Apresentação Sensores

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SENSORES – INDUTIVOS, CAPACITIVOS E ÓPTICOS
 ADRIANO F. DOS SANTOS RA: 2012294
 CLEBER DOS SANTOS RA: 2010869
 DÉBORAH A. C. TEODORO RA: 2012610
 DIEGO NAITZKI RA: 2010895
 MAURÍCIO SALLA RA: 2010213
 VALDIR B. GANDOLFI JR RA: 2011025
					
RIO CLARO - SP
2015
SUMARIO
1.	INTRODUÇÃO	4
2.	OBJETIVO	4
3.	SENSORES INDUTIVOS	5
3.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO	5
3.2. FACE SENSORA	5
3.2.1. DISTANCIA DE ACIONAMENTO	6
3.2.2. DISTANCIA SENSORA NOMINAL (SN)	6
3.2.3. ALVO PADRÃO	6
3.2.4. DISTANCIA SENSORA REAL	7
3.2.5. DISTANCIA SENSORA EFETIVA (SU)	7
3.2.6. DISTANCIA OPERACIONAL (SA)	7
3.2.7. MATERIAL DO ACIONADOR	7
3.3. HISTERESE	8
3.4. REPETIBILIDADE	8
3.5. EMBUTIDO	8
3.6. NÃO EMBUTIDO	9
3.7. SEMI EMBUTIDO	9
3.8. APLICAÇÕES	9
3.9. VANTAGENS	10
3.10. DESVANTAGENS	10
3.11. CUIDADOS NA INSTALAÇÃO	10
3.11.1. CONFIGURAÇÃO CORRETA	10
3.11.2. CABO DE CONEXÃO	10
3.11.3. OSCILAÇÃO	11
3.11.4. SUPORTE DE FIXAÇÃO	11
3.11.5. PARTES MÓVEIS	11
3.11.6. CONDIÇÕES AMBIENTAIS	11
4.	SENSORES CAPACITIVOS	12
4.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO	12
34.2. APLICAÇÕES	1�
4.3. VANTAGENS	14
4.4. DESVANTAGENS	14
5.	SENSORES ÓPTICOS	15
5.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO	15
5.2. METODO DE DETECÇÃO FOTOELETRICOS	16
5.2.1. TIPO BARREIRA	16
5.2.1.1. VANTAGENS	17
5.2.1.2. DESVANTAGENS	17
5.2.2. TIPO RETRO-REFLEXIVO	17
5.2.2.1. VANTAGENS	18
5.2.2.2. DESVANTAGENS	18
5.2.3. TIPO RETRO-REFLEXIVO POLARIZADO	19
5.2.4. TIPO DIFUSO REFLETIDO	20
5.2.4.1. VANTAGENS	21
5.2.4.2. DESVANTAGENS	21
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OBJETIVO
Uma esteira “A” deverá ser acionada quando uma peça metálica é colocada na posição 1 e deverá parar quando a peça chegar na posição 2. Crie um esquema, usando sensores ópticos, que desligue a esteira sempre que o sinal de um dos sensores é interrompido – simulado uma cortina de proteção ao operador. Faça o mesmo esquema para uma esteira “B” para peças não metálicas.
INTRODUÇÃO
O sensor pode ser definido como um componente que permite a análise de uma determinada condição do ambiente. Essa análise ambiental pode ser simples, como uma análise de temperatura, luminosidade, como também pode abranger uma maior complexidade como medição de distâncias, rotação de um motor.
Assim, podemos dizer que os sensores são transdutores, pois realizam a conversão de grandezas físicas em grandezas elétricas.
Sua aplicação é diversa, e o sensor a ser utilizado é definido a partir da necessidade do cliente.
SENSORES INDUTIVOS
Os sensores indutivos são equipamentos eletrônicos capazes de detectar a aproximação de peças metálicas, componentes, elementos de máquinas, entre outros e tem como objetivo a substituição às tradicionais chaves fim de curso. A detecção ocorre sem que haja o contato físico entre o sensor e o acionador, aumentando a vida útil do sensor por não possuir peças móveis sujeitas a desgastes mecânicos.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO
O princípio de funcionamento baseia-se na geração de um campo eletromagnético de alta frequência, que é desenvolvido por uma bobina ressonante instalada na face sensora.
A bobina faz parte de um circuito oscilador que em condição normal (desacionada) gera um sinal senoidal. Quando um metal se aproxima do campo, este por correntes de superfície (Foulcault), 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.
FACE SENSORA
É a superfície por onde emerge o campo eletromagnético.
DISTANCIA DE ACIONAMENTO
É a distância em que ao se aproximar o acionador da face sensora, o sensor muda o estado da saída. A distância de acionamento é em função do tamanho da bobina. Assim, não podemos especificar a distância sensora e o tamanho do sensor simultaneamente.
DISTANCIA SENSORA NOMINAL (SN)
É a distância sensora teórica (máxima), a qual utiliza um alvo padrão como acionador e não considera as variações causadas pela industrialização, temperatura de operação e tensão de alimentação. É o valor em que os sensores de proximidade são especificados.
ALVO PADRÃO
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 1mm de espessura, formato quadrado. 
O lado deste quadrado é igual ao diâmetro do círculo da face sensora ou 3 vezes a distância sensora nominal quando o resultado for maior que o anterior.
L = D (se 3 x Sn < D) ou:
L = 3 x Sn (se 3 x Sn > D)
D - Diâmetro da área onde emerge o campo eletromagnético
DISTANCIA SENSORA REAL
Valor influenciado pela industrialização, especificado em temperatura ambiente (20ºC) e tensão nominal, com desvio de 10%
DISTANCIA SENSORA EFETIVA (SU)
Valor influenciado pela temperatura de operação, possui um desvio máximo de 10% sobre a distância sensora real
DISTANCIA OPERACIONAL (SA)
É a distância em que seguramente pode-se operar, considerando-se todas as variações de industrialização, temperatura e tensão de alimentação
MATERIAL DO ACIONADOR
A 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.
HISTERESE
É a diferença entre o ponto de acionamento (quando o alvo metálico se aproxima da face sensora) e o ponto de desacionamento (quando o alvo se afasta 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.
REPETIBILIDADE
Pode ser considerado como a precisão do ponto de acionamento. Este parâmetro quantifica a variação da distância sensora nominal com: o tempo, temperatura e tensão de alimentação.
É calculada como a máxima variação da distância sensora, entre dois acionamentos consecutivos em um processo de 8 horas (+15ºC £ temp £ +30ºC), com ±5% de derivação da tensão de operação, normalmente é expresso em mm.
EMBUTIDO
Este tipo de sensor tem o campo eletromagnético emergindo apenas na face sensora e permite que seja montado em uma superfície metálica.
NÃO EMBUTIDO
Neste tipo o campo eletromagnético emerge também da superfície lateral da face sensora, sensível à presença de metal ao seu redor.
SEMI EMBUTIDO
O campo eletromagnético emerge somente na face sensora, mas é afetado por metais próximos a sua à face, podendo ser instalado em superfícies metálicas desde que obedeça uma distância livre a partir da superfície sensora. Esta distância varia de acordo com a tabela abaixo:
APLICAÇÕES
Muito aplicados para a substituição das chaves fim de curso pois não requerem contato físico para atuar.
Esse fator proporciona uma maior durabilidade, segurança e velocidade de trabalho do equipamento.
Geralmente tem grande aplicação também na indústria para sendo utilizados em máquinas para contar peças, medir velocidade e medição de diâmetros entre diversas outras aplicações.
VANTAGENS
Vantagens da detecção indutiva:
Muito boa resistência aos ambientes industriais;
Não possui contato físico com o objeto;
Aparelhos estáticos: sem peças em movimento no seu interior;
Maior vida útil, independentemente do número de manobras;
Velocidade elevada.
DESVANTAGENS
Detectam somente a presença de alvos metálicos;
A amplitude operacional é menor do que em outras tecnologias sensoras;
Podem ser afetados por campos eletromagnéticos fortes.
CUIDADOS NA INSTALAÇÃO
Relacionamos a seguir os principais cuidados que o usuário deve observar durante a instalação e operação dos sensores eletrônicos de proximidade. A não observação destes itens pode provocar o mau funcionamento e até mesmo um danopermanente no sensor, com a consequente perda da garantia.
CONFIGURAÇÃO CORRETA
Observar os diagramas de conexões identificando as cores dos fios ou os pinos dos conectores, antes de instalar o sensor evitando principalmente que a saída do sensor seja ligada a rede elétrica causando uma explosão interna.
CABO DE CONEXÃO
Evitar que o cabo de conexão do sensor seja submetido a qualquer tipo de esforço mecânico.
OSCILAÇÃO
Como os sensores são resinados, pode-se utilizá-los em máquinas com movimentos, apenas fixando o cabo junto ao sensor através de braçadeiras, permitindo que só o meio do cabo oscile.
SUPORTE DE FIXAÇÃO
Evitar que o sensor sofra impactos com outras partes ou peças e não seja utilizado como apoio.
PARTES MÓVEIS
Durante a instalação observar atentamente a distância sensora do sensor e sua posição, evitando desta forma impactos com o acionador.
CONDIÇÕES AMBIENTAIS
Evitar submeter o sensor a condições ambientais severas com temperatura de operação acima do limite do sensor.
SENSORES CAPACITIVOS
São sensores semelhantes aos de proximidade indutivos, porém sua diferença está exatamente no princípio de funcionamento, o qual baseia-se na mudança da capacitância da placa detectora localizada na região denominada face sensível.
Estes sensores eletrônicos são acionados quando qualquer objeto (vidro, grãos e até líquidos) invade sua área sensível, promovendo a mudança de seu estado lógico.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO
Seu funcionamento se dá por meio de incidência de um campo elétrico que é gerado por cargas elétricas em sua face, formando assim um capacitor.
É característica de todo capacitor o aumento de sua capacitância quando colocamos algum tipo de massa dielétrica entre seus eletrodos, sendo assim, quando aproximamos qualquer material líquido ou sólido à face do sensor, ele atuará como massa dielétrica aumentando a capacitância.
A alteração da capacitância da placa sensível, é enviada a um circuito detector que transforma a variação da frequência em nível de tensão. O circuito trigger, trata de receber o sinal de tensão gerado no detector e transformá-lo em onda quadrada adequada à excitar um circuito de comutação o que já é o suficiente para acionar circuitos externos.
As modificações do comportamento do oscilador são interpretadas pelo trigger de modo a obter uma saída de sinais alto-baixo, ou seja, uma onda quadrada, capaz de excitar um circuito de potência, tal como um transistor, obtendo assim uma chave liga-desliga em estado sólido, com condições de efetuar um chaveamento sobre bobinas de reles, pequenos contatores, ou mesmo circuitos lógicos.
APLICAÇÕES
Os sensores capacitivos são largamente utilizados para a detecção de objetos de natureza metálica ou não, tais como madeira, papelão, cerâmica, vidro, plástico, alumínio, laminados ou granulados, pós de natureza mineral como talco, cimento, argila entre outros.
Os líquidos de maneira geral são ótimos atuadores para os sensores capacitivos, não importando se são condutivos ou não, a viscosidade ou cor. Desta forma excelentes sistemas para controle de níveis máximos e mínimos de líquidos ou sólidos são obtidos com a instalação de um ou dois sensores, mesmo que mergulhados totalmente no produto.
Mesmo para outros fins de detecção, tais como contagem de garrafas, caixas, pacotes ou peças, o sensor capacitivo dotado de ajuste de sensibilidade é extremamente versátil, resolvendo problemas de automação, de difícil solução com sistemas convencionais. 
VANTAGENS
Funcionam em quaisquer condições de ambiente;
Detectam metais e não metais, líquidos e sólidos;
Acionamento sem contato físico;
Alta durabilidade;
Manutenção praticamente inexistente;
Alta velocidade de comutação.
DESVANTAGENS
Distância sensora curta (uma polegada ou menos);
Varia amplamente de acordo com o material a ser detectado;
Muito sensível aos fatores ambientais - umidade em climas litorâneos podem afetar o resultado da detecção;
Nem um pouco seletivo em relação ao alvo - o controle do que se aproxima do sensor é essencial.
SENSORES ÓPTICOS
Os sensores fotoelétricos ou ópticos utilizam a luz infravermelha para detectar um objeto. O seu princípio de funcionamento baseia-se em dois circuitos eletrônicos: um emissor do feixe de luz e outro receptor do mesmo.
O emissor envia um feixe de luz de forma pulsada através de um fotodiodo de modo a evitar que o receptor confunda esta luz com a luz ambiente. O receptor possui um fototransistor sensível a luz, e um circuito que reconhece somente a luz vinda do emissor.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO
O sensor de luz ou fototransistor, é o componente eletrônico usado para detectar a luz vinda direta ou refletidamente do emissor.
Fotodiodos ou fototransistores são componentes robustos em estado sólido que causam uma mudança na corrente conduzida dependendo da quantidade de luz detectada.
Para melhorar a eficiência de detecção o LED e o fotosensor são frequentemente casados. O fotosensor e os circuitos associados são chamados de receptor.
Os LEDs emitem luz sobre uma grande área e os foto sensores percebem esta luz também em uma grande área. Lentes são usadas em frente ao emissor de luz LED e ao fotosensor para estreitar esta área. 
À medida que a área é estreitada, o alcance do LED ou do fotosensor aumenta, aumentando o alcance de funcionamento para detectores fotoelétricos.
Os detectores fotoelétricos otimizados para grande alcance emitem o feixe de luz bastante estreito, o que pode dificultar o alinhamento devido ao campo de visão também ser consequentemente estreito.
Outros detectores fotoelétricos são projetados para a detecção de objetos sobre uma grande área, tendo um campo de visão mais largo e um alcance total mais curto.
Uma vez que uma mudança suficiente no nível de luz é detectada, o detector fotoelétrico comuta um dispositivo de saída para prover um sinal para o controlador lógico a que o detector está conectado. Muitos tipos de saídas de sinal discreto (digital) ou variável (analógico) estão disponíveis, cada uma com vantagens e desvantagens particulares.
METODOS DE DETECÇÃO FOTOELETRICOS
TIPO BARREIRA
Também conhecido por feixe transmitido, feixe direto ou sistema barragem. Nesse tipo de detecção o emissor e o receptor estão contidos em corpos separados.
Estas duas unidades são posicionadas opostamente uma à outra, de modo que a luz do emissor atinja diretamente o receptor. O alvo deve interromper (bloquear) o feixe entre o emissor e receptor.
Detectores de feixe transmitido fornecem o maior alcance e o maior nível de margem de operação. A margem em aplicações com feixe transmitido com distância entre emissor e receptor de menos de 10 metros pode exceder 10.000 vezes.
Por este motivo, o feixe transmitido é o melhor modo de detecção quando se operar em ambientes industriais muito empoeirados ou sujos. A aplicação de feixe transmitido mais confiável tem uma alta margem quando o alvo está ausente e uma margem zero quando o alvo está presente.
A detecção por feixe transmitido pode não ser adequada para a detecção de alvos transparentes ou translúcidos: a alta margem permite que o detector “veja através” destes alvos. Apesar de ser possível reduzir a sensibilidade do receptor, a detecção por feixe retro-refletido pode fornecer uma solução melhor para tais tipos de alvos.
VANTAGENS
Podem detectar pequenos objetos a longas distâncias (maior alcance);
Alta margem em ambientes contaminados por partículas em suspensão;
A saída não é afetada por reflexões de superfície secundária;
Os objetos podem ser opacos ou pouco translúcidos.
DESVANTAGENS
Mais caro, devido a exigência de emissor e receptor em separado;
Necessita de duas conexões elétricas em separado;
O alinhamento do feixe de luz emissor-receptor torna-se muito importante;
Não detecta objetos completamente transparentes.
TIPO RETRO-REFLEXIVO
O feixe retro-refletidoé o modo de detecção mais popular.
Um detector com feixe retro-refletido contém tanto o emissor quanto o receptor em um mesmo corpo. O feixe de luz gerado pelo emissor é refletido por um objeto refletivo especial e detectado pelo receptor.
O alvo é detectado quando ele bloqueia o feixe de luz. O objeto refletivo pode ser um espelho prismático ou fitas refletoras. As fitas refletoras não precisam ser alinhadas de forma perfeitamente perpendicular ao detector.
Os detectores por feixe retro-refletido são mais fáceis de instalar que os detectores de feixe transmitido. Somente a unidade emissora/receptora deve ser instalada e conectada. Entretanto, a margem quando o alvo está ausente é tipicamente 10 a 1.000 vezes menores que aquelas na detecção por feixe transmitido, tornando a detecção por feixe retro-refletido menos desejável em ambientes altamente contaminados.
São adequados para detectar objetos opacos, translúcidos e até transparentes.
Deve ser tomado cuidado quando se aplicar detectores por feixe retro-refletido comuns em aplicações onde alvos brilhantes ou altamente refletivos devem ser detectados, pois as reflexões do próprio alvo podem ser detectadas como se fossem do refletor. Às vezes é possível orientar o detector e o refletor (ou fita refletora) de modo que o alvo brilhante reflita a luz para longe do receptor, por exemplo, montando o sensor a 45º da face refletiva do objeto.
VANTAGENS
Maior facilidade de instalação que o tipo barreira, pois possui corpo único e é de fácil alinhamento;
E mais barato que o feixe transmitido porque a fiação é mais simples (corpo único);
Possibilidade de detecção de objetos transparentes. Para objetos transparentes sempre há uma atenuação, permitindo ajustes no potenciômetro de sensibilidade do sensor de forma a detectar esse objeto;
Os objetos podem ser opacos, translúcidos e até transparentes.
DESVANTAGENS
Uma possível falha no emissor é avaliada como detecção de um objeto;
O espelho prismático ou fitas refletoras podem se sujar provocando falhas no funcionamento;
Possui alcance mais curto que o feixe transmitido;
Possui menor margem de detecção que por feixe transmitido;
Pode não detectar objetos brilhantes (usar a polarização).
TIPO RETRO-REFLEXIVO POLARIZADO
Para a detecção de alvos brilhantes pode-se usar detectores por feixe retro refletido com luz polarizada.
Estes detectores contêm filtros polarizadores na frente do emissor e do receptor. Estes filtros têm direções de polarização perpendiculares entre si, ou seja, defasadas de 90º. O detector não é capaz de “ver” a luz refletida pela maior parte dos alvos, pois a luz polarizada refletida não pode passar através do filtro polarizador na frente do receptor, não sendo percebida pelo detector.
Resumindo, o detector pode “ver” a reflexão de um refletor, mas não pode “ver” a luz refletida pela maior parte dos alvos brilhantes.
Os detectores por feixe retro-refletido com luz polarizada oferecem alcance 30 a 40% menor (e menor margem de detecção) que os refletores por feixe retro refletido comuns e usam feixe de luz vermelha visível, o que facilita o alinhamento.
Todos os refletores comuns despolarizam a luz e são adequados para a detecção com luz polarizada retro-refletida. Entretanto, a maior parte das fitas refletoras não despolariza a luz e são indicadas somente para uso com detectores por feixe retro-refletido comuns.
Existem fitas refletoras especialmente construídas para retro-refletir a luz polarizada e devem ser usadas com os detectores por feixe retro-refletido com luz polarizada.
TIPO DIFUSO REFLETIDO
O emissor e o receptor estão numa única unidade. A luz emitida é refletida no próprio objeto a ser detectado, sendo espalhada pela superfície do alvo em todos os ângulos possíveis.
Apenas uma pequena parte é refletida de volta na direção do detector e percebida pelo receptor.
Neste tipo de sensor, deve-se tomar um cuidado especial com a cor do objeto.
Como o receptor detecta a luz refletida pelo objeto, a cor e a rugosidade do mesmo influenciam no índice de reflexão da luz e logo o sensor irá detectar objetos de cores claras a uma distância maior que os objetos de cores escuras.
VANTAGENS
Não é necessário um refletor (fita refletora) ou espelho;
Dependendo do ajuste, diferentes objetos podem ser detectados;
Os objetos podem ser translúcidos, transparentes ou opacos, o suficiente para que uma percentagem da luz seja refletida.
DESVANTAGENS
Para menores distâncias é requerida uma menor reflexão das superfícies dos materiais;
Para maiores distâncias, maiores taxas de reflexão são requeridas.