Sensores na Indústria

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SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL – SENAI
TÉCNICO EM MECATRÔNICA
SENSORES
DEREK SOARES DE MELO
EULER ADRIANO DO CARMO
THIAGO ROSA SOARES
PROFESSOR RENAN
Controle de processos
Joinville-SC
2013
DEREK SOARES DE MELO
EULER ADRIANO DO CARMO
THIAGO ROSA SOARES
SENSORES
Trabalho feito com o intuito de ajudar os alunos a entender e a trabalhar com sensores. Também para desenvolver a capacidade de uso e reconhecimento dos sensores na indústria.
 Joinville - SC
2013
INTRODUÇÃO
Os sensores são dispositivos altamente presentes hoje em dia na indústria. Mas, ainda assim, poucos sabem sobre eles, suas categorias e aplicações. E por isso, para facilitar a vida dos técnicos em mecatrônica, segue-se várias informações sobre sensores, seus tipos e seu funcionamento para ajudar os técnicos em mecatrônica a saber o melhor sensor a se escolher para a aplicação que ele deseja, além de entender mais sobre os sensores no caso de fazer alguma manutenção na indústria e precise desde conhecimentos, o que é muito provável que aconteça.
1. SENSORES DE POSIÇÃO
Sensores que tem como objetivo indicar se há algum objeto em determinada posição.
1.1.Sensor de posição Eletromecânico.
Sensor que, ao entrar em contato com um objeto ou superfície, fecha ou abre a passagem de energia elétrica. Possibilitando assim um sensor de toque.
Utilizados para tarefas como controle, automação, supervisão e contagem. Mas principalmente como fim de curso.
1.2.Sensor Indutivo.
Funciona a partir da exploração do princípio da impedância de uma bobina, que conduzindo energia elétrica de corrente alternada, cria um campo magnético que é alterado quando um objeto metálico ou corrente elétrica é posicionado em sua face. Fechando ou abrindo o contado NA ou NF presentes no circuito.
1.3.Sensor Capacitivo.
Funciona através da incidência de um campo elétrico que é gerado em sua face por cargas elétricas, formando assim um capacitor. Quando aproximado de um material líquido ou sólido, ele atua como massa dielétrica aumentando a capacitância. Assim, o circuito detecta essa variação da capacitância e atua na saída (NA ou NF) ou ainda em um transistor ou como uma saída analógica de tensão e corrente.
 1.4.Sensores magnéticos
Sensores magnéticos, também conhecidos como reed switch, são sensores que são acionados a partir de um campo magnético gerado por imãs ou até mesmo gerados por bobinas. Eles funcionam basicamente como uma chave liga/desliga e, portanto, tem várias aplicações. A estrutura básica de um sensor magnético são duas lâminas de material ferromagnético, cada uma ligada a um terminal, envoltas por uma ampola de vidro de alta resistividade. A ampola é vedada e dentro dela existe algum gás inerte para impedir a oxidação das lâminas. 
Quando um campo magnético se aproxima do sensor, surge uma força magnética de atração entre as lâminas fazendo com que elas se toquem. Dessa forma os terminais do sensor entram em curto, possibilitando a passagem de uma corrente. 
2. SENSORES DE LUZ
2.1.Sensor Fotoelétrico
Converte sinal luminoso (luz ou sombra) em sinal elétrico para ser processado em circuitos eletrônicos.
Usar o sensor errado pode comprometer o projeto, por exemplo, um sensor pouco sensível não é indicado para aplicações com pouca luz ou usar um sensor lento em uma aplicação onde hajam rápidos feixes de luz.
As características que devem ser levadas em conta na hora de escolher um sensor devem ser: Sensibilidade, resposta espectral (leitura dos raios infravermelhos e ultravioleta) e velocidade.
Dentre os diversos tipos de sensores foto elétricos encontra-se os sensores LDR’s(foto-resistores), foto-célula, foto-voltaico, foto-transistores e foto-tiristores.
2.2.Sensor Óptico
São sensores que seu funcionamento baseia-se na emissão de um feixe de luz, o qual é recebido por um elemento fotossensível. Existe três tipos de sensor óptico: 
2.2.1.Sistema por barreira
 É um sistema formado com os sensores alinhados, o dispositivo emissor de luz é colocado frontalmente e alinhado ao dispositivo receptor. E com isso o emissor fica radiando raios infravermelhos para o receptor, e quando esses raios são bloqueados, o emissor acusa e envia sinais para o sistema de controle. 
2.2.2.Sistema refletivo
São sensores que o elementos de emissão e recepção estão justapostos no mesmo conjunto óptico. Os raios emitidos pelo transmissor refletem em um espelho prismático colocado a sua frente e retornam ao elemento receptor.
2.2.3.Sistema por difração
São sensores que seus elementos de emissão e recepção estão justapostos no mesmo conjunto óptico. Os raios emitidos pelo transmissor refletem em um prisma e retornam em direção ao receptor. Quando este prisma é mergulhado em qualquer líquido, os raios se dispersam desviando sua trajetória, ocasionando uma comutação eletrônica colocada a sua frente e retornam ao elemento receptor. 
3. SENSORES PNEUMÁTICOS
3.1.Sensor de pressão
Os sensores de pressão, também conhecidos como transdutores ou indicadores, são utilizados para medir pressão. Principalmente é usado para calcular a força de gases ou de líquidos. A pressão é fornecida para os líquidos e gases para evitá-los de aumentar e os sensores de pressão ajuda com este processo. Sensores de pressão funcionam como um aviso quando a pressão aplicada é muito grande ou muito pequena.
Existem cinco diferentes tipos de sensores de pressão. Os cinco diferentes tipos de sensores de pressão são absoluto, manômetro, diferencial, selado e vácuo. 
Sensores de pressão absolutos são usados para medir pressões como a pressão atmosférica. Em outras palavras, ele mede a pressões acima de 0 PSI. 
Sensor de pressão manométrica é usado para medir a pressão em pneus por exemplo. Estes testam a pressão relativa à pressão absoluta.
Sensores de pressão diferenciais medem a diferença de pressão entre dois ou mais pontos de pressão.
Sensores de pressão selados são usados para medir pressões no que se refere à pressão do nível do mar.
Sensores de pressão para o vácuo mede pressões que são menores que 0 PSI. 
Para fazer sensores de pressão, certos materiais são necessários: sensores de fibra óptica, deflexão mecânica, semicondutores piezoresistivo e capacitância variável, para citar alguns.
3.2.Sensor de vazão
Sensores de vazão medem a quantidade de material geralmente líquido ou gasoso que atravessa um determinado ponto de uma tubulação num intervalo de tempo. A tubulação pode estar sobre pressão ou não. Independentemente da situação, existem diversos tipos de transdutores no mercado que utilizam diferentes princípios para esta medição. Alguns deles baseiam-se em pressão diferencial, outros no movimento de giro de uma turbina, e ainda um pequeno grupo de sensores em tecnologias mais sofisticadas.
Os três tipos mais comuns de sensores de vazão são:
3.2.1.Sensores baseados em pressão.
Este grupo de sensores de vazão baseia-se no fato que a pressão no interior de um duto é proporcional a sua vazão. 
Através da diferença de pressão causada por uma restrição conhecida, pode-se obter o valor da vazão. O valor encontrado será uma aproximação e para medições mais específicas, o sensor deve ser calibrado.
3.2.2.Turbina.
Mede-se a vazão do fluido através do giro de uma hélice. Geralmente, nas pás, localiza-se um elemento magnético, assim, utiliza-se um sensor de efeito hall, para geração de pulsos quando ocorre a passagem da pá pelo sensor.
3.2.3.Magnético.
Se um líquido é condutivo (e a maioria é), um sensor magnético pode ser utilizado. Localizado numa parte da tubulação isolante e sem interferir internamente no fluxo, o sensor se baseia na lei da indução eletromagnética de Faraday. Através do campo gerado pelas bobinas do sensor, é induzida uma tensão entre os eletrodos proporcional a velocidade no interior do duto.
4. SENSORES DE PRESENÇA
 4.1.Sensor de presença
O sensor de presença tema função de perceber, ou seja, detectar um certo tipo de energia e sua variação no ambiente. O equipamento mais utilizado funciona pela detecção da radiação infravermelha.
Eles são chamados infravermelhos passivos porque somente captam variações de irradiação de luz infravermelha (variações de temperatura) no ambiente. Todos os objetos emitem certa quantia de luz infravermelha, uma mudança repentina no ambiente, como alterará essa quantidade de luz infravermelha.Caso ocorra uma alteração no padrão de sensores ativados (pela movimentação de uma pessoa, por exemplo, que tem a sua temperatura corporal normalmente maior que a do meio ambiente), um sensor (ou às vezes mais de um sensor) é atuado ou deixa de estar atuado. Esta variação é detectada pelo circuito eletrônico e faz com que o módulo seja ativado.
 4.2.Sensor Ultrassônico
Tem o mesmo princípio do sensor óptico, mas em vez de luz, usa-se som. Eles são ideais para detectar superfícies irregulares, líquidos, objetos transparentes e objetos em ambientes sujos. 
4.3.Sensor Térmico
Ele funciona pelo princípio de resistência variável. Seu sistema é composto de uma pastilha chama termistor, que possui a propriedade de variar a resistência elétrica proporcional à temperatura a que é submetida. Em geladeira e em carros é usam sensores térmicos para regular a temperatura.
5. SENSORES DE VELOCIDADE
Existe dois sensores de velocidade, um é o encoder e o outro é o tacogerador. São sem dúvida os dois principais métodos de medição de velocidade existentes na indústria, e serão detalhados a seguir.
 5.1.Tacogerador
 O tacogerador é um gerador DC de ímã acoplado mecanicamente no eixo em que se deseja medir a velocidade. Tacogerador é mais utilizado para medir a velocidade angular em máquinas rotativas, pode-se utilizá-lo para medir a velocidade linear de máquinas como automóveis, locomotivas entre outras, sendo que para esse tipo de aplicação é necessário saber o diâmetro da roda em questão. Este gerador DC gera uma tensão de saída que é proporcional a velocidade do seu eixo.
 5.2.Encoder
Os encoders são dispositivos que permitem a geração de sinais digitais a partir da atuação de um sensor emissor e receptor em conjunto com um disco de código de Gray.Eles podem monitorar eletronicamente a posição de um eixo giratório.
Existem dois tipos de encoder, o incremental e o absoluto. O encoder incremental gera um pulso para cada unidade de deslocamento. Já o encoder absoluto gera um código binário para cada unidade de deslocamento.
O princípio de funcionamento de um encoder absoluto e de um encoder incremental é bastante similar, isto é, ambos utilizam o princípio das janelas transparentes e opacas, com estas interrompendo um feixe de luz e transformando pulsos luminosos em pulsos elétricos. Os dois sistemas usam a detecção fotoelétrica onde o trem de pulsos é gerado pela passagem da luz através de um disco codificado firmemente encaixado ao eixo de um motor ou em dispositivos mecânicos que transformem o deslocamento linear em deslocamento circular.
A fonte de luz emite um feixe de luz orientado paralelamente que ilumina todos os segmentos do disco codificado, foto sensores recebem a luz modulada e convertem esta luz em sinais que são tratados e digitalizados fornecendo uma saída na forma de onda quadrada via driver e cabo.
5.3.Sensor Potenciométrico.
São sensores capazes de medir tensão, corrente ou potência em um determinado equipamento. Podem medir trabalho em outras unidades como força, em cilindros ou motores por exemplo.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Para concluir, os sensores podem nos possibilitar infinitas aplicações, principalmente como combinados. Mas para isso o técnico deve ter um bom conhecimento sobre tais ferramentas. E por isso, além deste material, e das fontes dele, o técnico deve procurar em outras fontes mais conhecimento sobre esses sensores e sobre outros não mencionados neste trabalho.