ATPS de sensores

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ATPS
De
Sensores
e
Atuadores
 Industriais
Angélica Schiavon Barbosa RA 8622282303
Cesar Augusto Mazzotti Filho RA 1299103521
Gildeone Henrique RA 8486216875
João André Garces Neto RA 8412113220
Rafael Cabral Fernandes RA 4237811889
Rafael dos Santos RA 8521821104
Walace Pereira RA 7284618264
Laboratório de Sensores e Atuadores
Sensores De Umidade
Sensor é um dispositivo que gera uma grandeza no domínio da eletricidade que pode ser utilizada como medida de um parâmetro físico, químico ou biológico. No caso do sensor de umidade, informações de grandezas no domínio da eletricidade representam a medida de umidade no solo. Um modelo teórico permite explicar a relação entre estes dois domínios e é construído a partir do comportamento de termistores e da transmissão de calor gerado por uma fonte de calor pontual em um meio constituído de um material poroso.Como Funciona um sensor capacitivo em película fina de polímero, que consiste de um substrato sobre o qual é depositada uma película fina de polímero, entre dois eletrodos condutores. A superfície de sensoriamento é revestida com um eletrodo de metal poroso, para protegê-la de contaminação e da exposição à condensação. O substrato é normalmente de vidro ou de cerâmica. A película fina de polímero absorve ou libera vapor de água, quando a umidade relativa do ar no ambiente aumenta ou diminui. As propriedades elétricas da película de polímero dependem da quantidade de água absorvida. Com a mudança da umidade relativa ao redor do sensor, as propriedades dielétricas da película de polímero mudam, mudando também a capacitância do sensor. O circuito eletrônico do instrumento mede a capacitância do sensor e converte essa medida em uma leitura de umidade relativa. 
Aplicações Típicas para Medições de Umidade Os instrumentos para umidade, com sensores, são adequados para uma ampla gama de aplicações. Desde energia a aço, de ciências da vida a automação predial, muitos setores precisam medir a umidade – citando apenas alguns: A umidade precisa ser medida e controlada em muitos processos de secagem, tais como os de fabricação de papel, materiais de construção, e secadores em leito fluidizado. A umidade do ar no processo é um bom indicador da progressão no processo de secagem. Salas limpas e outros ambientes críticos também necessitam de medições ambientais de alto desempenho, para poderem operar consistentemente e dentro das especificações. Além disso, glove-box e isoladores – usados para o manuseio de materiais sensíveis à umidade ou a produtos químicos - se beneficiam das medições precisas e confiáveis da umidade. A medição da umidade em um ambiente crítico pode ser especialmente desafiadora. Na indústria de alimentos, os secadores e fornos, usados para assar pães e para a fabricação de cereais, necessitam de uma umidade cuidadosamente controlada, para manter consistentes a qualidade e a alta produção e para atribuir características distintas ao produto final. Na automação de edifícios, otimizar tanto a temperatura como a umidade relativa do ambiente interno permite um nível maior de conforto aos ocupantes, do que apenas a otimização da temperatura. O controle cuidadoso da umidade é fundamental em museus, arquivos, armazéns e outros ambientes onde são armazenados materiais sensíveis à umidade.
Sensor De Umidade para Arduino
Sensor de Umidade do solo em Varias Profundidades
Circuitos de Umidade
Sensores de umidade do tipo capacitivo são usados em higrômetros, no controle da umidade relativa de ambientes sensíveis e em muitas outras aplicações semelhantes. Para esses sensores são utilizados circuitos especiais. 
Os sensores de umidade do tipo capacitivo se baseiam na mudança de capacitância de um elemento sensor quando ele absorve umidade. A maneira mais simples de se interfacear esse sensor com um circuito de medida de modo a se obter uma tensão (ou um sinal com característica proporcional à umidade relativa) é usando um circuito oscilador. O oscilador gera um sinal cuja freqüência muda com a umidade relativa. Esse sinal pode ser usado diretamente, sendo aplicado a um timer/contador de um microprocessador, ou então integrado para se obter uma tensão. 
 Esse componente consiste em um oscilador completo que tem sua freqüência determinada apenas por um resistor externo. Esse resistor pode ser fixo ou ainda um sensor resistivo, como no caso do sensor de temperatura mostrado na figura 1.
 
 A grande versatilidade desse componente está no fato de que ele pode gerar sinais de alguns hertz até 33 MHz.
 O circuito para um sensor capacitivo de umidade relativa é ilustrado.
 
 Esse circuito fornece um sinal de saída que consiste numa freqüência de 0 a 1 kHz para 0 a 100% de umidade. Observe o uso de componentes de precisão nessa aplicação e os componentes de ajuste.
 
 Sensores De Viscosidade
O que é Viscosidade?
É a medida da resistência interna de um fluido (gás ou líquido) ao fluxo, ou seja, é a resistência oferecida pelo líquido quando uma camada se move em relação a uma camada subjascente. Quanto maior a viscosidade, maior é a resistência ao movimento e menor é sua capacidade de escoar (fluir). Assim, um líquido como o melado, que resiste grandemente ao movimento, possui elevada viscosidade, ao contrário da água, na qual a viscosidade é muito menor, o que torna menor a sua resistência ao movimento. Em outras palavras, a viscosidade de um fluido é a propriedade que determina o valor de sua resistência ao cisalhamento. É a propriedade principal de um lubrificante, pois está diretamente relacionada com a capacidade de suportar cargas. Quanto mais viscoso for o óleo, maior será a carga suportada.
A viscosidade é a conseqüência do atrito interno de um fluido. Resulta da resistência que um fluido oferece ao movimento, daí a sua grande influência na perda de potência e na intensidade de calor produzido nos mancais.
O viscosímetro, também de chamado de viscómetro (português europeu) ou viscômetro (português brasileiro), é um equipamento utilizado para medir a viscosidade dos fluidos. Para líquidos com viscosidades que variam com as condições de fluxo, um instrumento chamado reômetro é utilizado. Viscosímetros medem somente sob uma condição de fluxo.
Em geral, ou o fluido permanece estacionário e o objeto se move dentro dele, ou o objeto é estacionário e o fluido passa por ele. O arrasto causado pelo movimento relativo entre o fluido e a superfície é a medida da viscosidade. As condições de fluxo devem possuir um valor para o número de Reynolds suficientemente baixo para que se tenhafluxo laminar.
A 20 graus Celsius a viscosidade da água é 1,002 mPa·s e a viscosidade cinemática (que é a razão da viscosidade pela densidade[1] ) é 1,0038mm²/s. Estes valores são utilizados como padrão de calibração para alguns viscosímetros.
Viscosímetros de esfera em queda
Fluido passando pela esfera.
Este tipo de viscosímetro se baseia na lei de Stokes. O líquido permanece estacionário em um tubo vertical de vidro. Uma esfera de tamanho e densidade conhecidos é deixada descer por um líquido. Se escolhida corretamente, ela atinge a velocidade terminal, que pode ser medida através do tempo que leva para passar por duas marcas no tubo. Sensores eletrônicos podem ser utilizados para fluidos opacos. Conhecendo-se a velocidade terminal, tamanho e densidade da esfera, e a densidade do líquido, a lei de Stokes pode ser utilizada para calcular a viscosidade do fluido. Umasérie de esferas de aço de diferentes diâmetros são normalmente utilizadas para melhorar a acurácia do cálculo em experimentos clássicos. Experimentos escolares utilizam glicerina como fluido. A técnica é utilizada industrialmente para checar a viscosidade de fluidos utilizados nos processos, tais como diversos tipos de óleos epolímeros líquidos.
Em 1851, George Gabriel Stokes derivou uma expressão para a força de atrito exercida em objetos esféricos com baixos números de Reynolds (por exemplo, patículas muito pequenas) em um fluido viscoso contínuo através da modificação do pequeno limite de massa do fluido das equações gerais de Navier-Stokes:
F= 6.π.r.ɳ.ʋ{\displaystyle F=6\pi r\eta v\,}
onde:
{\displaystyle F}F é a força de atrito;
{\displaystyle r}r é o raio do objeto esférico;
{\displaystyle \eta }ɳ é a viscosidade do fluido;
{\displaystyle v}ʋ  é a velocidade da partícula.
Se as partículas estão em queda no fluido viscoso devido ao ser próprio peso, então uma velocidade terminal é alcançada quando a força de atrito combinada com o empuxoanulam a força gravitacional. A velocidade terminal resultante é dada por:
{\displaystyle V_{s}={\frac {2}{9}}{\frac {r^{2}g(\rho _{p}-\rho _{f})}{\mu }}}	Vs=
onde:
Vs é a velocidade terminal da partícula (m/s) (vertical para baixo se  {\displaystyle \rho _{p}>\rho _{f}}, e vertical para cima se  {\displaystyle \rho _{p}<\rho _{f}});
{\displaystyle r}r é o raio de Stokes da partícula (m);
g é a aceleracão da gravidade (m/s²);
ρp é a densidade da partícula (kg/m³);
ρf é a densidade do fluido (kg/m³);
{\displaystyle \mu }µ é a viscosidade do fluido (Pa·s).
Note que um fluxo de Stokes é assumido, para que o número de Reynolds seja baixo.
Um fator limitante na validade deste resultado é a dureza da esfera utilizada.
Uma modificação do viscosímetro de esfera em queda é o viscosímetro de bola rolante, que marca o tempo de uma bola rolando em um plano inclinado enquanto imersa no fluido teste.
Viscosímetros de rotação
Os viscosímetros de rotação do tipo Brookfield são constituídos por um elemento rotante de forma cilíndrica ou em disco, inserido em um recipiente cilíndrico contendo o fluido do qual se deseja medir a viscosidade. É exercido um torque no elemento rotante para colocá-lo em movimento. Mede-se então o torque necessário para se chegar a uma determinada velocidade de rotação, e este torque é dependente da viscosidade do fluido. A faixa de medição típica vai de 5 a 400000 cP.
Esquemático de viscosímetro de Couette: 1-Cilindro girante; 2-Fluido; 3-Parede externa.
Já em viscosímetros do tipo Couette, o recipiente cilíndrico rotaciona a uma determinada velocidade angular enquanto que o cilindro interno é mantido fixo e imerso no fluido. Mede-se a força necessária para manter o cilindro interno parado; a partir da medida desta força, consegue-se determinar a viscosidade do fluido.
Estes viscosímetros são de difícil adaptação ao controle de processos industriais.
Viscosímetros de vibração
São bastante utilizados por indústrias para medir a viscosidade de fluidos utilizados durante os processos industriais.
Uma barra é imersa no fluido e esta vibra com determinada frequência. Diferentes modos operacionais podem ocorrer a fim de determinar a viscosidade do fluido:
Medida da amplitude de vibração da barra, que é determinada pela viscosidade do fluido;
Medida da potência necessária para manter a barra vibrando a uma amplitude constante;
Medida do tempo de decaimento da oscilação quando desligada a vibração. Quanto maior a viscosidade, mais rápido é o decaimento do sinal.
A viscosidade de fluidos muito ácidos ou muito básicos pode também ser medida adicionando-se uma cobertura de proteção no viscosímetro, tal como uma camada de esmalte, ou modificando o material do sensor (o sensor é a barra vibratória).
Viscosímetros de pistão oscilante
Também conhecidos como viscosímetros eletromagnéticos, consistem de um pistão metálico que se move dentro de uma câmara cheia de fluido, sob a influência de um campo eletromagnético oscilante. O período da oscilação do pistão é proporcional à viscosidade, para uma dada intensidade do campo. O próprio medidor consegue manter a temperatura do fluido constante durante a medição.
Esse instrumento pode ser usado para medição on-line de viscosidade.
Viscosimetro
 
Sensor de viscosidade mede variações de 0,1 a 2.000 cps
 
Sensores de pH (Potencial de Hidrogeniônico)
O que é pH? pH significa "potencial Hidrogeniônico", uma escala logarítmica que mede o grau de acidez, neutralidade ou alcalinidade de uma determinada solução.
Este conceito foi introduzido em 1909 pelo químico dinamarquês Søren Peter Lauritz Sørensen. O pH varia de acordo com a temperatura e a composição de cada substância (concentração de ácidos, metais, sais, etc.).
A escala compreende valores de 0 a 14, sendo que o 7 é considerado o valor neutro. O valor 0 (zero) representa a acidez máxima e o valor 14 a alcalinidade máxima. Valores abaixo de zero ou superiores a 14 também podem ser verificados em algumas substâncias.
As substâncias são consideradas ácidas quando o valor de pH está entre 0 e 7 e alcalinas (ou básicas) entre 7 e 14. Segue abaixo algumas soluções e respectivos valores de pH:
Vinagre: 2,9 
Coca-cola: 2,5
Saliva Humana: 6,5 - 7,4
Água natural: 7
Água do mar: 8 
Cloro: 12,5
Sensores de pH
 
Sensores de Brix
Brix (símbolo °Bx) é uma escala numérica que mede a quantidade de sólidos solúveis (entenda-se basicamente como açúcar ou sacarose) em uma fruta, em cana-de-açúcar, em suco de frutas, em tomate cereja, etc. Falando de uma forma mais simples ainda, o grau Brix pode ser considerado o grau de doçura de uma fruta ou um líquido.
Utiliza-se esse índice para aferir a qualidade em grande número de frutas, tomate, cana-de-açúcar. Quanto mais alto o grau Brix, maior a doçura e a qualidade. Só para se ter uma noção de importância do Brix, na indústria do açúcar paga-se mais pela cana que possuir Brix mais elevado.
Brix  é uma escala numérica de índice de refração (o quanto a luz desvia em relação ao desvio provocado por água destilada) de uma solução, comumente utilizada para determinar, de forma indireta, a quantidade de compostos solúveis numa solução de sacarose, utilizada geralmente para suco de fruta. A escala Brix é utilizada na indústria de alimentos para medir a quantidade aproximada de açúcares em sucos de fruta, vinhos e na indústria de açúcar, bem como outras soluções. A escala de brix, criada por Adolf Ferdinand Wenceslaus Brix, foi derivada originalmente da escala de Balling, recalculando a temperatura de referência de 15,5 °C.
A quantidade de compostos solúveis corresponde ao total de todos os compostos dissolvidos em água, começando com açúcar, sal,proteínas, ácidos e etc e os valores de leitura medido é a soma de todos eles. Um grau Brix (1°Bx) é igual a 1g de açúcar por 100 g de solução, ou 1% de açúcar. Uma solução de 25 °Bx tem 25 gramas do açúcar da sacarose por 100 gramas de líquido. Ou, para colocar de outra maneira, é 25 gramas do açúcar da sacarose e 75 gramas da água nos 100 gramas da solução.
O instrumento usado para medir a concentração de soluções aquosas é o refratômetro.
 
Sensores de Brix