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Automação Predial: Sensores
Sensor: um dispositivo para a detecção de uma variável física, de um sistema físico ou um ambiente.
São dispositivos sensíveis a alguma forma de energia relacionada a uma grandeza que deseja ser monitorada, sem perturbar os seus parâmetros. Fornecem informações de entradas (dados) ao sistema, a partir do mundo externo, afim de permitir o seu controle. Dados sobre energia luminosa, térmica, cinética, temperatura, pressão, posicionamento, velocidade, aceleração….. Um sensor é um transdutor cujo propósito é detectar.
A classificação de Sensores quanto à quantidade
Quantidades mecânicas: deslocamento, tensão, velocidade de rotação, aceleração, pressão, força / torque, torção, peso, fluxo….
Quantidades térmicas: temperatura, 
Quantidades óticas / eletromagnéticas: tensão, corrente de fase, frequência; visuais / imagens, luz; magnetismo…
Quantidades química: humidade, pH…
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A classificação de Sensores quanto à propriedade
Fluxo - Eletromagnético, pressão diferencial, o deslocamento posicional, massa térmica, etc…
Temperatura – Termometros, termistores, termopares, RTD’s, IC´s, e muitos mais…
Pressão - fibra ótica, vácuo, manometros de base líquida elástica, LVDT’s, eletronico…
Sensores de Nível - de pressão Diferencial, de rádio frequência ultra-sonica, radar, deslocamento térmico, etc…
Proximidade e deslocamento - LVDT, fotoelétrico, capacitivo, magnético, ultra-sonico…
Biossensores - Espelho ressonante, eletroquímicos, ressonância de plasma de superfície, luz endereçável potenciométrica…
Aceleração - giroscópios, acelerometros….
Gás e produtos químicos – Semicondutor infravermelho, condutância, Eletroquímico…
Imagem - dispositivos de carga acoplada, CMOS…
Outros - humidade, sensor de humidade, sensor de velocidade, massa, sensor de inclinação, de força, de viscosidade….
Automação Predial: Sensores
Indutivos / Capacitivos / Magnéticos /Fotoelétricos / Ultrasonicos
Sensores são dispositivos construídos para detetar a presença ou passagem de objetos metálicos ou não metálicos, por proximidade ou aproximação, sem contato físico. Esta deteção é feita pela face sensora do sensor, que ao ser acionado envia um sinal elétrico…
O sinal de um sensor está associado ao sistema de controle automático sendo caracterizado por:
Linearidade
 Faixa de atuação
 Histerese
 Sensibilidade
 Superfície Ativa
 Fator de correção
 Frequência de Comutação
 Distância Sensora ( Nominal e Real )
Gráfico da Curva de Histerese
Automação Predial: Sensores
Características dos Sensores
Sensibilidade: taxa de mudança da saída em relação à entrada.
Linearidade: medida da constância da taxa de saída com relação à taxa de entrada.
Faixa de medida: diferença entre máximos e mínimos valores possíveis de medida.
Tempo de resposta: tempo necessário para uma mudança na entrada ser observada na saída.
Precisão: a diferença entre valores reais e os valores medidos.
Repetibilidade: a diferença entre medidas sucessivas da mesma entidade.
Resolução: menor incremento observável na entrada.
Tipo de saída: (movimento mecânico, tensão, corrente, pressão, intensidade luminosa, etc.).
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Os Sensores fornecem o equivalente aos olhos, ouvidos, nariz e língua para o microprocessador central, o “cérebro” .
Automação Predial: Sensores
Visão geral das famílias de sensores e os seus principais tipos
De acordo com a tabela a seguir, é possível ter uma visão geral dos sensores. 
 Visão Geral das famílias de sensores e seus principais tipos:
Automação Predial: Sensores
 Um Sensor de Proximidade responde à presença de um objeto próximo do sensor. Na maioria dos casos, são apenas alguns milímetros. Em outros pode chegar a metros ou quilometros. 
 As principais vantagens dos sensores de proximidade são: 
Operação confiável mesmo em ambientes que oferecem perigo. 
Operação/instalação simples e fácil .
Preço viável.
 Os sensores de proximidade são encontrados em muitos tipos de construções e aplicações: 
Plantas Industriais ou projetos residenciais
Em máquinas e ferramentas. 
Indústria de processamento de alimentos 
Em veículos utilitários (por exemplo, caminhões, máquinas agrícolas) 
etc…
Automação Predial: Sensores
Existe 2 tipos principais de sensores de proximidade:
Sensores de Proximidade Indutivos: detetam os objetos gerando um campo eletromagnético. Apenas objetos metálicos podem ser detetados.
Sensores de Proximidade Capacitivos: detetam os objetos gerando um campo capacitivo eletrostático. Desta forma, todos os tipos de objetos podem ser detetados.
Os sensores indutivos são mais baratos do que sensores capacitivos.
Os sensores de proximidade capacitivos podem detetar objetos metálicos e não metálicos em pó, granulado, líquido e forma sólida. Sua capacidade de deteção através de materiais não ferrosos, torna-os ideais para monitoração em vidro transparente, tais como deteção de nível de líquido em tanque, deteção de nível de pó (farinha) em contentores afunilados, roupas em lojas, etc.
Os sensores capacitivos possuem a capacidade de detetar objetos "ocultos“, o conteúdo de uma caixa, um saco ou um compartimento. Os Sensores capacitivos podem escortinar as paredes não-metálicas de um recipiente, para detetarem diferentes níveis de sólidos ou líquidos. Esta capacidade é útil em aplicações de segurança tais como a inspeção de estruturas, embalagens ou o controle de nível de líquido.
Automação Predial: Sensores
Princípio de funcionamento
Condensador
Para compreender os sensores de proximidade capacitivos, deve-se primeiro compreender o conceito de um condensador. 
Um condensador é formado por dois eletrodos, eletricamente isolados um do outro. Os eletrodos devem ser condutores feitos de metal. Podem ter qualquer forma, o de duas placas paralelas serve para melhor visualização. 
Os condensadores têm a particularidade de armazenar energia num campo elétrico entre os seus eletrodos, devido a uma voltagem ou potencial aplicado ao circuito. 
Esta propriedade, chama-se capacitância e relaciona a quantidade de energia armazenada neste campo com o potencial aplicado. 
Ao colocarmos um material não condutor entre os eletrodos a habilidade de armazenar energia aumenta, e portanto a capacitância aumenta. O material entre os eletrodos chama-se dielétrico.
A propriedade chave do material dielétrico é conhecida como constante dielétrica ou permissividade relativa. Esta propriedade é a quantidade de carga que o material consegue armazenar entre eletrodos em relação ao vácuo. O ar e outro gases, tais como vapores combustíveis, têm valores muito similares ao vácuo. 
Automação Predial: Sensores
Exemplo : nível de líquido
Á medida que um dielétrico líquido é introduzido entre os elétrodos do condensador, a capacitância altera-se progressivamente e o nível do líquido pode ser determinado. 
Para medir estas variações da capacitância, a energia elétrica que se move para os eletrodos do condensador é medida através do potencial do circuito. 
Um fluxo regular de energia é estabelecido pela conexão dos eletrodos ao circuito de medição. Quanto maior fluxo de energia entre eletrodos maior é a capacitância, significando mais dielétrico ente os eletrodos. 
Para calibração de um sensor devem ser feitas medições de referência entre o tanque vazio e o tanque cheio. Geralmente necessita-se saber a constante dielétrica do liquido a ser medido para a calibração completa do sensor. Com as medições de cheio e vazio o nível de liquido deriva da referência da saída em relação a esses valores. 
A parte eletrônica do sensor encarrega-se da calibração e apresentação dos dados para uso dos sistemas de controle
Automação Predial: Sensores
A face sensora: É a superfície de onde emerge o campo electroestático. É importante notar que nos modelos não embutidos, com região sensora lateral, são sensíveis aos materiais à sua volta.
Distância Sensora Nominal (Sn): É a distância sensora teórica, a qual utiliza um alvo padrão como acionador
e não considera as variações causadas pela temperatura de operação e tensão de alimentação. É a distância em que os sensores são especificados.
Distância Sensora Efetiva (Su): Valor influenciado pela instalação e considera as variações causadas pela temperatura de operação:
0,9Sn  Sr  1,1 Sn.
Su = ±10% Sr
0,81  Sn  Su 1,21Sn
Distância sensora real (Sr): Valor influenciado pela instalação, especificado à temperatura ambiente (± 22°C) e a tensão de operação nominal, possui desvio máximo de 20% sobre a distância sensora nominal
0,9 Sn < = Sr < = 1.1 Sn
Distância Sensora Operacional (Sa): É a distância observada na prática, sendo considerados os fatores de instalação (81% Sn) e um fator que é proporcional ao dielétrico do material a ser detetado, pois o sensor capacitivo reduz sua distância quanto menor o dielétrico do acionador.
Sa = 0,81 . Sn . F(r)
Automação Predial: Sensores
Sa = 0,81 . Sn . F( r)
Distâncias de funcionamento (Sa): A distância de funcionamento de um sensor está relacionada com a constante dielétrica (r) do material do objeto a ser detetado. Quanto maior for o valor do fator F(r), mais fácil é a deteção do objeto. A distância garantida de deteção depende do material do objeto:
Automação Predial: Sensores
Aplicações: Sensor de Nível ou de liquido através das paredes do tanque
Automação Predial: Sensores
O sensor é ajustado de modo que não "veja" a parede do recipiente.
À medida que o nível sobe, o fluido afecta o campo do sensor….
…Até que o sensor comute!...
Aplicações: Sensor de Nível através das paredes do tanque
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Aplicações: Sight-tube level detection
Automação Predial: Sensores
Outras aplicações:
Automação Predial: Sensores
Outras aplicações:
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Vantagens & Desvantagens
Tal como acontece com qualquer tecnologia de detecção, os sensores capacitivos têm vantagens e desvantagens. Talvez seu maior atributo seja sua capacidade de resolver medidas abaixo de um micro-polegada (<25nm), numa fracção do custo de outras tecnologias de alto desempenho. A maioria é "passiva" por design, permitindo que eles sejam usados em ambientes extremos, mantendo a estabilidade. Os sensores podem ser facilmente customizados, permitindo que sejam adaptados a uma variedade de aplicações ou configurações. Eles são imunes à composição alvo e funcionam igualmente bem em todos os alvos condutores, ao contrário dos sensores indutivos. A maior parte, são imunes a ruídos ultra-sónicos, condições de iluminação, humidade e temperatura…
A tecnologia de capacitância determina que o sensor seja montado perto do alvo. Isso aumenta a probabilidade de colisão com o sensor ou danificar o material a ser medido. A faixa de medição e standoff do sensor, raramente é superior a 15mm. Os sensores de capacitância também devem ser mantidos limpos. A sujidade ou outros detritos estranhos podem causar um desvio na medição, de modo que pode ser necessária uma limpeza frequente, dependendo da aplicação. Estes tipos de sensores não são tipicamente utilizados em aplicações em que estão presentes gotículas de óleo ou fluidos de corte.
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Vantagens & Desvantagens
Vantagens
Detecta metal e não metal, líquidos e sólidos.
Pode-se ver através de certos materiais (caixas e produtos).
Grande sensibilidade de detecção
Muitas configurações da montagem.
Desvantagens
Distância de detecção muito curta,varia de 25 m a 25 mm, e varia de acordo com o material a ser detectado.
Muito sensível a fatores ambientais – humidade e temperatura.
Inexiste controle do que se aproxima do sensor.
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http://www.mtiinstruments.com/products/capacitancemeasurement.aspx
http://www.ab.com/en/epub/catalogs/12772/6543185/12041221/12041231/Standard-Target-for-Capacitive-Proximity-Sensors.html
http://blog.pepperl-fuchs.us/blog/bid/298411/Electronic-Sensor-Outputs-and-Wiring-Configurations
http://ee.ascs3.uakron.edu/ida/sensors/
http://machinedesign.com/sensors/proximity-sensors-compared-inductive-capacitive-photoelectric-and-ultrasonic
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