Sensores Indutivos

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Sensores Industriais Indutivos
É comum e muitas vezes necessário a utilização de sensores nos processos industriais e um desses tipos de sensores são os de proximidade. Eles podem ser usados para detecção de presença, contagem, leitura de posição, medição de velocidade, determinar o fim de curso, entre outras aplicações. Os sensores de proximidade são, ainda, divididos em grupos, dentre eles os sensores de indução, que é o que vamos evidenciar neste trabalho.
FUNCIONAMENTO:
O sensor indutivo é composto por um núcleo de ferrite envolto por uma bobina, um circuito oscilador e um circuito disparador em conjunto com um amplificador.
Figura 1: Sensor indutivo: (a) diagrama do sensor e (b) simbologia
Fonte: CTISM
O princípio de funcionamento consiste em gerar um campo eletromagnético de alta frequência a partir da bobina que fica instalada na face sensora. Essa bobina faz parte do circuito oscilador que, em condição normal (quando não acionada), gera um sinal senoidal. Quando um corpo metálico se aproxima do campo, são induzidas pequenas correntes parasitas (correntes de Foucault) no corpo, o que causa uma diminuição na energia do campo e, consequentemente, na amplitude do sinal proveniente do oscilador. A redução da amplitude deste sinal é comparada com um valor padrão e aciona a saída, fornecendo uma resposta lógica, de nível alto ou baixo, que pode ser utilizada no controle do processo, ou seja, é um tipo de sensor discreto.
TERMINOLOGIAS:
As terminologias a seguir, são importantes na hora da escolha do sensor. São especificações que devem ser observadas na hora da compra e/ou utilização do mesmo.
Distância de Acionamento:
É a distância em que aproximando-se o acionador da face sensora, o sensor muda o estado de saída. A distância de acionamento depende do tamanho da bobina do indutor e se a bobina do sensor é blindada ou não-blindada.
Figura 2:Definição de distância de acionamento
Blindagem:
A fabricação blindada inclui uma faixa de metal que reveste o núcleo de ferrite e o sistema da bobina, que os sensores não-blindados não incluem. Essa blindagem impede que o campo eletromagnético se estenda além do diâmetro do sensor e fique concentrado na sua superfície frontal. O sensor blindado apresenta um alcance menor que o não-blindado, entretanto a blindagem evita que o sensor detecte o próprio dispositivo ou estrutura em que esteja montado.
Figura 3: Diferenças entre os sensores blindados e não-blindados
Alvo Padrão:
É importante observar que os catálogos dos fabricantes sempre informam a distância sensora nominal baseada em um objeto-alvo padrão, chamado alvo padrão. O alvo padrão é utilizado para calibrar a distância sensora nominal, e consiste de uma chapa quadrada de aço de 1mm de espessura, com comprimento dos lados iguais ao diâmetro da face sensora (L=D, caso 3x Sn<Diâmetro) ou 3 vezes o alcance nominal (L=3xSn, caso 3xSn>Diâmetro). 
Figura 4: Alvo Padrão
Distância 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 a tensão de alimentação. É o valor em que os sensores de proximidade são especificados.
Distância Sensora Real (Sr):
É a distância medida com a tensão de alimentação nominal levando-se em consideração a influência sofrida pelo processo industrial, especificado EM temperatura ambiente (23oC), com desvio de 10%
0,9 Sn ≤ Sr ≤ 1,1 Sn
Distância Sensora Efetiva (Su):
Valor influenciado pela temperatura de operação. Possui um desvio máximo de 10% sobre a distância sensora real. 
0,81 Sn ≤ Su ≤ 1,21 Sn
Distância Operacional (Sa):
É a distância em que seguramente se pode operar o sensor, considerando todas as variações de industrialização, temperatura e tensão de alimentação.
0 ≤ Sa ≤ 0,81 Sn
Fator de correção ou fator de redução:
A distância sensora operacional depende do tipo de material do alvo e deve ser multiplicada por um fator de correção quando se quer detectar um material diferente do aço carbono padrão. A composição do alvo causa um grande efeito no alcance de sensores de proximidade indutivo.
(Alcance Específico) = (Fator de Correção) x (Alcance Nominal)
	Material
	FR
	Material
	FR
	Ferro e aço
	1,0
	Latão
	0,5
	Cromo e Níquel
	0,9
	Alumínio
	0,4
	Aço Inox
	0,85
	Cobre
	0,3
Tabela 1: Fatores de redução da distância sensora normalizados em relação ao Fe e Aço
Frequência de comutação:
É o maior número de vezes que a saída do sensor pode mudar de estado (comutar – aberto/fechado), por segundo. Os dados para uma frequência de comutação dependem do tamanho do alvo, da distância da superfície de detecção, velocidade do alvo e tipo de seletor. Normalmente é expresso em Hz. 
f – frequência do processo
R – número de rotações por minuto
N – Número de dentes da roda
Figura 5: Método de obtenção da frequência de comutação de acordo com a norma DIN 50010
Histerese
A distância linear entre os pontos de ativação e de desativação de um sensor é chamada de histerese ou curso (deslocamento) diferencial. A histerese é importante pois ajuda a evitar a trepidação de contatos (ligando e desligando rapidamente) quando o sensor fica sujeito a choque e vibração ou quando o alvo fica imóvel no alcance do valor nominal valor. As amplitudes de vibração devem ser menores do que a banda de histerese para evitar oscilações.
A histerese é dada em percentual de distância sensora nominal (Sn) e deve ficar entre 3 e 15% de Sn.
Figura 6: Representação de Histerese
Ripple Residual
É a tensão alternada sobreposta à tensão contínua expressa em % de tensão nominal. Para o funcionamento de um sensor de corrente contínua é necessário uma tensão contínua filtrada, com um ripple residual de valor máximo de 10%, conforme a norma DIN 41755.
ϒ – % de ripple
Vp – tensão de pico será alterada
Vcc – tensão contínua eficaz
Figura 7: Gráfico do ripple residual
ESQUEMAS DE LIGAÇÃO (algumas configurações):
Corrente Contínua
A configuração elétrica de CC é bastante aplicada em automação de processos. Esses sensores são alimentados por uma fonte de corrente contínua e possuem, no estágio de saída, um transistor que comuta a carga conectada ao sensor, isto é, liga ou desliga a carga de acordo com a sensibilização do sensor.
PNP x NPN
Existem dois tipos de transistores de saída: PNP e NPN. O PNP comuta o terminal positivo da fonte de alimentação, e o NPN comuta o terminal negativo.
Figura 8:Configurações (a)PNP e (b) NPN
NA x NF
Os sensores CC podem ter 2, 3 ou 4 fios. Dois da alimentação e os demais conforme o número de funções de saída.
Na configuração Normalmente Aberta (NA) o transistor de saída está normalmente cortado. Isso quer dizer que quando o sensor está desativado a carga está desernegizada, pois o transistor de saída está aberto, e quando o sensor está ativado, a carga será energizada.
Na configuração Normalmente Fechada (NF) o transistor de saída está normalmente saturado. Isso quer dizer que quando o sensor está desativado a carga está energizada, pois o transistor de saída está fechado, e quando sensor está ativado, a carga será desernegizada.
Existe ainda a configuração Saída Reversora. Nesta configuração, um mesmo sensor possui uma saída NA e outra NF que permutam quando o sensor é acionado.
Figura 9:Configurações elétricas CC
Sensores do tipo Namur
Os sensores de corrente contínua do tipo Namur são bastante semelhantes aos sensores convencionais, exceto por não apresentarem o estágio de saída com o transistor de chaveamento. São usados em sensores indutivos de pequenas dimensões, nos quais circuitos eletrônicos mais complexos e maiores não poderiam ser montados.
O circuito consome uma corrente de aproximadamente 3 mA, quando está desacionado e com a aproximação do objeto metálico que absorve o campo magnético, o consumo de corrente cai para aproximadamente 1mA. Devido à característica da redução da corrente com o acionamento, diz-se que os sensoresNamur são normalmente fechados.
Figura 10:Saída de corrente e configurações de sensores do tipo Namur
Corrente Alternada
O amplificador de saída dos sensores de corrente alternada é constituído de um tiristor, que atua diretamente em um relé, contador ou chave magnética.
 O sensor de CA a 2 fios possui, no estágio de saída, uma ponte retificadora juntamente com SCR, permitindo assim ao sensor conduzir corrente não polarizada. Além disso, são providos de dispositivos de segurança contra tensão excessivas da rede.
Figura 11:Configuração eletrônica de sensores para CA
Abaixo é possível ver algumas configurações elétricas aplicadas a corrente alternada:
Figura 12:Configurações elétricas para CA: (a) 2 fios – NA, (b)3 fios – NA, (c) 2 fios – NF, (d) 3 fios – NF e (e) 4 fios - Comutação programável NA-NF
BENEFÍFIOS:
Por não possuírem peças móveis e trabalharem sem contato físico, esses sensores costumam ter vida útil muito maior que as chaves de fim de curso mecânicas;
São totalmente vedadas, o que possibilita seu uso em água, óleo, poeira, etc;
Tem grande precisão na repetição do ponto de comutação (repetibilidade);
São mais rápidos que os dispositivos mecânicos;
São menos sujeitos a falhas;
Substituem com vantagem as chaves de fim de curso e microchaves.
Fonte:
http://redeetec.mec.gov.br/images/stories/pdf/eixo_ctrl_proc_indust/tec_autom_ind/instrum_aplic/161012_instrum_aplic.pdf (acesso em 01 de maio de 2019)
http://www.dee.ufrn.br/~luciano/arquivos/ins_ele/Apresenta%E7%F5es_2008_2/HUDSON%20LEGNAR/Sensores_Indutivos (acesso em 04 de maio de 2019)
https://www.sense.com.br/arquivos/produtos/arq2/Indutivos_Dist%C3%A2ncia_Constante_Manual_de_Instala%C3%A7%C3%A3o_Rev_E.pdf (acesso em 04 de maio de 2019)
https://www.sense.com.br/arquivos/produtos/arq2/Indutivo_Namur_Standard_Manual_de_Instala%C3%A7%C3%A3o.pdf (acesso em 04 de maio de 2019)
https://www.novus.com.br/downloads/Arquivos/folheto_comercial-sensores%20indutivos-port.pdf (acesso em 04 de maio de 2019)
https://static.weg.net/medias/downloadcenter/h57/h55/WEG-sensores-industriais-50029077-catalogo-pt.pdf (acesso em 04 de maio de 2019)
https://www.citisystems.com.br/sensor-indutivo/ (acesso em 01 de maio de 2019)
https://www.youtube.com/watch?v=iggQDwgV2Z4 (acesso em 01 de maio de 2019)
THOMAZINI, Daniel; ALBUQUERQUE, Pedro Urbano De. Sensores Industriais: Fundamentos e Aplicações. 8ªed. São Paulo: Editora Érica, 2011.