Sensores de pressão

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Instituto SENAI de Inovação
Soluções Integradas em Metalmecânica
Sensores de Pressão
Prof Xavier
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Conceitos Básicos de Pressão
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Conceitos Básicos de Pressão
Pressão Diferencial 
	Diferença de Pressão entre dois pontos (P).
Pressão Estática 
	Pressão exercida por fluido em repouso ou tomada de impulso ortogonal ao sentido de fluxo.
Pressão Dinâmica ou Cinemática 
	Pressão exercida por fluido em movimento ou tomada de impulso no sentido do impacto do fluxo.
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Unidades de Pressão
Fatores de conversão de Unidades de Pressão.
Converter
Para as unidades abaixo, multiplique por
de
kgf/cm2
atm
psi
H2O
kPa
mm ca
bar
kgf/cm2
1
0,9678
14,223
394,70
98,0665
9996,59
0,9806
atm
1,0332
1
14,696
406,78
101,325
10328,75
1,0133
psi
0,0703
0,0680
1
27,68
6,8948
702,83
0,0689
H2O
0,0025
0,0024
0,036
1
0,2491
25,39
0,0025
kPa
0,0102
0,0099
0,145
4,02
1
101,94
0,0100
mm ca
0,0001
0,0001
0,0014
0,04
0,0098
1
0,0001
bar
1,0797
0,9869
14,503
402,46
100,000
10193,68
1
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Sensores mecânicos
Sensor que utiliza alterações mecânicas provocadas pela variável a ser medida.
Não necessita de energia elétrica para trabalhar, já que a própria variável gera a atuação. 
Exemplos: 
A deformação elástica de um elemento;
A dilatação de um material.
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Sensores eletrônicos
São sensores que geram um sinal elétrico ou a variação de alguma característica elétrica como resultado da ação que a variável exerce sobre ele. 
Podem ser:
Resistivo
Capacitivo
Piezoelétrico
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Sensores Mecânicos de Pressão
O princípio básico em sistemas de pressão é a razão entre uma forca aplicada a uma superfície e a sua área.
 Os sistemas de sensoriamento e medição de pressão mais usuais são:
Medidor por coluna de líquido
Medição por deformação de um elemento elástico
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Sensor de Pressão de coluna de líquido
Medidor em “U”
Este sensor baseia-se no equilíbrio de um sistema onde uma das pressões e conhecida.
 
Indica a pressão manométrica.
É formado por um tubo em “U” com mercúrio (ou outro liquido) e com uma escala graduada onde o valor da pressão é dado pelo desnível entre colunas.
No tubo em “U” a equação manométrica resulta:
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Sensor de Pressão de coluna de líquido
Medidor em “U”
O medidor de coluna possui o mesmo principio que o medidor em U, sendo que a pressão na parte superior do tubo e nula (vácuo),
A medição e de pressão absoluta.
A escala esta graduada em unidades de pressão.
A pressão P resulta da equação: P = δ × g × h
No medidor de coluna reta inclinada a equação é
 onde “A” é a área do reservatório, “a” é a área transversal da coluna e “α” é o angulo de inclinação.
Tubo em “U” com diâmetros diferentes
Tubo em “U” inclinado
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Sensor de Pressão de coluna de líquido
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Sensor de Pressão 
O princípio deste tipo de sensor é o de equilíbrio entre forças: a pressão exerce uma força sobre um componente elástico cuja deformação exerce uma força contrária, proporcional à deformação (Lei de Hooke).
Os três tipos básicos de elementos elásticos são: diafragmas, foles e tubos Bourdon
Medição por deformação de um elemento elástico
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Sensor de Pressão 
O tubo de Bourdon são tubo confeccionados com secção elíptica e podem se apresentar nas formas tipo C, espiral e helicoidal.
Quando o tubo se enche por causa da pressão exercida pelo fluido, ele se desenrola gerando um movimento que que pose transmitido a um ponteiro, que vai indicar a medida de pressão.
O nome se deve a E. Bourdon, que patenteou o dispositivo em 1852.
Sensor de Tubos de Bourdon
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Sensor de Pressão 
Manômetro de Tubo de Bourdon
Sensor de Tubos de Bourdon
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Sensor de Pressão 
Os diafragmas podem ser metálicos ou não metálicos.
A deflexão depende de fatores como: diâmetro, espessura, tipo do corrugado, números de corrugados, elasticidade do material e da pressão aplicada.
Os metais mais empregados são: latão, bronze-fósforo, cobre-berílio, aço inoxidável, monel e hasteloy.
Os materiais não metálicos usualmente utilizados
são: teflon, neoprene e polietileno.
Sensor tipo Diafragma
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Sensor de Pressão 
Os foles sofrem expansão e retração quando submetidos a pressão.
Os foles são confeccionados através de estrangulamentos axiais sucessivos, aplicados a tubos metálicos de paredes finas e sem costuras;
Os metais mais empregados são: latão, bronze-fósforo, cobre-berílio, aço inoxidável e monel.
A escolha do material depende da pressão e das condições de corrosão que o material será exposto.
Sensor tipo Fole
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Sensores eletrônicos
Resistivo
Para variarmos a resistência de um condutor devemos analisar a equação geral da resistência:
R : Resistência do condutor
 : Resistividade do material
L : Comprimento do condutor
S : Área da seção transversal. 
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Sensores eletrônicos
Resistivo
A variável de processo produz no sensor resistivo uma variação de resistência elétrica, como, por exemplo, a variação de resistência num elemento condutor ou a variação de resistência de um elemento submetido a uma tração ou compressão. 
Ex.: strain gage
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Sensores eletrônicos
Piezoelétrico
Determinados cristais desenvolvem em sua rede cristalina cargas elétricas quando submetido a um esforço mecânico
Os cristais mais utilizados neste tipo de transdutor são o quartzo, a turmalina e o monofosfato de amônia.
 A carga é gerada por deformação, sem a necessidade de fonte externa , porém com níveis muito baixos, o que torna necessário a amplificação do sinal.
Os transdutores piezoelétricos são indicados para medir pressões que variam rapidamente ou seja medições dinâmicas; uma vez que vão perdendo a carga com o tempo.
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Sensores eletrônicos
Capacitivo
Trata-se de um capacitor formado por duas placas paralelas de área A separadas por uma distancia d, num meio dielétrico de permissividade relativa εr. Sua capacitância C e dada pela expressão:
Onde εo e a permissividade no vácuo ou no ar. Assim, sendo a área constante, as duas formas de variar a capacitância são: variar a distancia entre as placas ou variar o dielétrico
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Transmissor Pneumático de Pressão 
Os transmissores pneumáticos Transmitem um sinal pneumático linear de 3 a 15 PSI equivalente a uma variação de O a 100% da variável. 
Esta faixa de transmissão é normalizada pelaSAMA (ScientificAparatus Makers Association) e é adotada por fabricantes de transmissores e controladores nos Estados Unidos.
Em países que utilizam sistema métrico decimal é empregado o sinal de 0,2 a 1,0 kgf/cm2 que equivale a aproximadamente 3 a 15 PSI.
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Transmissor Pneumático de Pressão 
O elemento de medição está em contato com a variável e produz uma alteração de força ou movimento que é transmitido por uma barra de força a um detector pneumático constituído por um conjunto bico-palheta.
 O movimento produzido sobre a palheta altera a contrapressão do bico acionando o relé piloto que possui a função em amplificar a pressão e aumentar a vazão de ar de transmissão.
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Transmissor Eletrônico de Pressão 
Com Sensor Extensométrico
Baseia-se no princípio de variação da resistência de um fio, mudando-se as suas dimensões.
 
O sensor consiste de um fio firmemente colado sobre uma lâmina de base, dobrando-se tão compacto quanto possível.
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Transmissor Eletrônico de Pressão 
Com sensor extensométricomontado com ligação tipo ponte de Wheatstone.
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Transmissor Eletrônico de Pressão 
Com Sensor Capacitivo
Este sensor resume-se na deformação de uma das armaduras do capacitor, a qual altera o valor da capacitância total e que é medida por um circuito eletrônico.
Esta montagem expõe a célula capacitiva às rudes condições do processo, principalmente a temperatura, necessitando de circuitos sensíveis à temperatura montados juntos ao sensor.
Outra característica é a falta de linearidade entre a capacitância e a distância das armaduras devido á deformação não linear, sendo necessário uma compensação (linearização) a cargo do circuito eletrônico.
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Transmissores Eletrônicos de Pressão 
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