Transdutores e Conversores - Ruan Patrick

Prévia do material em texto

CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
MEMORIAL TÉCNICO DESCRITIVO 
SPDA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VITÓRIA DA CONQUISTA-BA 
MARÇO/2020 
 
 
 
 
RUAN PATRICK SANTOS SILVA 
 
 
 
 
 
 
TRANSDUTORES E CONVERSORES 
 
 
 
 
Atividade apresentada ao Curso de Bacharelado em 
Engenharia Elétrica da FAINOR – Faculdade 
Independente do Nordeste campus Vitória da 
Conquista, disciplina Instrumentação, como partes 
dos requisitos para a obtenção da nota parcial da I 
unidade no período letivo de 2020.1 
 
 
Professor Orientador: Esp. André Maurício Meira 
Souza 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VITÓRIA DA CONQUISTA-BA 
MARÇO/2020 
 
 
1 
 
1. INTRODUÇÃO 
Em modo geral, pode-se definir um transdutor como um dispositivo que realiza a conversão 
de uma forma de energia em outra. Na maioria dos casos, consiste em converter energia 
elétrica num deslocamento mecânico ou converter alguma grandeza física não eléctrica 
como som, temperatura, pressão, velocidade ou luz, numa grandeza elétrica. Já o 
conversor, quando visto pela ênfase de Eletrotécnica, consiste em um equipamento capaz 
de realizar a conversão de corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA), ou vice e 
versa, porém aprofundando conceitos na ênfase de Eletrônica, percebemos que o conversor 
é um equipamento capaz de gerar uma representação digital a partir de uma grandeza 
analógica. E é com um grande e vasto campo de aplicações que podemos aprofundar 
conhecimentos em ambos componentes. 
 
 
 
2 
 
2. TRANSDUTORES 
2.1 DEFINIÇÃO 
 
Como já foi dito na introdução, transdutores são componentes utilizados na conversão 
de diferentes formas de energia, sendo geralmente, a conversão de energia elétrica em 
mecânica. Suas principais funções são proporcionar a saída de um sinal elétrico a ponto de 
ser lido por um leitor, e criar uma sensibilidade de acordo com a necessidade, que pode ser 
temperatura, magnitude e variação de um dado mensurado, ou até presença. 
Em outras palavras, percebe-se que a maneira mais satisfatória de classificar os 
transdutores é pelo princípio elétrico envolvido no seu funcionamento. Os transdutores 
podem também ser classificados de acordo com a sua aplicação. Em termos elétricos, os 
transdutores podem ser classificados em passivos ou autogenerativos. No primeiro caso, o 
transdutor necessita de uma fonte de excitação externa e a sua saída é a medida de uma 
variação de uma grandeza de um componente elétrico, tal como uma resistência ou 
capacidade. No segundo caso o transdutor não necessita de qualquer fonte de alimentação 
externa, produzindo eles próprios um sinal analógico de corrente ou tensão, quando 
estimulado por alguma forma de energia. Estão neste caso os transdutores piezoeléctricos, 
células solares, termopares, geradores de bobina móvel. 
 
 
Figura 1: Funcionamento de um Transdutor 
 
2.2 TIPOS DE TRANSDUTORES 
 
2.2.1 TRANSDUTORES CAPACITIVOS 
 
 
 
 
3 
 
 Entende-se um transdutor capacitivo como um condensador que exibe uma variação 
do valor nominal da capacidade em função de uma grandeza não elétrica. Para 
entendermos melhor, uma vez que um condensador consiste basicamente num conjunto de 
duas placas condutoras separadas por um dielétrico, as variações no valor nominal da 
capacidade podem ser provocadas por redução da área frente a frente e da separação entre 
as placas, ou por variação da constante dielétrica do material. 
Os sensores capacitivos permitem medir com grande precisão um grande número de 
grandezas físicas, tais como a posição, o deslocamento, a velocidade e a aceleração linear 
ou angular de um objeto; a humidade, a concentração de gases e o nível de líquidos ou 
sólidos; a força, o torque, a pressão e a temperatura; mas também detectar a proximidade 
de objetos, a presença de água e de pessoas, etc. 
Hoje em dia existe uma grande variedade de aplicações que utilizam sensores capacitivos, 
de forma discreta ou integrada. Por exemplo, são bastante comuns os sensores capacitivos 
de pressão, (caso dos microfones), de aceleração, de fluxo de gases ou líquidos, de 
humidade, de compostos químicos como o monóxido de carbono, dióxido de carbono, azoto, 
de temperatura, de vácuo, de nível de líquidos, de força, de deslocamento, etc., uns 
detectando as variações na espessura do dielétrico, outros na constante dielétrica. A 
detecção da variação da capacidade é geralmente efetuada através da medição da carga 
acumulada, por exemplo através da aplicação de uma tensão constante, ou então 
indiretamente através da variação da frequência de oscilação ou da forma de onda à saída 
de um circuito, do qual o sensor é parte integrante. 
 
 
Figura 2: Transdutor Capacitivo 
 
 
4 
 
2.2.2 TRANSDUTORES RESISTIVOS 
Os transdutores resistivos, ou termistores, são resistências sensíveis à temperatura 
construídas em material semicondutor. A gama de medida de um termistor é cerca de [-100, 
300] ºC (considerando toda a variedade dos termistores correntes). Uma LDR (Light 
Dependent Resistor), em português resistência dependente da luz, ou foto resistência, é um 
componente electrónico passivo cuja a resistência varia conforme a intensidade da luz que 
incide sobre ela. O efeito piezoresistivo de determinados materiais semicondutores 
manifesta-se por uma grande variação da sua resistência eléctrica, quando sujeitos à ação 
de esforços mecânicos (pressão). O princípio de funcionamento de um sensor resistivo de 
posição é a de que a variável física sob medida provoca uma variação da resistência 
eléctrica do transdutor, quando se pretende, por exemplo, determinar a posição de um 
objeto ou de quanto este se deslocou. 
 
Figura 3: Sensor de Força Resistivo (FSR) 
 
2.2.3 TRANSDUTORES INDUTIVOS 
 
E por último, porém não menos importantes, os transdutores indutivos podem ser passivos 
ou auto generativos. Os auto generativos utilizam o princípio básico do gerador elétrico que 
é quando existe um movimento relativo entre um condutor e o campo magnético, induz-se 
neste uma tensão. Um tacómetro é um transdutor indutivo que converte diretamente a 
velocidade ou aceleração num sinal eléctrico. Assim, o objeto cuja velocidade angular se 
pretenda conhecer é diretamente acoplado ao rotor de um gerador de corrente continua, que 
roda em torno dos pólos de uma armadura de um magnete permanente (estator). A principal 
aplicação deste transdutor é para determinar a frequência de um tacómetro, para além da 
velocidade de fluxos de fluidos condutores, que atravessam um campo magnético estático. 
 
 
5 
 
 
Figura 4: Modelo de Sensor Indutivo 
 
2.3 – TRANSDUTORES DE CORRENTE PNEUMÁTICO 
 
Em diversos materiais e manuais encontrados na internet, e em livros, encontramos que os 
transdutores pneumáticos são ideais para diversos procedimentos da indústria pois 
responde rapidamente às mudanças do sinal de entrada de um sistema, o que resulta num 
controle mais rápido do circuito e economia dos materiais no processo. O transdutor 
eletropneumático também oferece cinco faixas de sinal de entrada que atendem à maioria 
dos requisitos dos processos e das máquinas e um consumo mínimo de ar que permite o 
uso em sistemas onde o gás da operação é caro. 
Tal equipamento é utilizado para a combinação da energia elétrica com a energia 
pneumática, o transdutor eletropneumático é controlado por uma corrente de 4-20 mA em 
um circuito de controle. O dispositivo é formado por duas seções, a seção de conversão de 
sinal e a seção pneumática. A seção de conversão de sinal (placa do PC) do transdutor 
eletropneumático aceita uma corrente de 4-20 mA do circuito de controle, geralmente é 
aplicada a uma bobina que cria uma força magnética que movimenta um braço flexível. Já a 
seção pneumática opera como um sistema de equilíbrio de força para o transdutor 
eletropneumático, com a esfera Sapphire flutuando dentro de um bocal e controlandoa 
pressão de saída, o que alivia o ar fornecido através de um orifício. 
 
 
6 
 
 
Figura 5: Transdutor Pneumático de Corrente 
3. CONVERSORES PNEUMÁTICOS PARA CORRENTE 
Sabe-se sobre os conversores pneumáticos para corrente são utilizados em sua maioria, em 
situações onde a conversão de sinais pneumáticos em eletrônicos se faz necessária. Sua 
aplicação também ocorre quando se tem uma instalação pneumática local e os sinais devem 
ser transmitidos a uma grande distância. 
Considerando que o sinal pneumático de entrada mais comum de ser utilizada é 0,2 e 1,0 
kgf/cm², e saída mais utilizada é na faixa de 4 a 20 macc, devemos sempre analisar cada 
situação de conversão de sinal pneumático para a utilização de equipamentos adequados. 
O sinal de pressão de entrada incide numa cápsula com boa precisão, e o movimento é 
transmitido a um transformador diferencial linear variável, que realiza a conversão do sinal 
de pressão aplicado à capsula em sinal de saída eletrônica. 
 
 
FIGURA 6: Conversor Eletropneumático 
 
 
 
7 
 
4. BIBLIOGRAFIA 
 
PEREIRA, Miguel Dias. Conversores digital-analógico e analógico-digital. Disponível em 
<http://ltodi.est.ips.pt/joseper/PTS 20II/Cap2-PTS 20II.PDF> Acesso em 29 de Março de 
2020. 
 
TEIXEIRA, Mariane Mendes. "Transdutor"; Brasil Escola. Disponível em: 
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/transdutor.htm. Acesso em 29 de março de 2020. 
 
http://cee.uma.pt/edu/el2/acetatos/Cap_conversores.pdf 
 
http://www.ufrgs.br/eng04030/Aulas/teoria/cap_07/senscapa.htm 
 
https://fairchildproducts.com/pdf/Fairchild%20Products%20overview%20BR.pdf 
http://ltodi.est.ips.pt/joseper/PTS%2020II/Cap2-PTS%2020II.PDF
http://cee.uma.pt/edu/el2/acetatos/Cap_conversores.pdf
http://www.ufrgs.br/eng04030/Aulas/teoria/cap_07/senscapa.htm
https://fairchildproducts.com/pdf/Fairchild%20Products%20overview%20BR.pdf