfico 
branco com índice de refletividade de 90%, com dimensões especificadas para cada 
modelo de sensor. Utilizado durante a industrialização para calibração da distância 
sensora nominal (Sn). 
 
 
 
4.3.5 - Distância Sensora Efetiva (Su) 
 
Valor influenciado pela industrialização e considera as variações causadas pela 
temperatura de operação. 
 
4.3.6 - Distância Sensora Operacional (Sa) 
 
Para os modelos tipo fotosensor existem vários fatores que influenciam o valor da 
distância sensora operacional (Sa), explicados pelas leis de reflexão de luz da física. 
 
Sa = 0,81 . Sn . FC (cor, material, rugosidade, outros) 
 
Abaixo apresentamos duas tabelas que exemplificam os fatores de redução em 
função da cor e do material do objeto a ser detectado. 
 
Cor FC Material Fc 
branco 0,95 a 1 metal polido 1,20 a 1,80 
amarelo 0,90 a0,95 metal usinado 0,95 a 1,00 
verde 0,80 a 0,90 papeis 0,95 a 1,00 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 20
vermelho 0,70 a 0,80 madeira 0,70 a 0,80 
azul claro 0,60 a 0,70 borracha 0,40 a 0,70 
violeta 0,50 a 0,60 papelão 0,50 a 0,60 
preto 0,20 0,50 pano 0,50 a 0,60 
 
Nota: Em casos onde há a necessidade da determinação exata do fator de 
redução deve-se fazer um teste prático, pois outros fatores podem 
influenciar a distância sensora, tais como: rugosidade, tonalidade, cor, 
dimensões, etc. Lembramos também que os fatores são acumulativos, como 
por exemplo: papelão (0,5) preto (0,5) gera um fator de 0,25. 
 
4.3.7 -Zona Morta 
 
É a área próxima ao sensor, onde não é possível a detecção do objeto, pois 
nesta região não existe um ângulo de reflexão da luz que chegue ao receptor. A zona 
morta normalmente é dada por: 10 a 20% de Sn. 
 
 
Figura 17 - Zona morta onde não ha detecção 
 
4.4 - Sistema Refletivo 
 
Este sistema apresenta o transmissor e o receptor em uma única unidade. O feixe 
de luz chega ao receptor somente após ser refletido por um espelho prismático, e o 
acionamento da saída ocorrerá quando o objeto a ser detectado interromper este feixe. 
 
Figura 18 - Sistema refletivo 
 
 
 4.4.1- Distância Sensora Nominal(Sn) 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 21
À distância sensora nominal (Sn) para o sistema refletivo é especificada como 
sendo a máxima distância entre o sensor e o espelho prismático, sendo possível montá-
los com distância menor. Disponíveis para até 10m. 
 
 
4.4.2 - Espelho Prismático 
 
O espelho permite que o feixe de luz refletido para o receptor seja paralelo ao 
feixe transmitido pelo transmissor, devido às superfícies inclinadas a 45º o que não 
acontece quando a luz é refletida diretamente por um objeto, onde a luz se espalha em 
vários ângulos. À distância sensora para os modelos refletivos é função do tamanho 
(área de reflexão) e o tipo de espelho prismático utilizados. 
 
 
 
 Figura 19 - Funcionamento do espelho prismático 
 
 
 
 
 4.4.3 - Detecção de Transparentes 
 
A detecção de objetos transparentes, tais como: garrafas de vidro, vidros planos, 
etc; podem ser detectados com a angulação do feixe em relação ao objeto, ou através 
de potenciômetros de ajuste de sensibilidade, mas sempre se aconselha um teste 
prático. A detecção de garrafas plásticas tipo PET, requerem sensores especiais para 
esta finalidade. 
 
 
 
Figura 20 - Detecção de transparentes 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 22
4.4.4 - Detecção de Objetos Brilhantes 
 
Quando o sistema refletivo for utilizado na detecção de objetos brilhantes ou com 
superfícies polidas, tais como: engradados plásticos para vasilhames, etiquetas 
brilhantes, etc; cuidados especiais devem ser tomados, pois o objeto neste caso pode 
refletir o feixe de luz. Atuando assim, como se fosse o espelho prismático, ocasionando 
a não interrupção do feixe, confundindo o receptor que não aciona a saída, ocasionando 
uma falha de detecção, para se prevenir aconselha-se utilizar um dos métodos: 
 
4.4.4.1 - Montagem Angular 
 
Consiste em montar o sistema sensor espelho de forma que o feixe de luz forme 
um ângulo de 10O a 30O em relação ao eixo perpendicular ao objeto. 
 
 
 
 
Figura 21 - Opção para detecção de objetos brilhantes 
 
 
 
 
 
4.4.4.2 - Filtro Polarizado 
 
Existem sensores com filtros polarizados incorporados, que dispensam o 
procedimento anterior. Estes filtros mecânicos servem para orientar a luz emitida, 
permitindo apenas a passagem desta luz na recepção, que é diferente da luz refletida 
pelo objeto, que se es palha e m todas as direções. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 23
 
 
Figura 22 - Polarização do feixe de luz 
 
4.4.5 - Imunidade à Iluminação Ambiente 
 
Normalmente, os sensores ópticos possuem imunidade à iluminação ambiente, 
pois operam em freqüências diferentes. Mas podem ser afetados por uma fonte muito 
intensa (exatamente como acontece com as rádios FM), como por exemplo, uma 
Iâmpada incandescente de 60W a 15cm do sensor, ou um raio solar incidindo 
diretamente sobre as lentes. 
 
 
 
 
Figura 23 - Espectro de iluminação 
 
 
 
 
4.4.6 - Meio de Propagação 
 
Entende-se como meio de propagação, o meio onde a luz do sensor deverá 
percorrer. A atmosfera em alguns casos pode, estar poluída com partículas em 
suspensão, dificultando a passagem da luz. A tabela abaixo apresenta os fatores de 
atmosfera que devem ser acrescidos no cálculo da distância sensora operacional Sa. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 24
 
 
Condições Fatm 
Ar puro, podendo ter umidade sem condensação 1 
Fumaça e fibras em suspensão, com alguma condensação 0,4 a 0,6 
Fumaça pesada, muito pó em suspensão e alta condensação 0 a 0,1 
 
4.4.7 - Acessórios para sensores ópticos 
 
Uma das grandes vantagens de se trabalhar com sensores ópticos é que eles 
são muito mais flexíveis do que os outros sensores. Abaixo temos uma lista de alguns 
acessórios que podem ajudar a solucionar vários problemas de aplicação: 
 
- Espelhos prismáticos ultra-reflectivos. 
- Fibras ópticas em diversos diâmetros. 
- Fibras ópticas para alta temperatura. 
- Temporização. 
- Ajuste remoto e inteligente. 
 
 
4.4.8 - Vantagens 
 
- Detectam todos os tipos de materiais. 
- Acionamento sem contato físico. 
- Modelos com Saída em estado sólido, relê ou analógica. 
- Maior durabilidade quando bem aplicado. 
- Trabalha em grandes distâncias (Mais de 200mt E/R) 
5 - SENSORES ULTRA-SÔNICOS 
 
Sensores Ultra-sônicos emitem ondas de som com freqüência acima da audível 
pelo ouvido humano. Os objetos a serem detectados refletem estas ondas e os 
sensores às recebem e interpretam. 
Com estes sensores podemos detectar com facilidade objetos transparentes de 
plástico, vidros ou superfícies liquidas, diferente dos sensores fotoelétricos que 
dependem da opacidade ou refletividade do material. 
 
 
 
 
5.1- Princípio de Funcionamento 
 
O emissor envia impulsos ultra-sônicos sobre o objeto a analisado. As ondas 
sonoras voltam ao detector depoisde um certo tempo, proporcional à distância. O tempo 
de resposta é então dependente da velocidade do som e também da distância do 
objeto. Os detectores ultra-sônicos podem detectar líquidos, sólidos e granulados. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 25
 
 
 
 
Figura 24 - princípio de funcionamento do sensor ultra-sônico 
 
5.2 – Aplicações 
 
 
Medição de espessura de chapas Detecção de frascos de vidros 
 
Figura 25 - Aplicação do sensor ultra-sônico 
5.3 - Vantagens 
 
- Detectam todos os tipos de materiais. 
- Acionamento sem contato físico. 
- Modelos com Saída em estado sólido, relê ou analógica. 
- Possui circuito inteligente 
 
6 - Sistema Touch Control 
 
 
Permite os ajustes dos sensores digitais através de dois botões montados, na 
lateral do sensor. 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 26
 
 
Figura 25 – Sistema touch control 
 
 
 
Procedimento de Ajuste: Touch Control 
 
Pressione os Botões T1 e T2 simultaneamente por mais de 3 segundos, até, o 
LED D1 piscar na cor amarela, então solte os botões. 
Pressione o botão T1 para aumentar ou o botão T2 para diminuir a distância de atuação, 
observe que o LED para de piscar quando um objeto é detectado, se possível teste a 
detecção do objeto. 
O armazenamento da distância ajustada ocorre caso nenhum botão for 
pressionado por um intervalo de 20s. O acionamento da saída pode ser monitorado 
através do LED de sinalização que permanece verde sem objeto e torna-se laranja 
quando o objeto permanece na zona válida de detecção. 
 
 
 
 
 
7 - Qual o melhor sensor? 
 
Determinando a aplicação: 
 
Observar: 
 
- Qual o material a ser detectado? 
- Qual à distância do alvo ao sensor? 
- Qual o princípio ativo do sensor que melhor se adapta a identificar o alvo? 
- Existe algum obstáculo que possa interferir na resposta do sensor? 
- Qual a freqüência de acionamento do sensor? 
- Quais as condições ambientais ao qual o sensor será submetido? 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 27
8 - Cuidados básicos com os sensores 
 
Nunca: 
 
Utilize lâmpadas incandescentes como carga ou teste. O filamento 
quando frio apresenta um alto consumo de corrente, causando a queima 
do sensor. 
 
 
 
Manuseie o sensor estando o circuito energizado. Qualquer descuido 
(curto - circuito), poderá ser fatal para o sensor e para você. 
 
Acione um motor diretamente com o sensor, use dispositivos 
apropriados como, por exemplo: Relês, Chaves - Contatoras, etc. 
 
 
Observar: 
 
 
Sempre a Tensão ( AC/DC) de alimentação , sua polaridade ( 
PNP / NPN ) , respeitar a capacidade de Corrente do sensor e 
sua Temperatura de trabalho. 
 
 
 
A existência de peças e ou partes móveis que possam atingir e 
danificar a face do sensor e ou seu cabo. 
 
 
A incidência de água, óleo, sujeira produtos químicos e ou 
elementos que possam danificar ou interferir em seu 
funcionamento. 
 
Figura 26 – Cuidados básicos com os sensores 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 28
9 - Para a escolha apropriada de sensores eletrônicos, a seguinte terminologia é 
adotada 
 
a) Faixa de medida (RANGE): conjunto de valores da variável medida que estão 
compreendidos dentro dos limites inferiores e superior da capacidade de medida ou 
de transmissão do instrumento. Se Expressa determinando os valores extremos; 
 
b) Alcance (SPAN): é a diferença algébrica entre os valores superior e inferior da faixa 
de medida do instrumento. Por exemplo, um instrumento com faixa de medida de 
100ºC a 250ºC, possui um alcance de 150ºC. 
 
c) Erro: é a diferença entre o valor medido ou transmitido pelo instrumento, em relação 
ao valor real da variável medida. Se tivermos o processo em regime permanente, 
estável, chamaremos de "erro estático" que será positivo ou negativo, dependendo 
da indicação do instrumento que poderá estar indicando a mais ou a menos. Quando 
tivermos a variável se alterando, teremos um atraso na transferência de energia do 
meio para o medidor, onde o valor medido estará geralmente atrasado em relação ao 
valor real da variável. Esta diferença é chamada de "erro dinâmico"; 
 
d) Precisão: define-se como sendo o maior valor de erro estático que um instrumento 
pode ter ao longo de sua faixa de trabalho. Pode ser expressa de diversas maneiras 
como: porcentagem do alcance, unidade da variável e porcentagem do valor medido; 
 
e) Zona morta: é a não alteração na indicação ou no sinal de saída de um instrumento 
ou em valores absolutos da faixa de medida do mesmo, apesar de ter ocorrido uma 
sensível variação da variável. Por exemplo, um instrumento com faixa de medida 
entre 0ºC a 200ºC possui uma zona morta de ±0,1% do alcance, ou seja, ±0,2ºC. 
Portanto, para variações inferiores a este valor, o instrumento não apresentará 
alteração da medida; 
 
f) Sensibilidade (linearity): é a razão entre a variação do valor medido ou transmitido 
para um instrumento e a variação da variável que o acionou, após ter alcançado o 
estado de repouso. Pode ser expressa em unidades de medida de saída e de 
entrada. Por exemplo, um termômetro de vidro com faixa de medida de 0ºC a 500ºC 
possui uma escala de leitura de 50cm, portanto, a sua sensibilidade é de 0,1cm/ºC; 
 
g) Histerese: é a diferença máxima apresentada por um instrumento, para um mesmo 
valor, em qualquer ponto da faixa de trabalho, quando a variável percorre toda a 
escala nos sentidos ascendente e descendente; 
 
h) Repetibilidade: é a máxima diferença entre diversas medida de um mesmo valor da 
variável, adotando sempre o mesmo sentido de variação. Se Expressa em 
porcentagem do alcance; 
 
i) Resolução: é a menor variação que se pode detectar. A resolução está relacionada 
com o número de "bit" do instrumento: quanto maior o número de "bit" melhor a 
resolução. O cálculo da resolução de um instrumento é dado pelo quociente da faixa 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 29
de medida por 2número de "bit" do mesmo. Por exemplo, para um transdutor linear de 
100mm e 12 bit, tem-se uma resolução de 0,024mm. 
 
 
10 - Célula de Carga 
 
As células de carga são sensores projetados para medir cargas estáticas e 
dinâmicas de tração e compressão, princípio extensométrico e cargas de 0 a 300t. 
As células são totalmente estanques (proteção IP67) e podem ser utilizadas em 
atmosferas agressivas. Externamente o transdutor é usinado a partir de um único bloco 
de aço inoxidável sem qualquer parte soldada. As células de carga são, ainda, 
resistentes à vibração e impacto. O seu tamanho compacto permite sua aplicação em 
pequenos espaços e em locais de difícil acesso. 
O uso de células de carga como transdutores de medição de força abrange hoje 
uma vasta gama de aplicações: desde nas balanças comerciais até na automatização e 
controle de processos industriais.A popularização do seu uso decorre do fato que a 
variável peso é Interveniente em qrande parte das transações comerciais e de medição 
das mais frequentes dentre as grandezas físicas de processo. Associa-se, no caso 
particular do Brasil, a circunstância que a tecnologia de sua fabricação, que antes era 
restrita a nações mais desenvolvidas, é hoje amplamente dominada pelo nosso País, 
que desponta como exportador importante no mercado internacional. 
Um tipo de célula de carga é a Doc 438, modelo TU-K5C, para cargas de tração e 
compressão da Gefran Brasil, com flange para a aplicação de cargas suspensas, 
FLA703, e articulação esférica, SND022. A figura27 apresenta as dimensões 
mecânicas da célula de carga Doc 438 e sua montagem com junta esférica dupla e 
flange para cargas suspensas. Algumas especificações técnicas desta célula: 
 
- Precisão: 0,2%; 
- Faixa de medição: 0 a 500Kg; 
- Sensibilidade: 2mV/V; 
- Erro combinado - não linearidade/histerese/repetibilidade: ±0,2% do fundo de escala; 
- Tensão nominal de alimentação: 10V; 
- Tensão máxima de alimentação: 15V; 
- Faixa de temperatura permissível: -20ºC a 60ºC; 
- Carga estática máxima: 130% a capacidade máxima; 
- Carga dinâmica máxima: 100% a capacidade máxima; 
- Carga máxima aplicável: 150% a capacidade máxima; 
- Carga de ruptura: 300% a capacidade máxima; 
- Grau de proteção (DIN 40050): IP67; 
- Ligações elétricas: cabo blindado 4x0,25 / 3m; 
- Material do elemento elástico: aço inoxidável. 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 30
 
 
Figura 27 - Célula de Carga 
 
Embora a resolução da célula de carga seja infinita, pois depende da IHM 
(GEFRAN, 1997), o conjunto célula de carga – IHM (figura 28) permitirá uma resolução 
de 0,015Kg. 
 
 
Figura 28 – Indicador de alta freqüência (IHM) 
 
10.1 - Princípios de Funcionamento 
O princípio de funcionamento das células de carga baseia-se na variação da 
resistência ôhmica de um sensor denominado extensômetro ou strain gage (Fig. 29), 
quando submetido a uma deformação. Utiliza-se comumente em células de carga quatro 
extensômetros ligados entre si segundo a ponte de Wheatstone (Fig. 30) e o 
desbalanceamento da mesma, em virtude da deformação dos extensômetros, é 
proporcional à força que a provoca. É através da medição deste desbalanceamento que 
se obtém o valor da força aplicada. 
 
Figura 29 - Extensômetro ou strain gage 
Os extensômetros são colados a uma peça metálica (alumínio, aço ou liga cobre-
berílio), denominada corpo da célula de carga e inteiramente solidários à sua 
deformação. A força atua, portanto sobre o corpo da célula de carga e a sua 
deformação é transmitida aos extensômetros, que por sua vez medirão sua intensidade. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 31
 
Figura 30 - Ponte de Wheatstone 
Obviamente que a forma e as características do corpo da célula de carga devem 
ser objeto de um meticuloso cuidado, tanto no seu projeto quanto na sua execução, 
visando assegurar que a sua relação de proporcionalidade entre a intensidade da força 
atuante e a conseqüente deformação dos extensômetros seja preservada tanto no ciclo 
inicial de pesagem quanto nos cilcos subsequentes, independentemente das condições 
ambientais. A forma geométrica, portanto, deve conduzir a uma "linearidade" dos 
resultados (fig. 31). 
 
 
Figura 31 - Gráfico de deformação x carga, mostrando histerese, 
repetibilidade e não linearidade 
Considerando-se que a temperatura gera deformações em corpos sólidos e que 
estas poderiam ser confundidas com a provocada pela ação da força a ser medida, há 
necessidade de se "compensar" os efeitos de temperatura através da introdução no 
circuito de Wheatstone de resistências especiais que variem com o calor de forma 
inversa a dos extensômetros. 
 Um efeito normalmente presente ao ciclo de pesagem e que deve ser controlado 
com a escolha conveniente da liga da matéria-prima da célula de carga é o da 
"histerese" decorrente de trocas térmicas com o ambiente da energia elástica gerada 
pela deformação, o que acarreta que as medições de cargas sucessivas não coincidam 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 32
com as descargas respectivas (Fig. 31). 
 Outro efeito que também deve ser controlado é a "repetibilidade" ou seja, 
indicação da mesma deformação decorrente da aplicação da mesma carga 
sucessivamente, também deve ser verificada e controlada através do uso de materiais 
isotrópicos e da correta aplicação da força sobre a célula de carga (Fig. 31). 
 
Figura 32 - Gráfico de deformação x tempo mostrando a fluência ou creep 
Finalmente, deve-se considerar o fenômeno da "fluência" ou creep, que consiste 
na variação da deformação ao longo do tempo após a aplicação da carga. Este efeito 
decorre de escorregamentos entre as faces da estrutura cristalina do material e 
apresenta-se como variações aparentes na intensidade da força sem que haja 
incrementos na mesma (Fig. 32). 
10.2 - Alguns critérios devem ser utilizados na escolha de uma célula de carga 
10.2.1- Capacidade nominal 
A força máxima que ela deverá medir (OS fatores de segurança, 50% de 
sobrecarga contra danos de funcionamento e 300% para a ruptura, são intrínsecos a 
própria célula). 
10.2.2 - Sensibilidade 
A medição do desbalanceamento da ponte de Wheatstone é feita através da 
variação da tensão de saída em função da tensão de excitação aplicada na entrada da 
ponte. 
Quando a célula de carga esta carregada, este valor é dado em milivolt por volt 
aplicado e, normalmente, entre 2 e 3 mV/V. Isto significa que uma céluLa de carga de 
30kg de capacidade nominal e 2mV/V de sensibilidade, com uma tensão de excitação 
na entrada de 10 V, quando sujeita a uma força de 30Kg apresentará na saída uma 
variação de tensão de 20mV. 
 
10.2.3 - Precisão 
É o erro máximo admissível relacionado em divisões da capacidade nominal. As 
células de carga neste caso podem ser divididas em: 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 33
Baixa precisão: até 1.000 divisões (ou 0,1% da capacidade nominal) 
Média precisão: de 3.000 a 5.000 divisões (ou 0,03 a 0,02% da capacidade nominal). 
Alta precisão: 10.000 divisões (ou 0,01% da capacidade nominal) 
10.2.4 - Formato 
De acordo com a aplicação, determinados formatos são requeridos, 
considerando-se se a carga é apoiada (células tipa viga) ou se a carga é sustentada 
(célula tipo Z), ou ainda se a carga introduz momentos torsores na célula (células tipo 
single point). 
10.2.5 - Ambiente de trabalho 
Ambientes úmidos quimicamente agressivos requerem células de carga 
herméticas, com grau de proteção IP67, que se consegue normalmente nas do tipo 
shear-beam. Dever ser evitado o uso de células de carga em ambientes sujeito à 
vibração intensa, apesar do projeto das mesmas incluir uma verificação de freqüência 
natural, no sentido de se evitar o fenômeno de ressonância. 
O uso de células de carga em ambientes explosivos deve ser acompanhado por 
barreiras de segurança intrínseca. Alerta-se que o uso de barreiras de segurança 
intrínseca inserem resistências em série nos circuitos, o que poderia baixar as tensões 
da excitação. É recomendável o uso de indicadores que compensem esta diminuição 
através de ligações a 7 fios (tipo Kelvin). 
10.2.6 - Dispositivos de montagem 
Devem ser escolhidos visando não transmitir à célula de carga nenhum outro 
esforço que não seja o da força a medir e, portanto, visando assegurar para a carga 
todos os graus de liberdade de deslocamento possíveis, à excessão do relativo à 
direção da força a medir. 
10.2.7 - Tempo da pesagem 
Muitas vezes dispõe-se de um tempo limitado para se efetuar a pesagem. Neste 
caso deve-se considerar 1 segundo como um tempo mínimo para cada pesagem, 
considerando-se o amortecimento das oscilações que a célula sofre ao receber o 
carregamento. Eventualmente este tempo pode ser reduzido através do uso de sistemas 
de amortecimento. 
 
10.2.8 - Limites de sobrecarga e deslocamentos 
Em células de carga tipo flexão ou bending, normalmente de baixa capacidade, é 
necessário prever-se limites de sobrecarga que impeçam a célula de carga de deformar-
se além de um dado valor. Nas células tipo cisalhamento (shear beam) e compressão 
(canister), são difíceis aplicar limites desobrecarga, tendo em vista o pequeno valor da 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 34
flecha produzida em função da carga nominal aplicada e, portanto, cabe ao usuário 
precaver-se quanto a eventualidade do uso de cargas excessivas. 
Outros limites de deslocamento usados são os tirantes, necessários para limitar o 
deslocamento de tanques e silos, quando as células de carga estão situadas abaixo do 
centro de gravidade dos mesmos (portanto, não são autocentrantes), sujeitos a ação 
dos ventos ou com misturadores instalados. O objetivo destes tirantes é obstar 
deslocamentos não verticais. 
 
10.2.9 - Conclusão 
As células de carga são transdutores bastante precisos e de vida útil muito longa 
(são projetados e testados em protótipo para dez milhões de ciclos de pesagem). Esta 
longetividade e precisão podem ser facilmente obtidas desde que sejam 
convenientemente especificadas e instaladas. A assessoria técnica do fabricante é 
sempre muito útil e evita falhas de projeto muito custosas. Procurou-se dar aqui algumas 
informações fundamentais, 
que não excluem, porém a eventual necessidade daquela consulta, a qual fortemente 
recomenda-se não renunciar. 
 
10.3 – Exemplos de Células de Cargas 
 
 
 
Célula de carga para compressão em corte 
 
 
Dispositivos para utilização de Células de Carga, 
aplicadas no mundo inteiro. 
 
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Modelo de Célula para Compressão 
 
Modelo de Célula para tração 
Figura 33 – Modelos de Células de Carga 
11 - Encoders 
 
Podemos definir este equipamento como sendo um transdutor que executa a 
transformação (decodificação) de um movimento mecânico em um sinal eletrônico. Seu 
funcionamento está baseado na interrupção ou não de um sinal óptico, normalmente um 
feixe luminoso, conseguido comumente através de um emissor e um sensor separados 
pôr um nônio e um disco de vidro, plástico ou metais estriados que alternadamente 
permitem ou não a passagem de luz do emissor para o receptor. 
Quando o disco sofre um deslocamento angular interrompe a passagem de luz, 
gerando um pulso. Este pulso representa um certo ângulo mínimo, que define a 
resolução do sistema. Podermos dividir estes equipamentos em dois tipos: 
• Encoders incrementais; 
• Encoders absolutos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 36
11.1 – Encoder Absoluto 
 
Em um encoder absoluto cada posição representada unicamente pôr um código 
padrão. Este código prove de trilhas independentes e está gravado no disco do encoder, 
onde para cada trilha existe um sensor óptico correspondente. Cada sensor irá fornecer 
um sinal de nível lógico “1” ou “0” dependente do código padrão do disco para cada 
posição (ver figura abaixo). Uma vantagem deste tipo de encoder é que não haverá 
perda da posição no caso de falta de energia, pois não é necessário indexar ou 
referenciar a partir de um determinado ponto. 
 
Figura 34 – Disco codificado de um encoder absoluto 
 
Cada trilha do disco codificado significa um bit, dependendo então do número 
de trilhas verificaremos a resolução deste sistema. Pôr 
exemplo, um disco com 8 trilhas poderá identificar 256 
posições diferentes. A expressão (8) mostra 
analiticamente como podermos determinar a resolução 
de um encoder absoluto em função do número de bits 
do disco codificado. 
 
∆θ = 360° (8) 
 N 
2 
 
Onde: N é o número de bits ou trilhas do disco. 
 
 O disco do encoder pode ser codificado de 
varias maneiras diferentes, porém, existem dois 
códigos que são os mais utilizados: o código binário e o 
código de Gray. O código binário é amplamente 
utilizado nas aplicações para automação industrial e o 
código de Gray, possui como principal vantagem a que 
de uma posição para outra apenas um bit é alterado. Assim, fica possível encontrar 
erros provocados pôr ruídos elétricos ou eletromagnéticos através de software. 
 Podemos ainda, dividir os encoders absolutos em dois tipos: single turn e 
multi turn. Os encoders do tipo single turn repetem o código da posição a cada 360° 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 37
para uma volta do eixo. Normalmente estes encoders são fornecidos até a resolução de 
14 bits, ou seja, 16384 posições por volta, ou ainda, o menor ângulo que pode ser 
representado é o de 0,02I9°. Já os do tipo multi turn possuem discos codificados 
adicionais que permitem a leitura de varias voltas. A figura Abaixo pode nos dar uma 
idéia de como isto é realizado. 
 
 
Figura 35 – Disco codificado de um encoder absoluto multi-turn 
 
 A resolução do encoder absoluto é dada por contagem/revolução, isto é, se 
ele tiver no seu disco (encoder rotativo) 12 faixas para código de gray, então terá 2¹² 
combinações possíveis perfazendo um total de 4096 combinações. 
 Com relação à saída destes encoders podemos encontrar: saída paralela, 
saída serial ou comunicação em rede. Para os encoders com saída paralela, para cada 
bit existe um condutor, e o elemento de controle 
deverá obviamente possuir uma porta paralela 
para leitura destes sinais. Os encoders com saída 
serial são muito utilizados, pois a grande maioria 
dos processadores no mercado utilizam este 
sistema de transmissão de dados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 38
Existem algumas vantagens, dentre as quais: 
 
 • Baixo custo em função do cabeamento; 
 • Maior velocidade de transmissão (até 1,5 G bps); 
 • Reduzido número de componentes; 
 • Maior imunidade a ruídos. 
 
 Os encoders com saída para comunicação em rede também são seriais, 
porém adotam protocolos amplamente conhecidos no mercado de automação, como pôr 
exemplo: CAN (Devicenet), Interbus, Profibus (DP) e entre outros. 
 
11.2 – Aplicações dos Encoders Absolutos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 As aplicações para este tipo de encoder seriam aquelas onde necessitamos 
fazer posicionamentos em uma única volta e que podem permanecer desativadas pôr 
um longo período de tempo, tais como: 
 
• Radares; 
• Telescópios; 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 39
• Guindastes; 
• Manipuladores; 
• Robôs; 
• Comportas; 
• Sistemas de nível; 
• Posicionamento de eixos; 
• Posicionamento de válvulas; 
• Mesas planas, etc. 
 
 
11.3 – Encoder Incremental 
 
 Nestes encoders cada deslocamento angular é representado pela geração de um 
pulso. É possível ainda determinar o sentido de rotação do eixo através do nônio ou de 
duas faixas regularmente defasadas (ver figura 36). Na verdade um circuito eletrônico 
poderá detectar o sentido de giro através de operações lógicas. O encoder incremental 
fornece normalmente dois pulsos quadrados defasados 
em 90º, que são chamados usualmente de canal A e 
canal B. A leitura de apenas um canal fornecendo 
somente a velocidade, enquanto que a leitura dos dois 
canais fornece também o sentido do movimento. Um 
outro sinal chamado de Z ou zero também está 
disponível e ele dá a posição absoluta zero do encoder. 
Este sinal é um pulso quadrado em a fase e a largura é 
as mesmas do canal A. 
Figura 36 – Encoder Incremental 
 
 A resolução é determinada através do número de pulsos que o encoder gera pôr 
volta ou pelo número de pulsos pôr rotação (PPR). A máxima resolução que 
encontrarmos para estes casos está pôr Volta de 10000 pulsos/rotação (podendochegar a 40000 com alguns recursos adicionais), pois acima disto fica muito difícil 
construir ranhuras tão próximas umas das outras. 
 O que não devemos nunca esquecer é que a resolução do encoder deve ser 
igual, ou melhor, do que aquela requerida pela aplicação. 
Como todo transdutor o encoder incremental possui duas velocidades inerentes: a 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 40
mecânica e a eletrônica, que pôr sua vez impõem limites a velocidade de operação. A 
combinação de vários fatores tais como, rolamentos, freqüência de resposta, PPR 
para cada aplicação, também influencia nestas questões. De modo geral, a máxima 
velocidade de operação para um encoder incremental depende diretamente da 
aplicação. Podemos determinar a velocidade de operação para nina dada aplicação 
através da seguinte expressão: 
 
 f = PPR x n 
 60 
 
Onde: f é a freqüência de operação [Hz]; 
 PPR é a resolução do encoder; 
 n é a rotação [rpm]. 
 Para os terminais de saída é adotada uma terminologia própria. Os sinais são 
transmitidos utilizando circuitos de corrente continua, para que sejam atingidas altas 
velocidades de transmissão. Esta transmissão é feita pôr uma corrente que pode fluir do 
encoder para o circuito (NPN) ou do circuito para o encoder (PNP), embora a maioria 
dos encoders possa ser configurada em outros padrões, além do PNP ou NPN, tais 
como: Push Pull, Line Drive ou RS422. 
 Os encoders incrementais ainda podem ser unidirecionais ou bidirecionais ou 
ainda com sinal de referencia. Adicionalmente podem ser transmitidos também como 
sinal singular “sigle ended” ou com seus sinais complementares “diferenciais”. 
 
 Para a especificação de encoders incrementais devem ser informadas algumas 
características, que podemos dividir em: 
 
• Mecânicas: flange, diâmetro do eixo ou eixo vazado, máxima carga do 
eixo, pulsos pôr volta, velocidade, momento de inércia, temperatura de operação, 
proteção [IP], dimensões e tipo de conexão (elétrica). 
 
• Eletrônicas: freqüência, tipo de eletrônica, formato da saída, imunidade a 
ruído, proteção do circuito (inversão de polaridade, sobretensão, curto-circuito na saída) 
e alimentação. 
 
As aplicações para encoders incrementais abrangem vários processos entre os quais 
podemos citar: 
 
 
 
• Realimentação de sistemas digitais de controle de velocidade; 
• Maquinas de embalagens; 
• Ajustes de fusos para preparação de espessura de um produto; 
• Robôs; 
• Misturadores; 
• Mesas rotativas. 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 41
12 – Sensor de Umidade 
 
As medições de umidade é feitas desde o século XV com relação à atmosfera. 
Não é difícil se fazerem medições de umidade, a menos que se exija muita precisão e 
controle rigoroso. Há três métodos gerais para se medir a umidade relativa do ar: o 
psicrômetro, o sensor eletrônico e o ponto de orvalho. 
No método do psicrômetro é utilizado como sensor um fio de cabelo humano ou 
uma membrana animal que muda de dimensões com a umidade. Durante muitos anos 
estes elementos higromecânicos foram usados como indicadores e como chaves de 
controle. 
O sensor elétrico satisfaz a necessidade industrial quanto a velocidade, 
versatilidade, precisão e alta sensibilidade, usando massa pequena e componentes não-
metálicos. 
Onde é importante o teor real de água do ar, ou onde a condensação da umidade 
deve ser evitada, aplica-se com mais eficiência o controle do ponto de orvalho. 
 
12.1 – Sensor Eletrônico 
 
Um sensor eletrônico de umidade é um dispositivo de precisão capaz de detectar 
uma variação de 1% na umidade relativa. 
Um tipo de sensor eletrônico é constituído de duas grades de ouro entrelaçadas, 
estampadas sobre plástico e cobertas com uma complexa camada de sais 
higroscópicos. Conforme aumenta a umidade relativa (UR), a camada se torna mais 
condutiva e a resistência entre as grades diminui. A variação de resistência é calibrada 
em unidades de UR, e o controlador associado interpreta as variações de modo a ativar 
o equipamento adequado de controle de umidade. 
 
12.2 – Sensor Ponto de Orvalho 
 
Um tipo de sensor de ponto de orvalho consiste em eletrodos de fio bifilar, 
enrolados sobre uma luva de pano, que cobre um tubo oco ou carretel. (Bifilar significa 
um enrolamento de dois fios enrolados lado a lado, separados de uma distância 
uniforme). A luva de pano é impregnada com uma solução de cloreto de lítio e deixada 
secar. Os fios bifilares são ligados ao secundário de um transformador integral. Os 
eletrodos bifilares não estão interligados. Dependem da condutividade do cloreto de lítio 
atmosfericamente umedecido para que haja um fluxo de corrente. 
O cloreto de lítio possui duas características únicas que o tornam apropriado às 
medidas de ponto de orvalho. Ë altamente higroscópico, isto é, tem uma grande 
afinidade com o vapor d’água e tem uma habilidade inerente para manter-se em um 
valor constante pouco acima dos 11%, quando presente em uma atmosfera úmida e 
aquecida por uma corrente elétrica que o percorra. Para valores de 11% ou abaixo, o 
cloreto de lítio da luva seca-se e se transforma em sólido cristalino e não é condutor. 
Um segundo tipo de detector de ponto de orvalho usa uma câmara de 
observação onde é introduzida uma amostra de gás que contém vapor úmido. Um 
manômetro indica diretamente a relação entre a amostra do gás e a pressão 
atmosférica. A amostra de gás é mantida a uma pressão um pouco acima da 
atmosférica. Quando se abre uma válvula de operação, o gás escapa para a câmara de 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 42
observação e se expande à pressão atmosférica. Quando o gás é libertado acende-se 
uma lâmpada, de modo que quando o gás se resfria, abaixo do ponto de orvalho, forma-
se uma névoa característica na câmara. O procedimento é repetido de modo a 
estabelecer o ponto final ou o ponto de fuga da neblina. Este ponto final pode ser 
determinado com precisão quando medido pela relação de pressão do ponto de fuga. 
Outras técnicas do ponto de orvalho envolvem a observação da formação do 
orvalho sobre uma superfície polida, e diminuindo a temperatura por técnicas de 
refrigeração obtém-se um depósito de orvalho dos gases confinados. 
A medição e/ou controle da umidade é desejável ao se estabelecer um ambiente 
confortável ao homem (como as áreas de temperatura e umidade controladas para 
trabalhos especiais), em áreas de armazenamento, em gases comprimidos usados em 
instrumentação e trabalhos analíticos, em fornalhas de atmosfera controlada e em 
fornos de secagem. O controle da umidade é também essencial na indústria do papel, 
para que o mesmo possa ser calandrado na espessura correta e armazenado sem 
expansão dimensional. Sem o controle adequado da umidade, o papel poderia ser 
esticado no processo de calandragem e depois ser contraído até se quebrar. 
 
12.3 – Sensores Capacitivos de Umidade 
 
O tipo mais usado para medida de umidade relativa em higrômetros de uso 
doméstico, comercial ou industrial é o capacitivo. 
Este sensor é formado por uma folha de material não condutivo coberta nas duas 
faces por uma finíssima camada de ouro (condutor) numa estrutura que corresponde 
justamente a um capacitor plano. 
A construção desse capacitor, entretanto, é tal que a umidade do ar pode 
penetrar com facilidade no material dielétrico, alterando sua capacitância. Com a 
penetração da umidade a capacitância aumenta. 
Para um sensor típico, a capacitância se altera de aproximadamente 112 pF para 
uma umidade relativa de 10% para 144 pF para uma umidade relativa de 90% (que é a 
faixa de utilização do sensor). 
Para dar acesso à umidade ao dielétrico, o conjuntoé montado num invólucro 
dotado de pequenos orifícios. 
 
 
Figura 37 - Sensor de temperatura e umidade 
 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 43
12.3.1 – Sensor de Umidade da Philips Components 
 
Com um número de catálogo bastante complicado para ser utilizado numa loja, o 
sensor 2322 691 90001 da Philips Components possui características que permitem sua 
utilização em higrômetros de boa precisão. Algumas publicações técnicas tratam este 
sensor como um "umidistor", mas não achamos que este seja um nome conveniente. 
 
As principais características deste sensor são: 
 
· Faixa de umidades medidas: 10% a 90% 
· Sensibilidade entre 12 e 75% de umidade relativa: 0,4 pF / % 
· Faixa de freqüências de operação : 1 kHz a 1 MHz 
· Tensão máxima AC ou DC: 15 V 
· Faixa de umidade para armazenamento: 0 a 100% 
· Faixa de temperatura de operação: 0 a 85 graus centígrados 
 
13 – Sensor de PH 
 
O princípio de funcionamento dos sensores de pH é muito simples. 
 
Figura 38 – Sensor de PH 
O bulbo de vidro detecta íons de H+ e gera uma corrente elétrica (59,2 mV por 
unidade de pH a 25 oC). O gel interno recebe a corrente elétrica (+) e transmite ao 
interior do sensor. O fio de prata pura (tratado com cloreto de prata AgCl) capta a 
corrente e transmite ao cabo de conexão, que leva o sinal do sensor ao 
leitor/controlador. 
13.1 - Sensor de referência: 
 
Figura 39 – Sensor de Referência 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 44
O septo poroso isola o gel ou solução interna de KCl do meio externo. A 
concentração constante de íons de cloreto dentro do sensor gera uma corrente elétrica 
(-) com o fio de prata. O fio de prata pura (tratado com cloreto de prata AgCl) capta a 
corrente e transmite ao cabo de conexão, que leva o sinal do sensor ao 
leitor/controlador. 
 
 
Figura 40 – Sensores de PH 
 
13.2 – Sensor combinado de pH e referência 
 
Figura 41– Sensor Combinado 
Um sensor combinado consiste de um sensor de pH e um sensor de referência 
dentro de um mesmo corpo. 
13.3 – Aplicações típicas para estes sensores são: 
• Efluentes oleosos ou gordurosos; 
• Lodo calcário; 
• Refinamento de açúcar; 
• Emulsões; 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 45
• Lavagem de gases; 
• Coagulação de floculantes; 
• Fabricação de papel e celulose; 
• E muitas outras; 
 
13.4 – Especificações 
Banda de pH: 0 - 12 pH 
Banda de temperatura: 0 - 50 oC. 
Banda de pressão: 0 - 100 psi. 
Sensor de referência: Duplo septo poroso com Ag/AgCl 
 
14 – Interferômetro 
 
O interferômetro é um aparelho inventado pelo norte-americano Albert Michelson 
que permite calcular a velocidade da luz. 
 
Figura 42 – Interferômetro 
14.1 – Funcionamento 
 
O interferômetro de Michelson (1852 - 1931, prêmio Nobel em 1907), é a forma 
fundamental da grande variedade de interferômetros de 2 feixes. No esquema a seguir 
(fig.43), a luz vem expandida da fonte L, incide na placa paralela P, sofre uma refração 
até incidir na outra superfície semi-espelhada, aonde irá se dividir em 2 feixes, os quais 
irão atingir os espelhos A1 e A2 perpendicularmente. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 46
 
Figura 43 - Esquema óptico do interferômetro 
 
Os retornos dos feixes irão atingir a face semi-espelhada da placa P, e as franjas 
de interferência podem ser vistas diretamente a olho nu, ou através de um telescópio F. 
Notar que a luz refletida por A2 passa através da placa P 3 vezes, enquanto que a luz 
refletida por A1 passa apenas 1 vez. A placa compensadora P1 é idêntica na espessura 
e no paralelismo à placa P. 
Sua inserção vai equalizar os caminhos dos dois feixes. 
Quando os espelhos estiverem a distâncias iguais e perpendiculares, o campo de 
interferência será uniforme. Quando as superfícies refletoras não estiverem 
perpendiculares, as franjas passam de circulares a linhas. Quanto maior a diferença 
entre as distâncias dos espelhos A1 e A2 à placa P, mais círculos concêntricos de 
interferência serão observados. Assim toda vez que o deslocamento do espelho móvel 
atingir um valor múltiplo de l /2, o valor da intensidade se repete. 
A presença das lâminas de vidro trazem também um sistema paralelo de 
reflexões na segunda face e conseqüentemente de franjas. A intensidade deste sistema 
secundário é fraca, e dificilmente é possível observá-lo. 
 
Figura 44 - Sugestão para o alinhamento 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 47
14.2 – Objetivos 
 
Familiarização c/ o instrumento e alinhamento de seus elementos. Uso do 
interferômetro para medidas precisas de pequenos deslocamentos, l de fontes 
monocromáticas, comparação de superfícies planas, medida de comprimento de 
coerência de diversas fontes luminosas e índice de refração de gases. 
 
14.3 - Procedimento experimental 
 
14.3.1 – Alinhamento 
 
O feixe direto emitido pelo Laser constitui um fino raio intenso, monocromático e 
coerente que facilita o alinhamento (fig.44). A idéia aqui é a de alinhar os espelhos de 
modo que a reflexão de cada um deles volte exatamente pelo mesmo caminho, o que 
pode ser verificado observando as reflexões sobre o cartão c/ furo. 
Quando os espelhos estão alinhados (Perpendiculares entre si) as duas reflexões 
sobre S, voltam passando pelo furo. 
Observe que o espelho A2 possue apenas 1 grau de liberdade e o espelho A1 
possue 2. Logo para que as reflexões retornem ao Laser, a reflexão do espelho 2 só 
pode ser ajustada deslocando todo o equipamento ( A base toda), só depois ajusta-se a 
reflexão do espelho 1 através dos parafusos. 
Na condição de alinhamento perfeito, devem-se observar círculos de 
interferência. Para ligeiros desalinhamentos se observam franjas aproximadamente 
retas e paralelas. Estas figuras de interferência são mais fáceis de se observar com uma 
fonte extensa ou com um feixe expandido. Por esta razão, depois do alinhamento inicial 
utilizamos uma lente divergente para expandir o feixe Laser, permitindo assim observar 
no anteparo o padrão de interferência. O ajuste é feito alinhando com cuidado o espelho 
1, de modo a se observar o padrão na forma de círculos. 
É importante lembrar que a distribuição luminosa do feixe Laser não é uniforme, 
mas sim Gaussiana, ou seja, mais intensa no centro do que nas bordas. Assim, o 
encontro da borda de um feixe com o centro de outro produz franjas de menor 
visibilidade. 
 
 
14.3.2 – Escala do parafuso micrométrico 
 
Devido à ordem de grandeza dimensional que é operada no interferômetro 
(350nm) é necessários um sistema mecânico que permita o deslocamento do espelho 
com bastante suavidade. 
Conforme pode ser observado no equipamento, o espelho é deslocado através de um 
sistema de redução por alavanca, conjugado com um parafuso micrométrico. 
A cada duas voltas do parafuso, sua ponta desloca 1mm, e o espelho através da 
alavanca caminha aproximadamente 5 vezes menos ( Os equipamentos não são 
exatamente iguais). 
A cada duas voltas do parafuso, sua ponta desloca 1mm. (0,5mm por volta) 
A escala do tambor do parafuso divide 1mm em 100 partes (0.01 mm por divisão). 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 48
 
14.3.3 – Calibração do parafuso micrométrico 
 
Determinação da relação de redução 
R = D Lparafuso / D Lespelho ou 
R = no divisões parafuso /D Lespelho. I 
 
Iluminando o interferômetro com a luz extensa do Laser de He-Ne e inclinando 
levemente o espelho para se obter franjas quase retas, desloca-se o parafuso do 
espelho móvel um certo número de divisõese conta-se o número de franjas de 
interferência que passam pelo centro do campo de visão. 
 
Figura 45 - Sistema de redução dos movimentos 
 
Cada interferômetro possue uma razão de redução R entre os movimentos do 
parafuso micrométrico e o espelho móvel, o valor desta razão deverá ser determinada 
com precisão (Fazer várias leituras e depois um tratamento estatístico). 
Obs.1 - Cada franja que aparece ou desaparece no campo de visão, representa um 
deslocamento do espelho móvel de l/2. 
Obs. 2 - O Laser de He-Ne tem l = 632.8 nm (6328 A) 
 
14.3.4 – Determinação do l de uma fonte espectral 
 
Depois de conhecida a geometria do equipamento, é possível através de um 
processo inverso ao que foi feito, determinar-se o l de uma outra linha espectral, através 
da contagem das franjas interferométricas (R = D L parafuso / D L espelho). 
Substituindo-se o Laser por uma lâmpada espectral, selecione o l que se deseja 
determinar, interpondo um filtro para selecionar uma faixa desejada, coloque no suporte 
do interferômetro uma placa de vidro despolido para espalhar a luz e incline levemente o 
espelho móvel para tornar as franjas aproximadamente retas. As franjas não serão mais 
projetadas na parede, só poderão ser vistas diretamente no equipamento. 
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14.3.5 – Determinação do Dl das linhas do Na 
 
Substituindo-se a fonte de luz por uma lâmpada de sódio, coloque no suporte do 
interferômetro uma placa de vidro despolido para difundir a luz e incline levemente o 
espelho móvel para tornar as franjas mais ou menos retas. 
 
Figura 46 - Curva de contraste dos anéis 
 
Devido à proximidade dos ls das duas linhas amarelas do sódio, aparece um 
padrão de franjas cuja visibilidade aumenta e diminui periodicamente (Fig. 46) ao 
variarmos bastante a distância entre os espelhos através do parafuso micrométrico. 
Observando a distância que o espelho móvel caminha, determine T usando o DL 
do parafuso micrométrico e a R já aferida entre os máximos de contraste (ou mínimos 
que são mais fáceis de discriminar), para calcular o Dl das duas linhas amarelas do 
sódio . 
Obs. Para o cálculo usar o lmédio medido ou consultar uma tabela. 
 
14.4 – Resumo do roteiro sugerido 
 
a) - Alinhar o interferômetro (Observe os reflexos no Laser). 
b) - Encontrar as franjas de interferência usando-se o Laser de He-Ne com um 
expansor. 
c) - Contar aproximadamente 300 franjas, note que o erro será menor se o no de franjas 
coincidir com um no de divisões no parafuso completas e plotando um gráfico de várias 
medidas. Determinar a razão de redução parafuso/espelho. 
d) - Usando a razão encontrada no item anterior, determine o l de alguma das linhas 
espectrais do Hg ou o lmédio do Na (Contar aproximadamente 200 franjas). Observe que 
as franjas não serão mais projetadas, e sim observadas dentro do equipamento - Usar 
um filtro p/ (selecionar a faixa espectral desejada). 
e) - Usando a lâmpada de Na, determine a diferença de comprimento de onda Dl do 
"dublet", não contar as franjas, apenas observar os ciclos de contraste. 
f) – Usando um Laser ou uma lâmpada de luz branca, encontre a condição de Diferença 
de caminho ótico nulo (DCON) onde haverá franjas policromáticas. 
g) – Determinar o índice de refração do ar. 
h) – Se a placa compensadora for removida, o que ocorrerá – explique. 
 
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14.4.1 – Medidas de pequenas diferenças de comprimento de onda 
 
A figura 47 representa num esquema resumido, alguns elementos importantes 
para a formação da figura de interferência pelo interferômetro de Michelson. 
S1 e S2 são as duas imagens virtuais, formadas pelos dois espelhos, da fonte de luz a 
ser analisada pelo instrumento. A figura de interferência, na forma de anéis concêntricos 
claros e escuros forma-se no anteparo A e é centrada no ponto P. Imaginemos agora 
que cada uma das fontes virtuais (de mesma potência) emita em duas freqüências muito 
próximas w1 e w 2, sendo w 1>w2. 
 
Figura 47 - Formação da figura de interferência 
 
Suponhamos que para a freqüência w1 a intensidade no ponto P seja máxima, o 
que implica (ver equações para o interferômetro) em: 
d = (m + 1/2) l1 m = 0,1,2,... (1) 
Onde d é à distância entre as duas imagens (S1 e S2) e l1 é o comprimento de onda 
associado à freqüência w1. 
Suponha que ao mesmo tempo em que isto acontece, a intensidade em P para a 
freqüência w2 seja mínima (zero), o que implica em: 
d = m l2 = 2m l2/2 m = 0,1,2,... (2) 
onde l2é o comprimento de onda associado à w2. 
Estas duas últimas equações, quando satisfeitas simultaneamente para a 
distância d significam que o anteparo está uniformemente iluminado pelas duas fontes, 
pois onde existe um mínimo de interferência para w2 (anel escuro), existirá um máximo 
para w1 (anel claro) e vice-versa. Chamaremos esta condição de condição de 
anticoincidência de anéis. 
Nesta condição, podemos afirmar que no comprimento d cabe exatamente um 
número ímpar de meios comprimentos de onda l1 e um número par de meio 
comprimento de onda l2. [Ver eqs. (1) e (2)]. 
Como a razão d/(l1/2) é um número ímpar, e d/(l2/2) é um número par, teremos 
evidentemente: 
[d/(l1/2)] - [d/(l2/2)] = número ímpar = N. (3). 
Se o espelho móvel do interferômetro for agora deslocado de tal forma que surja a nova 
condição de anti-coincidência, teremos: 
[d’/(l1/2)] - [d’/(l2/2)] = N + 2 (4) 
porquê N + 2 é o número ímpar mais próximo que se segue a N. Nesta equação, d’ é a 
nova distância entre as imagens virtuais S1 e S2. 
Subtraindo a eq. (3) da eq. (4) e fazendo D = d’- d, teremos: 
(2D/l1) - (2D/l2) = 2 . (5) 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 51
Como l1 = l m - Dl /2 e l2 = l m + Dl /2, onde lm = (l1 + l2)/2, e Dl = l2 - l1, deduz-se 
imediatamente que: 
D l»(lm)2/D (6) 
onde se considerou (Dl )2 » 0 devido D l<<lm. 
Finalmente, lembrando-se que ao se deslocar o espelho móvel de uma distância 
x qualquer a imagem se desloca de 2x, podemos escrever: 
D l» (lm)2/2T (7) 
onde T é a distância que o espelho do interferômetro efetivamente se move para que 
ocorram duas anti-coincidências sucessivas no anteparo. 
 
14.4.2 – Franjas de luz branca - Equalização dos dois braços do interferômetro 
(DCON) 
 
Deslocando-se o espelho móvel, ou seja, variando a distância entre os dois 
braços do interferômetro, pode-se observar que o tamanho dos anéis varia. Isto 
depende se a diferença de caminho óptico está aumentando ou diminuindo, (Se a 
diferença entre os dois diminui, o raio dos anéis aumenta) e pode, portanto ser 
aproveitada para achar o ponto, onde a diferença de caminho óptico é nula (DCON). 
Nesta situação o tamanho dos anéis é tão grande que não cabe mais no campo de 
observação. 
Retirando-se a lâmpada de Na, coloca-se uma lâmpada de luz branca com um 
filtro interferencial ( 5 nm de largura de passagem), o que torna a luz "quase" 
monocromática. 
Como na situação anterior, as franjas não serão projetadas, mas sim observadas 
diretamente no equipamento. 
Variando-se a posição do espelho móvel, quando se atinge a condição de DCON 
surgirão franjas, sendo que seu aparecimento e desaparecimento não são periódicos 
(Ocorrerá apenas uma vez). 
Na posição de máximo contraste, pode-se retirar o filtro deixando-se apenas a 
fonte de luz, que ainda haverá franjas, porém não mais monocromáticas, mas sim 
policromáticas (Apresenta apenas um máximo de visibilidade com uma franja preta e 
umas poucas coloridas de cada lado) ao se atingir exatamente o DCON. 
Note que ao substituir ou deslocar a fonte de luz, as franjas de interferência não mudam 
de posição. 
 
14.4.3 – Medida do índice de refração de gases

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