Capítulo 06 Posição

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Instrumentação e Controle Capitulo 06 Sensores de Posição /Deslocamento 77
Índice
6 - POSIÇÃO / DESLOCAMENTO: ______________________________________ 78
6.1 - SENSOR DE PROXIMIDADE INDUTIVO ______________________________ 78
6.1.3 - Precauções_______________________________________________________________80
6.1.4 - Características Gerais ______________________________________________________80
6.1.5 - Aplicação _______________________________________________________________80
6.2 - SENSORES DE PROXIMIDADE CAPACITIVO _________________________ 81
6.2.1 - Utilização _______________________________________________________________82
6.2.2 - Aplicações_______________________________________________________________82
6.3 – SENSORES DE CAMPO MAGNÉTICO ________________________________ 84
6.4 - TRANSFORMADOR E_______________________________________________ 85
6.5 - SYNCRO ___________________________________________________________ 86
6.6 - SENSOR POTENCIOMÉTRICO ______________________________________ 87
Se o potenciômetro é linear e r é proporcional a R, então: _______________________ 87
6.7 - ENCODERS_________________________________________________________ 90
6.7.1 Sensor Incremental Angular __________________________________________________91
6.7.2 - Sensor Incremental linear __________________________________________________92
6.7.3 - Sensor Incremental linear magnético __________________________________________93
6.7.4 - Encoder absoluto__________________________________________________________94
6.7.5 Encoder absoluto multirevolução ______________________________________________96
6.7.6 Aplicações ________________________________________________________________96
6.8 ULTRASSÔNICO _____________________________________________________ 96
6.8 EXERCÍCIOS ________________________________________________________ 97
Instrumentação e Controle Capitulo 06 Sensores de Posição /Deslocamento 78
Capítulo 06
6 - POSIÇÃO / DESLOCAMENTO:
6.1 - SENSOR DE PROXIMIDADE INDUTIVO
O princípio de funcionamento baseia-se na geração de um campo
eletromagnético de alta freqüência, que é desenvolvido por uma bobina
ressonante instalada na face sensora.
Figura 6.1- Princípio de funcionamento
A bobina faz parte de um circuito oscilador que em condição normal
(desacionada) gera um sinal senoidal. Quando um metal aproxima-se do
campo surgem correntes de superfície (Foulcault) que absorvem a energia do
campo, diminuindo a amplitude do sinal gerado no oscilador.
Figura 6.2 - Diagrama de blocos do circuito
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A redução da amplitude é transformada pelo sistema eletrônico em um
impulso elétrico inequívoco, de modo a alterar a situação de ligação da chave.
Se o material condutor for afastado do campo alternado, a amplitude de
oscilação aumenta novamente, e através do sistema eletrônico é restabelecida
a situação de ligação anterior.
Nesse caso o amplificador de saída incorporado ao sensor é constituído
de transistor que tanto pode ser NPN ou PNP, compatível com circuitos
integrados, transistorizados e a reles.
Há chaves de aproximação indutivas para corrente contínua que tem um
circuito independente para a alimentação. Compreendem 3 ou 4 condutores, 2
dos quais para alimentação, 1 para contato NA e/ou 1 para contato NF.
Na escolha do tipo de sistema eletrônico deve-se observar a modalidade
de ligação:
• chaves de aproximação acionadas em P (pnp) ligam o potencial positivo à
carga;
• chaves de aproximação acionadas em N (npn) ligam o potencial negativo à
carga.
As chaves de aproximação para corrente contínua devem ser equipadas
com protetor de polarização. Em caso de troca dos fios de ligação + e -, a
chave não é danificada e não ocorre função de ligação. Um diodo de liberação
de corrente protege a chave na ocorrência de tensões indutivas
excessivamente altas. Para que a saída transistorizada não receba potencial
flutuante por impulsos perturbadores quando ligada a um comando eletrônico,
a chave é acionada por um pré-resistor de ligação.
6.1.1 - Sensores Indutivos para corrente alternada (AC)
Neste caso o amplificador de saída incorporado ao sensor é constituído
de um tiristor, que atua diretamente sobre um relê, contador ou chave
magnética.
Um tipo de chave de aproximação indutiva para ligação em corrente alternada,
é construído segundo o sistema de 2 condutores. A ligação é efetuada de
forma idêntica às das chaves fim de curso mecânicas, em seqüência com a
carga. A chave recebe sua tensão de alimentação por meio da carga e assim
está pronta para entrar em operação.
Também passa pela carga uma pequena corrente de vazamento ou
esvaziamento. A chave acionada (amortecida) provoca um queda de tensão de
cerca de 8V. As chaves de aproximação para corrente alternada são providas
de dispositivos de segurança contra tensões excessivas da rede.
6.1.2 - Distância de acionamento “s”/Freqüência de comutação
A distância nominal de acionamento Sn é um dado do sensor de
aproximação apresentada nas tabelas dos fabricantes. A distância real de
acionamento Sr pode afastar-se em até 10% da distância nominal de
Instrumentação e Controle Capitulo 06 Sensores de Posição /Deslocamento 80
acionamento pois depende de fatores como temperatura e o material a ser
detectado.
Figura 6.3 - Distancia sensora Figura 6.4 - Freqüência de comutação
6.1.3 - Precauções
Efeitos de metais e influência mútua: Quando o sensor for instalado num
painel metálico ou quando instalar duas ou mais unidades do mesmo sensor
frente a frente ou lado a lado, deixar distância mínima, como mostrado no
quadro abaixo, para que o sensor seja acionado somente pelo objeto a ser
detectado.
Figura 6.5 - Influência mútua
6.1.4 - Características Gerais
∠ Não possuem peças móveis e atuam sem contato físico;
∠ São totalmente vedados com resina epoxi, tornando possível o uso em
água óleo, poeira, etc.;
∠ Tem grande precisão na repetição do ponto de comutação (repetibilidade);
∠ Substituem com vantagens as chaves fim-de-curso e micro-chaves.
6.1.5 - Aplicação
Os detetores de proximidade são concebidos para efetuar:
• controle de presença ou ausência, fim de curso.
• detecção de passagem, de posicionamento.
• contagem de peças.
Sua utilização é particularmente recomendada quando:
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• velocidade de ataque e funcionamento são elevadas.
• condições ambientais severas, presença de poeira, óleo de corte, agentes
químicos, umidade, vapores, choques e vibrações.
• peças a detectar são de pequenas dimensões ou frágeis.
• associados a um automatismo estático.
Os detetores de proximidade são freqüentemente utilizados em:
• máquinas de montagem, máquinas operatrizes, sistemas de usinagem e
prensas.
• máquinas de embalagem, transporte e armazenagem
Figura 6.6 - Aplicações
6.2 - SENSORES DE PROXIMIDADE CAPACITIVO
Os sensores capacitivos foram desenvolvidos para atuarem com a
aproximação de materiais orgânicos, plásticos, pós, madeiras, vidros, líquidos,
papéis, além de metais etc.
Seu funcionamento baseia-se na variação
do dielétrico do meio em que a região de
sensibilidade está atuando, sendo assim, a
distância sensora varia de acordo com a massa e
o tipo de material a ser detectado. Devido a esta
característica, há modelos com trimpot externo que
permite também para regular a sensibilidade de
modos a detectar certos materiais através de
outros. Os modelos fixos são totalmente vedados,
ideais para operar em locais com líquidos, e
possuem a distância sensora especificada para
água. Para outros dielétricos temos que consideraro fator de redução;
 Figura 6.7 – Sensor Indutivo
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Trata-se de um oscilador de alta freqüência onde o elemento sensível é
um capacitor, que varia sua capacitância com a aproximação de um material na
placa sensora. Essa variação causa uma mudança na freqüência do oscilador
e um circuito detector transforma esta variação em nível de tensão e
chaveamento na saída.
Figura 6.8 - Diagrama de blocos
6.2.1 - Utilização
Os sensores de proximidade capacitivos são indicados para detectar
materiais metálicos e não metálicos. Tais como: água, óleo, pós, grãos,
madeira, papelão, vidro, pvc, cerâmica etc.
6.2.2 - Aplicações
∠ Controle de nível em silos, com um ou dois sensores ligados a FNL.
∠ Contagem de caixas em linha de produção
∠ Conferir se há líquidos no interior de vidros e frascos.
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Folhas de dados (Data-Sheet) :
OMRON
SENSOR DE PROXIMIDADE CAPACITIVO E2K-X
Sensor de proximidade capacitivo cilíndrico
∠ Detecção de quase todos os tipos de objetos metálicos e não metálicos,
incluindo vidro, madeira, água, óleo e plástico.
∠ Disponíveis em três modelos cilíndricos rosqueados (M12, M18 e M30 que
facilitam a instalação).
∠ Todos os modelos dispõem de indicador de operação (Led que facilitam o
controle).
∠ Distância de detecção fixa (M12...4mm, M18...8mm, M30...15mm) não
necessitando de ajuste de sensibilidade.
Modelo E2K-
X4ME(F)
E2K-
X8ME(F)
E2K-
X15ME(F)
E2K-
X4MY_
E2K-
X8MY_
E2K-
X15MY_
Tensão nominal 10 a 30 VDC, Ripple (p-p): +/- 20% máx. 90 a 250 VAC, 50/60 Hz
Consumo 8mA a 12 VDC, 15mA a 24 VDC 22mA a 200 VAC
Objeto detectável Condutores e dielétricos
Distância de detecção (Sr) Sn +/- 10%
Sensibilidade fixa
Histerese 4 a 20% da distância de detecção
Freqüência máx. de operação 100Hz 10Hz
Indicadores Operação (Led vermelho)
Proteção no circuito Contra inversão de polaridade

Grau de IEC 144 IP66
Proteção NEMA 1,3,4x,12
Material do corpo Plástico
Temperatura de operação
-25 a 70ºC -10 a 55ºC -25 a 70ºC -10 a 55ºC
Diagrama do circuito de saída
NPN (E2K-X� � ME � � ) PNP (E2K-X� � MF � � ) Tipo AC (E2K-X� � MY � � )
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6.3 – SENSORES DE CAMPO MAGNÉTICO
Estes dispositivos se baseiam no uso de campos magnéticos e
convertem esse campo em um sinal elétrico. Estes sensores podem ser:
Eletrônicos e a Ampola Reed.
Sensores de campo magnético (MFS), a partir de uma chave Reed e um
ímã permanente são relativamente simples e podem ser facilmente fabricados.
O ímã pode ser parte do objeto a ser detectado ou fazer parte do dispositivo do
sensor. O dispositivo é projetado de modo que a presença do objeto na região
do sensor complete o circuito magnético e ative a chave.
Os sensores eletrônicos se baseiam no efeito Hall (Efeito
galvamagnético). Os sensores de Hall são dispositivos semicondutores cujo
comportamento elétrico pode ser influenciado por um campo magnético.
Nos sensores de efeito Hall se observa que, quando um condutor plano
atravessado por uma corrente elétrica é colocado em um campo magnético
cuja linhas de fluxo estão perpendicular a superfície do condutor , os elétrons
da corrente elétrica são deslocados lateralmente (lei de Lorentz) fazendo um
angulo reto em relação a direção da corrente.
.
Figura 6.9 - Efeito HallFigura Figura 6.10 - Sensor eletrônico de efeito Hall
A diferença de potencial [chamada de tensão de Hall (Uh) que esse
efeito produz é diretamente proporcional à intensidade do campo (B), à
corrente elétrica (I) e a relação entre o coeficiente de Hall (Rh) e a espessura
(d). A tensão de Hall é dada por:
Uh = (Rh/d). I . B
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O coeficiente Rh depende do material utilizado para fabricação da placa
condutora, na prática se utiliza material semicondutor (Si) para se ter uma
maior sensibilidade.
6.4 - TRANSFORMADOR E
O Transformador E ou transformador diferencial (LVDT) é um transdutor
de posição que se baseia na variação do grau de acoplamento entre dois
circuitos; se um deste estiver alimentado por uma tensão alternada, o segundo
fornece um sinal com uma tensão alternada cuja valor varia com o grau de
acoplamento. Para se realizar o grau de acoplamento de um transformador
tipo E , se varia a relutância do circuito magnético.
Um núcleo laminado em forma de E possui nos núcleos externos dois
enrolamentos ligados em série, porem em oposição de fase, e no núcleo
central é colocado um terceiro enrolamento alimento por uma tensão alternada
(Fig. 6.11). Sobre os núcleos, separado por um entre ferro, é colocado uma
ancora móvel que permite o fechamento do fluxo entre o núcleo central e os
núcleos externos. Como os enrolamentos externos são ligados em série, mas
em oposição de fase, na saída se obtém uma tensão que é a diferença entre as
duas tensões e1 e e2; O valor dessa diferença depende do deslocamento
linear da ancora.
Figura 6.11 – Transformador E
Na figura 6.12 são mostrados os gráficos da variação da amplitude e da
fase da tensão de saída de um LVDT em função da posição da ancora em
relação a condição inicial de simetria.
Figura 6.12 Curva de Funcionamento de um transformador E
Instrumentação e Controle Capitulo 06 Sensores de Posição /Deslocamento 86
Figura 6.13 - Detalhes de fabricação um LVDT comercial
Como características principais do LVDT são: Linearidade e
sensibilidade que é dada em Volts/mm (em torno de 50mV/mm).
6.5 - SYNCRO
O termo Syncro está associado ao fato destes transdutores serem
construtivamente semelhantes às maquinas síncronas. Os syncros pertencem
a uma categoria de componentes eletromagnéticos, cujo o objetivo principal é
de transmitir, receber ou converter dados angulares. O syncro se comporta tal
um motor (ou gerador) síncrono, ou seja, um transformador rotativo onde o
primário é o rotor (dotado da bobina de excitação), e o secundário é o estator
(dotado de três bobinas interligadas em Y defasadas de 120 graus).
Figura 6.14 – Componentes de um motor síncrono
Instrumentação e Controle Capitulo 06 Sensores de Posição /Deslocamento 87
Variando a posição angular do rotor em relação ao estator, varia o
acoplamento magnético entre os enrolamentos do estator e do rotor, logo as
tensões induzida em cada fase varia junto. Desta forma é transformado a
variação de uma posição angular, em uma variação de uma grandeza elétrica,
ou seja a tensão no secundário.
A aplicação mais encontrada para o syncro é o par transmissor/receptor
que é mostrado na figura 6.14. Nesta caso, o receptor terá seu secundário
alimentado por uma tensões induzidas no secundário do transmissor, com
valores proporcionais a posição do rotor, logo a posição do receptor seguirá
aquela determinada pelo transmissor. Esse tipo de aplicação é utilizada em
indicadores de posição do vento e indicadores de posição da pinça de
guindastes portuários.
Figura 6.15 - Esquema de funcionamento de um par syncro
6.6 - SENSOR POTENCIOMÉTRICO
Os potenciômetros são constituídos de um elemento resistivo do qual se
movimenta um cursor onde vem aplicada uma tensão de entrada Vi; a tensão
de saída Vu é determinada pela distância do cursor à outra extremidade do
cursor. Este ao ser atravessado por uma corrente do circuito, implica em uma
queda de tensão dada pela fórmula:
Vu = r ×× Vi /R
Se o potenciômetro é linear e r é proporcional a R, então:
R = k × L r = k × X =>Vu = X × Vi/L
Se o potenciômetro é do tipo angular, o ângulo θθ corresponde a posição
do cursor e o ângulo φφ corresponde ao valor total do cursor. Logo a queda de
tensão é determinada pela fórmula:
r = K ×× θθ R = K ×× φφ => Vu = θθ ×× Vi/φφ
Instrumentação e Controle Capitulo 06 Sensores de Posição /Deslocamento 88
 linear angular
Figura 6.16 - Tipos de potenciômetros (de acordo com o movimento do cursor)
O movimento do cursor pode ser translacional (linear) ou rotacional
(angular). Unidades comercialmente disponíveis tem fundos de escala de 0,2 a
150 cm para tipos translacionais e de 10 graus de arco até 50 voltas para
unidades rotacionais. No passado, transdutores de deslocamento resistivos
eram feitos de fio enrolado. Entretanto, recentemente, grandes avanços na
ciência dos materiais resultaram em transdutores potenciométricos que
oferecem especificações de precisão melhores do que os tipos que utilizam
fios. Os materiais utilizados mais avançados para esta finalidade são: “cermet”
(cerâmica-metal) condutivo e o elemento plástico condutor resistivo.
Uma consideração deve ser feita sobre a resolução de transdutores
potenciométricos de fio: são limitados neste aspecto pelo menor tamanho de fio
usável. Quando o cursor é movido através dos fios, são produzidas pequenas
mudanças (em degrau) na resistência. Usando 500 voltas por centímetro, que é
o limite prático, uma resolução máxima de 20 micrômetros pode ser obtida para
um potenciômetro translacional. Este problema, obviamente, não ocorre em
transdutores que utilizam como elemento resistivo o “cermet” ou o plástico
condutivo.
Um transdutor de deslocamento ideal deve ter uma impedância
mecânica de entrada igual a zero. Isto significa para um transdutor rotacional
que o torque necessário para girá-lo deve ser pequeno. O torque de partida
geralmente é da ordem de 0,3 g.cm comparado com os potenciômetros
convencionais com 5-50 g.cm. Para potenciômetros translacionais, forças de
partida menores que 30 g podem ser obtidas.
Transdutores angulares de um única volta podem ser projetados para
rotação contínua reiniciando na posição zero grau após completar uma volta.
Podem também ser encontrados com “stops” mecânicos de fim de curso. Uma
vez que certo espaço é necessário entre os dois terminais de excitação,
ângulos completos de 360 graus não são factíveis, sendo, na prática, possível
atingir entre 355 a 358 graus.
Instrumentação e Controle Capitulo 06 Sensores de Posição /Deslocamento 89
Figura 6.17 - Potenciômetros angulares típicos
Uma das formas de se implementar um sensor de posição/deslocamento
utilizando potenciômetros angulares, é construindo um circuito em ponte
usando um par de potenciômetros como na figura abaixo:
Figura 6.18 Aplicação do sensor potênciometrico
O funcionamento deste arranjo acontece da seguinte forma: em dos
cursores(P1) é estabelecida a posição desejada do sistema(set-point), o outro
cursor(P2) é acoplado mecanicamente a parte do sistema onde se deseja ter a
posição controlada (por exemplo um rotor de motor), desta forma a diferença
entre as posições dos dois cursores é convertida em uma tensão de erro, cujo
valor é a diferença entre as tensões estabelecidas pelos cursores de cada
potenciômetro.
Abaixo temos o exemplo de um servomecanismo utilizando este sensor.
Seu objetivo é manter a carga numa posição fixa pré-determinada, obtida
através do cursor de Referência (P1), caso a posição da carga for alterada é
gerada uma tensão de erro(através do acoplamento mecânico no cursor de
erro-P2), que é amplificada e enviada ao motor, que moverá conforme valor e
polaridade da tensão de erro, até que a carga alcance a posição desejada.
Instrumentação e Controle Capitulo 06 Sensores de Posição /Deslocamento 90
Figura 6.19 - Aplicação do sensor potenciométrico
Figura 6.20 Detalhes construtivos do sensor potenciométrico angular
6.7 - ENCODERS
O deslocamento é uma das poucas grandezas que podem ser
transduzidas em saída digital com facilidade sem o uso de um conversor
analógico digital. Encoders são dispositivos eletromecânicos que convertem um
deslocamento angular em um trem de pulsos, ou seja, em uma palavra de n-
bits.
 Há dois tipos de encoders: o tipo incremental e o tipo absoluto. Os
sensores incrementais medem o deslocamento somente em relação ao ponto
inicial de partida. Já os encoders absolutos medem o deslocamento em relação
a um ponto de referência interno fixo. Esse tipo de sensor representa o
deslocamento em incrementos codificados discretamente.
Instrumentação e Controle Capitulo 06 Sensores de Posição /Deslocamento 91
Há três tipos de sensores incrementais: Os de contato, os ópticos e
magnéticos que por sua vez podem ser lineares ou angulares.
 6.7.1 Sensor Incremental Angular
Os “strips” (enchimento metálico e condutor elétrico) são depositados ao
longo de trilha A e sobre a superfície B (feita de material não condutor) do disco
com uma única strip indexada na trilha exterior. As strips são eletricamente
conectadas as costas metálicas do disco, sobre o qual é mantido um potencial.
O contato SPRING-LOADED dos pinos, um por trilha, produz uma pressão
que faz o disco andar sobre as trilhas, rotacionando-o. Desde que um pino seja
eletricamente curto circuitado, a saída torna-se 0v toda vez que o pino produz
um contato com as strips e quando o pino está entre as strips a saída fica alta.
Figura 6.21 - Representa uma típica estrutura de encoder de contato e um óptico.
Para flexibilizar ao máximo o uso, os discos de encoders são
construídos de tal forma que as saídas A e B estejam defasadas de 90º . A
trilha zero gera um pulso por revolução do disco e tem o objetivo de
sincronização.
Se o disco contem N strips, uma revolução do disco produz N pulsos
todo duty cicle dc=tw/T. Portanto, se a velocidade angular do disco é W(rpm) a
freqüência das saídas A ou B pode ser calculada por : f= WN/60 = 1/T = dc/tw,
onde tw representa a largura do pulso. O deslocamento depende do número de
pulsos por trilha, logo se queremos um deslocamento de 1º , então é necessário
360 strips por trilha. R= 360 /N.
Instrumentação e Controle Capitulo 06 Sensores de Posição /Deslocamento 92
 A maior desvantagem do encoder incremental de contato é que o
desgaste mecânico dos contatos limita o tempo de vida do encoder.
 Num encoder incremental óptico figura (b) as aberturas ou buracos no
disco substituem as strips e a unidade sensitiva consiste em um LED
(combinação fototransístor ). Com a rotação do disco a luz do LED é detectada
pelo fototransístor quando a abertura é alinhada com o feixe de luz vinda do
LED, fazendo que a saída fique em nível lógico baixo( depende da
configuração do circuito). O resultado é um trem de pulsos.
Obs.: Com um sensor óptico incremental de uma única pista de marca é
impossível distinguir o sentido de rotação à partir dos pulsos fornecidos pelo
sensor. Por não ter contato mecânico o encoder óptico é mais confiável que
o de contato. No entanto, um problema comum aos dois é que se a
alimentação dos mesmos for interrompida, a informação é perdida.
6.7.2 - Sensor Incremental linear
Uma escala de cristal gravada, à prova de ranhuras e líquidos nocivos, ,
é a base de medição do transdutor. A graduação dessa escala é constituída
por um conjunto de traços e espaços de 40 µm de largura cada um com marca
de referência absoluta (marcador de pulsos0. A medição é realizada por uma
varredura de um facho de luz condensado na escala de cristal, que se encontra
alojada em perfil de alumínio, pelo deslocamento sobre a escala graduada de
cristal de um cabeçote sensor. Este possui uma máscara graduada ecélulas
fotoelétricas. Com o movimento da escala em relação do sensor, os
fotoelementos emitem sinais. A luz, transformada pelos fotoelementos em
corrente elétrica (micro amperes), é conduzida através de um cabo flexível
blindado para o indicador digital. A lâmpada, com facho de luz condensado, é
fixada no carro do sensor embutido no perfil. A vida útil dessas lâmpada é de
100.000 horas.
Contando o número de pulsos, é obtido eletronicamente um valor
correspondente ao posicionamento, indicado no display do aparelho digital.
Os indicadores digitais transformam os sinais periódicos em pulsos
contadores.
Figura 6.22 - Sensor Incremental ótico linear
A fixação da escala de cristal ao perfil de alumínio é feita através de cola
elástica especifica. Além de funcionar como suporte da escala de cristal, essa
Instrumentação e Controle Capitulo 06 Sensores de Posição /Deslocamento 93
cola especifica proporciona a compensação das diferentes dilatações entre o
alumínio e o cristal, uma vez que:
• cristal tem como característica básica a baixa dilatação;
• com a elevação da temperatura, a colagem elástica do cristal ao alumínio
proporciona ao sistema de medição o mesmo coeficiente de dilatação
sofrido pelo ferro fundido, que é o material empregado na confecção da
máquina.
Assim, a escala de cristal reflete o mesmo coeficiente de dilatação da máquina.
O cabeçote sensor foi projetado em duas partes, com o objetivo de
facilitar sua montagem e garantir alta precisão em montagens com tolerância
aproximativas.
O captador principal de medição, composto de uma placa com
fotoelementos e máscara de contraste, está localizado num carro pequeno que
se desloca, através de rolamentos, dentro do perfil de alumínio que envolve a
escala de cristal. A ligação ao carro da máquina é feita através de fixação do
sensor. Esse, por sua vez, faz a conexão com o carro fotoelétrico através de
duas molas especiais, que absorvem todas as vibrações.
Tanto a escala de cristal como o cabeçote sensor do transdutor linear
tipo LS são complemente encapsulados (alumínio com vedações de borrachas
especiais e flexíveis na parte inferior), evitando penetrações de cavacos,
poeiras e líquidos.
6.7.3 - Sensor Incremental linear magnético
Figura 6.23 Transdutor Incremental Eletromagnético
Instrumentação e Controle Capitulo 06 Sensores de Posição /Deslocamento 94
Este transdutor é o mais usado, sendo constituído de um disco que
apresenta dois segmentos de material magnético (ferrite de bário etc.)
dispostos radialmente e de um sensor (placa de leitura) afixado sobre um
disco, como mostra a figura abaixo.
O sensor é constituído de um núcleo toroidal de ferrite de estreito ciclo
de histerese, na "porta" dois enrolamentos, um dito de interrogação que é
alimentado com uma tensão alternada bastante elevada (de 50 a 100khz), a
outra é dita enrolamento de saída.
Se sobre o núcleo não se apresenta um segmento magnético, esse
funciona como um pequeno transformador e a tensão de interrogação se
encontra sobre o enrolamento de saída. Se no núcleo for afixado um segmento
magnético, há um elevado campo magnético que leva a porta de material
magnético a saturação cujo efeito é a tensão do enrolamento de saída descer a
um valor desprezível, visto que não pode haver tensão sem variação do fluxo.
A tensão de saída, mostrada na figura, vem transformada em impulsos
que correspondem a passagem sobre o núcleo de semelhante segmento
magnético.
Pode haver, normalmente, valores de velocidade de rotação de 10.000
com 200 a 500 impulsos por giro.
6.7.4 - Encoder absoluto
O encoder absoluto resolve o problema de falha na alimentação . A
figura mostra um disco
de encoder dividido
em cinco trilhas e 25
ou 32 setores. Um
encoder que usa o
código binário requer
n trilhas e 2n setores.
O código binário
natural é o mais
simples para o uso
com circuitos digitais,
tendo a desvantagem
de dois ou mais bits
poderem mudar
simultaneamente em
uma simples mudança de posição.
Figura 6.24 - Detalhe de um Encoder óptico Angular absoluto
Para detecção automática de erros, uma trilha adicional é utilizada para
a paridade do número binário. As áreas escuras sobre o disco representam o
Instrumentação e Controle Capitulo 06 Sensores de Posição /Deslocamento 95
número binário 1 e as em branco representam o 0. O LSB(2º) é associado para
trilha exterior e o MSB a trilha interior. Consequentemente, os 5 bits de código
associados com o setor representam todos os valores angulares dentro da
rotação daquele setor. Na ilustração, os 5 bits de código representam todos os
valores angulares dentro de posição de 11.25º. vide tabela.
 Figura 6.25 - Exemplo de um encoder absoluto
Outros códigos binários naturais também ser usados para o disco de
encoder . Alguns dos códigos de 4 bits mais comumente utilizados são os
códigos 8421, o 2421, o código excesso de 3, o código Gray, entre outros.
saída. e x= 10m para m décadas do código BCD.
Instrumentação e Controle Capitulo 06 Sensores de Posição /Deslocamento 96
6.7.5 Encoder absoluto multirevolução
Os encoders multirevolução não detectam somente a sua posição, mas
também em que volta ele está. A posição dentro de uma revolução é obtida do
mesmo jeito que no encoder normal. Para distinguir o número de revoluções
são colocados imãs permanentes no disco, e a detecção é feita através de um
sensor hall.
Figura 6.26 - Exemplo de um encoder absoluto multirevolução
6.7.6 Aplicações
Os encoders tem uma linha de aplicações práticas: controle numérico de
máquinas operatrizes, impressoras, plotters X-Y, controle de posições de disco
de computador, servomecanismos, displays digitais, controle de posições
remotas, controle de posições de radar, etc..
6.8 ULTRASSÔNICO
O princípio de funcionamento baseia-se no envio e recepção de uma
onda ultrassônica. A principal aplicação é em objetos transparentes, nos quais
não se aplica o uso de sensores óticos.
Instrumentação e Controle Capitulo 06 Sensores de Posição /Deslocamento 97
Figura 6.27 – Exemplo de aplicação de um sensor ultrassônico
6.8 EXERCÍCIOS
1. O princípio de funcionamento do sensor de aproximação indutivo se baseia:
a) Na absorção de um campo eletromagnético de baixa freqüência.
b) Na absorção de um campo eletromagnético de alta freqüência.
c) Na geração de um campo eletromagnético de alta freqüência.
d) Na geração de um campo eletromagnético de alta freqüência.
e) Na geração de um campo eletromagnético com frequências variáveis.
2. Quando um metal aproxima-se do campo eletromagnético este:
a) Aumenta a energia do campo, aumentando assim a amplitude do sinal
gerado no oscilador.
b) Absorve a energia do campo, diminuindo a amplitude do sinal gerado no
oscilador.
c) Mantém a energia do campo, porém diminui a amplitude do sinal gerado
no oscilador.
d) Absorve a energia do campo, alimentando a amplitude do sinal gerado no
oscilador.
e) Aumenta a energia do campo, fazendo com que a amplitude do sinal
gerado no oscilador diminua.
3. Nos sensores para corrente contínua o amplificador de saída incorporado ao
sensor é constituído de:
a) Transistor b) Tiristor c) Relé d) Diodo e) Válvula
Instrumentação e Controle Capitulo 06 Sensores de Posição /Deslocamento 98
4. Nos sensores para corrente alternada o amplificador de saída incorporado
ao sensor é constituído de :
a) Transistor b) Tiristor c) Relê d) Diodo e) Válvula
5. Assinale a alternativa verdadeira:
a) O amplificador de saída incorporado ao sensor para corrente contínua
deve ser compatível com afreqüência eletromagnética do campo.
b) O amplificador de saída incorporado ao sensor para corrente contínua
deve ser compatível um contator.
c) As chaves de aproximação para corrente contínua devem ser equipadas
sem protetor de polarização.
d) Não existe chave de aproximação indutiva para corrente contínua que
tem um circuito independente para a alimentação.
e) Existe um tipo de chave de aproximação indutiva para a ligação em
corrente alternada, construída segundo o sistema de 2 condutores.
6. Assinale a opção verdadeira em relação aos tipos de instalação.
a) O campo alternado em alguns sensores se projeta apenas
longitudinalmente.
b) Na montagem “Saliente” não há preocupação em evitar que nas
imediações do sensor permaneça qualquer material que possa influencia-
lo.
c) Com a diminuição das medidas mínimas com relação as imediações,
altera-se a distancia de acionamento.
d) Nos sensores do tipo faceado não existe proteção contra a distribuição
lateral das linhas do campo magnético.
e) Tipo faceado tem uma distância de acionamento superior à chave do tipo
“Saliente”.
7. Marque a opção verdadeira com relação ao acionamento de sensores
indutivos.
a) A distancia real de acionamento pode afastar-se em até 60% da distância
nominal de acionamento.
b) A distância real de acionamento é igual a distância nominal com uma
tolerância de 10%.
c) A distância de acionamento da chave de aproximação não depende da
temperatura.
d) O sensor não pode possuir um diferencial de sustentação.
e) A histerese nos sensores de aproximação é independente no que se
refere a distância.
8. Qual das características abaixo pertence a sensores indutivos.
a) São magnéticos.
b) Possuem partes móveis e atuam.
c) Atuam através de um pequeno contato físico.
d) São totalmente vedados com resina epoxi.
e) Possui pouca precisão na repetição do ponto de comutação.
9. Qual aplicação das que estão abaixo, não se refere a sensores indutivos.
a) Controle de presença ou ausência.
Instrumentação e Controle Capitulo 06 Sensores de Posição /Deslocamento 99
b) Detecção de passagem.
c) Detecção de posicionamento.
d) Contagem de peças.
e) Identificar objetos.
10. A utilização dos sensores indutivos é particularmente recomendada
quando:
a) Velocidade de ataque e funcionamento são elevados.
b) Condições ambientais apropriadas, sem poeira, sem agentes químicos,
etc.
c) Peças a serem detectadas são de grande dimensões.
d) Associados a um automatismo dinâmico.
e) Peças a detectar são de compostos fortes.
11. Assinale a alternativa verdadeira.
a) Os sensores capacitivos não podem atuar com a aproximação de
materiais orgânicos, plásticos, pós, vidros, etc.
b) Seu funcionamento baseia-se na variação do dielétrico do meio em que a
região de sensibilidade está atuando.
c) A distância sensora permanece constante para massas diferentes.
d) A mudança do tipo de material a ser detectado não causa variação na
distância sensora.
e) Os modelos fixos não servem para operar em locais com líquidos.
12. Marque a afirmativa falsa.
a) Os sensores de proximidade capacitivos são indicados para detectar
materiais metálicos.
b) Os sensores de proximidade capacitivos são indicados para detectar
materiais não metálicos.
c) O sensor de proximidade capacitiva nada mais é do que um oscilador de
alta freqüência.
d) O elemento sensível deste tipo de sensor é um indutor, de uma placa
sensora, detecta a aproximação de um material.
e) Possui um circuito detector para transformar esta variação em nível de
tensão e chaveamento na sadia.