Sensores_Aula_2_Automação_Industrial

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Sensores
Introdução
Principais elementos envolvidos na medição
O instrumento de medida incorpora:
• Sensores , condicionador de sinais, tratamento de informação
•Sensor Primário: é o elemento que primeiro recebe a ENERGIA do meio onde a medida 
é feita;
• Conversão de Energia: é nesse elemento que a variável medida é convertida em outra 
de mais fácil manipulação, sem entretanto modificar o conteúdo da informação original;
• Manipulação da Variável: é o elemento que produz uma mudança no valor numérico 
da variável
preservando sua natureza física (amplificação de tensão, por exemplo);
• Transmissão da Informação: é o elemento que transfere a informação de um ponto do
instrumento a outro;
• Apresentação: é o elemento que converte a informação em uma forma reconhecível por 
um dos sentidos do ser humano
Introdução
Sensores Discretos
Interfaceamento dos Sensores Discretos com os 
Controladores
Interfaceamento dos Sensores Discretos com os 
Controladores
Interfaceamento dos Sensores Discretos com os 
Controladores
Interfaceamento dos Sensores Discretos com os 
Controladores
Interfaceamento dos Sensores Discretos com os 
Controladores
Sensores Discretos –Contato Mecânico
Chaves mecânicas de proximidade
 É essencialmente uma chave
mecânica
 Só opera on/off em dois modos:
◼ Normalmente aberto (NO)
◼ Normalmente fechado
(NC)
 Existe uma variedade muito
grande de formas para uma
grande faixa de usos
Atuador
Comum
Normalmente
Fechado
Normalmente
aberto
Sensores Discretos –Contato Mecânico
Sensores Discretos – Proximidade
Sensores de Proximidade
Sensores Indutivos
Sensores Capacitivos
Sensores de Proximidade
Sensores Fotoelétricos
Sensores de Proximidade
Sensores de Proximidade
Sensores de Proximidade
Sensores de Proximidade
Sensores de Proximidade
Sensores de Proximidade
Sensores de Proximidade
Sensores de Proximidade
Sensores magnéticos
▪ São atuados quando entram em um 
campo magnético 
Encoders
▪ Usados em robôs, máquinas-
ferramenta, CNC entre outros, 
determinam a posição através de um 
disco ou trilho marcado. 
▪ Se dividem em:
▪ Relativos ou incrementais
▪ Absolutos
Encoders
▪ Incremental
▪ Envia pulsos em série 
correspondendo ao ângulo de 
rotação do eixo. É conectado a um 
dispositivo capaz de contar os pulsos 
e convertê-los em uma medida do 
movimento do eixo.
▪ O número de fendas determina o 
número de pulsos por revolução do 
encoder, ou seja, a sua resolução
Encoders
Encoders
▪ Absoluto
▪ Envia um código exclusivo para cada posição 
do eixo. O disco interno possui várias trilhas 
concêntricas. Cada trilha tem uma fonte de luz 
independente. As saídas de cada uma das trilhas 
formam um sinal binário exclusivo para cada 
posição do eixo
Encoders
Telemetria
▪ São denominadas telemetria as técnicas de obtenção, 
processamento e transmissão de dados à distância. 
▪ Tecnologia pneumática
▪ Tecnologia Eletrônica
▪ Tecnologia Digital
Tipos de Instrumentação
 A Instrumentação Pneumática usa 
sinais de pressão de ar ou nitrogênio 
nas informações entre instrumentos. 
 A Instrumentação Eletrônica 
Analógica usa sinais elétricos 
analógicos ou seja sinais contínuos. 
 A Instrumentação Eletrônica Digital
usa sinais elétricos digitalizados ou seja 
sinais quantizados (discretos). 
Padrões de Sinais
▪ Para transmitir sinais de forma 
analógica no ambiente industrial 
utilizam-se padrões, paulatinamente 
caindo em desuso:
▪ 4 a 20 mA
▪ 3 a 15 PSI
▪ 1 a 5V (curtas distâncias)
Conversão entre sinais
▪ Ao longo do sistema de controle, um 
sinal pode trocar de forma várias 
vezes, por exemplo:
20 mA
4 mA
12 mA
15PSI
3PSI
X
20-4 15 - 3
=
12-4 X – 3
16.(X-3) = 8.12
16 X = 96+48
16 X = 144
X = 9 PSI
Sensores analógicos
▪ Tipo de sensor que pode assumir
qualquer valor no seu sinal de saída
ao longo do tempo, desde que esteja
dentro da sua faixa de operação.
Características Estáticas dos Instrumentos
Calibração Estática: Operação que tem por objetivo levar o instrumento de 
medição a uma condição de desempenho e ausência de erros sistemáticos, 
adequados ao seu uso.
Ganho: O ganho é a relação entre a variação na saída e a variação unitária 
na entrada, ou o span da saída dividido pelo span da entrada.
Assim, para um transmissor eletrônico de temperatura com uma faixa de 
entrada de 100 a 200º C e uma saída de 4 a 20 mA, o ganho é:
Características Estáticas dos Instrumentos
Características Estáticas dos Instrumentos
Características Estáticas dos Instrumentos
Zona Morta: é a faixa onde o sensor não consegue responder. Ela define o 
valor necessário de variação do processo (da variável em medição) para que o 
medidor comece a percebê-lo.
Tempo Morto: é o tempo necessário para que o sensor comece a responder a 
alterações na variável medida (entrada).
Resolução: é menor mudança na entrada do sensor que irá resultar em uma 
mudança na saída do mesmo. A resolução dá uma indicação de quão pequena 
uma variação na entrada de energia pode ser percebida por um sensor.
Linearidade: pode ser especificada de várias formas. Uma maneira simples e 
usual é especificar a linearidade da reta de calibração de um sensor, traçada a 
partir da estimativa da melhor reta, pelo método dos mínimos quadrados, 
proveniente dos dados de entrada e saída do tal sensor para toda a
faixa de medição.
Características Estáticas dos Instrumentos
Características Estáticas dos Instrumentos
Características Estáticas dos Instrumentos
Principais variáveis medidas:
▪ Pressão
▪ Nível
▪ Vazão
▪ Temperatura
Pressão
▪ É a mais importante das variáveis 
pois diversas outras variáveis são 
medidas utilizando-se indiretamente 
da pressão: 
▪ Ex. de unidades de medida: bar, PSI, 
kgf/cm². 
▪ Temperaturas (a bulbo de pressão);
▪ Vazões;
▪ Níveis
Pressão
Pressão é a relação entre uma força e 
a superfície sobre a qual ela atua 
F
P = F
S 90
Tipos de Pressão
0
760 mm Hg
P atmosférica
0
Vácuo total
P relativa P absoluta 
Princípios de Medição
▪ Por equilíbrio de uma pressão 
desconhecida contra uma pressão 
conhecida
▪ Por meio de deformação de um 
material elástico
▪ Por meio de variação de uma 
propriedade física (base dos 
transmissores eletrônicos de 
pressão)
Pressão: Equilíbrio de pressão
▪ Colunas de líquido 
Em “U”
Coluna 
Vertical
Coluna 
Inclinada
Pressão:Deformação
Bourdon
Strain Gauge 
A deformação do material sob pressão altera
sua resistência. A medição da resistência
fornece a indicação da pressão. São aplicados
para medir pressões muito elevadas. Outros
são usados como células de carga em balanças
eletrônicas.
Pressão
Nível
▪ MEDIÇÃO DIRETA: Efetuada sob a 
superfície do líquido geralmente com o 
emprego de flutuadores, ou através de 
visores de nível.
▪ MEDIÇÃO INDIRETA: Neste tipo de 
medição são usadas propriedades físicas 
ao nível, como: pressão, empuxo e 
radiação 
▪Unidades de medida: m, cm, ft, pol, %
Nível
▪ RÉGUA OU 
GABARITO
Nível: visor de nível
LG
Nível
▪Medição 
direta por 
bóia
Nível empuxo
Nível medição indireta
0%
100%
▪ Pressão da 
coluna d’agua
Nível: ultra-som, Radar e Microondas
▪ Indicadas para aplicações 
corrosivas e sujas,bem como 
para líquidos,lamas e sólidos 
a granel. 
▪ Não confiáveis na presença 
de espuma na superfície. 
▪ Sólidos a granel diminuem a 
precisão dos transmissores
Medição de Nível por Radar
Medição de Nível por Radar
T
Q =
V
Vazão : Conceitos
Vazão : Principais tipos
▪ Pressão diferencial.
▪ Turbina – fluidos limpos
▪ Medidor magnético de vazão - fluidos 
corrosivos e sujos.
▪ Deslocamento positivo - totalização direta 
da vazão.
▪ Área variável - para a indicação local e 
barata da vazão com baixa precisão de 
fluido sob baixa pressão.
Vazão: Pressão diferencial
Placa de Orifício
Vazão: Pressão diferencial
Placa de Orifício
Cone de 
Entrada
Garganta
Conede 
Saída
Vazão: Pressão diferencial 
Tubo de venturi
P1 P2
Tubo de Venturi
Vazão: Pressão diferencial 
Tubo de Venturi
Bocal de Vazão
Vazão: Pressão diferencial 
Bocal de Vazão
Vazão: Pressão diferencial 
Vazão: Turbina
Medidor de Velocidade
Turbina
Vazão: Medidor magnético
Vazão: Medidor magnético
Vazão: Medidor magnético
Vazão: Deslocamento positivo
Medidor de Deslocamento Positivo
Engrenagens ovais
Medidor de Deslocamento Positivo
Engrenagens ovais
Temperatura
▪ Princípios e medição:
▪ Variação da resistência elétrica
▪ Dilatação térmica dos materiais
▪ Tensão gerada no condutor
▪ Radiação emitida
▪ Unidades de medida: K, °F, ºC
Variação da resistência elétrica
▪ Os materiais tem sua resistência 
elétrica modificada em função da 
temperatura. Neste princípio 
enquadram-se as: 
▪ Metais – Termômetros de resistência
▪ Semicondutores - Termistores
Medição de temperatura por variação da 
resistência elétrica
Metal Coeficiente 
de variação
/oC
Platina 0,00392
Níquel 0,00672
Cobre 0,0038 
Tungstênio 0,0045
Ouro 0,0040
Prata 0,0041
▪ Variação da 
resistência elétrica 
em função da 
temperatura
Dilatação térmica
▪ Utilizam a expansão volumétrica dos 
materiais, que é proporcional à temperatura.
Dilatação térmica (termômetros bimetálicos)
Tensão gerada no condutor
▪ Baseia-se principalmente no efeito 
Seebeck :
▪ Quando as extremidades de um material 
encontram-se em temperaturas 
diferentes. A diferença de energia 
térmica dos átomos faz com que os 
localizados no lado mais quente tendam 
a se dirigir para o lado mais frio (criação 
de força eletromotriz)
Tensão gerada no condutor
Conexão
Ponto de 
medição
Instrumento
▪ Esquema de um termopar.
Tensão gerada no condutor
Tipo Materiais Faixa (oC)
J Ferro-constantan -190 a 760
T Cobre-constantan -200 a 371
K Cromel-alumel -190 a 1260
E Cromel-constantan -100 a 1260
S Pt-90% Pt +10% Rh 0 a 1482
R Pt-87% Pt +13% Rh 0 a 1482
Radiação emitida