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Transdutores Prof. Msc. Ana Vitória Morais ana.vminocencio@professores.unifavip.edu.br mailto:ana.vminocencio@professores.unifavip.edu.br Sinais • Sinais Analógicos e Digitais: – Um sinal cuja amplitude pode assumir qualquer valor em uma faixa contínua é um sinal Analógico. – Um sinal digital é aquele cuja amplitude pode assumir apenas alguns valores – Sinais Contínuos e Discretos no Tempo: – Um sinal de tempo contínuo pode ser representado por uma função cuja variável independente é contínua. – Já um sinal de tempo discreto é definido somente em instantes discretos. Sinais analógicos Sinal Analógico Vs Sinal Digital Sinal Analógico Sinal Digital Sinal Analógico • Exemplo Em um sistema para medir temperatura através de um termopar, teremos uma tensão analógica em função da variação da resistência: – Para cada valor possível de temperatura, existe um valor de resistência; – Entre dois extremos de temperatura existem infinitos valores possíveis; – Para cada variação, por menor que seja, de temperatura, existirá uma variação da resistência. Sinal Digital • Exemplo – Em um display de 7 segmentos, teremos 7 tensões digitais em função do valor desejado: • Para cada número representado, existe uma sequências de acionamento dos segmentos; • Entre os números zero e nove existem finitos valores de combinação; • Para cada número, existirá uma variação dos segmentos selecionados. Sinal Digital • Contínuo no tempo e discreto no tempo - eixo de tempo (eixo horizontal). • Analógico e digital - amplitude do sinal (eixo vertical). • Um sinal analógico não é necessariamente um sinal contínuo no tempo e um sinal digital não é necessariamente um sinal discreto no tempo. • Um sinal contínuo no tempo pode ser convertido em um sinal discreto através da amostragem. • Um sinal analógico pode ser convertido em um sinal digital através da quantização. • Para reconstruir um sinal de tempo contínuo a partir de um sinal de tempo discreto, deve-se aplicar uma interpolação (filtragem). Sinal Analógico x Sinal Digital Sinal analógico x Sinal digital • Equipamentos que utilizam sinais digitais são melhores que os que utilizam sinais analógicos? • Não necessariamente, depende do tipo de conversão utilizada no sinal analógico, para converte-lo para o sinal digital e os processos aplicados nesse sinal. Conversão A/D e D/A • A maioria dos sinais são de origem analógica. – Um sinal analógico é uma quantidade de valor preciso que pode ser representada por uma função contínua e sem degraus. – Um sinal digital é uma quantidade de natureza binária (on-off) e as variações no valor numérico estão associadas a mudanças do estado lógico (verdadeiro-falso) de alguma combinação de "interruptores". • Para processar um sinal analógico digitalmente, devemos: – Converter o sinal analógico para a forma digital (conversão A/D) – Processar o sinal digitalmente – Converter o sinal digital processado de volta à forma analógica (conversão D/A) Conversão A/D Conversão D/A Sinal analógico Sinal digital Sinal analógico PDS Digitalização de um sinal analógico • Conversão analógico/Digital • Perda de informação devido a: – Intervalo entre os instantes de amostragem (amostragem) – Passo de quantização (quantização) Conversores A/D A taxa de amostragem ou frequência de amostragem é o número de amostras retiradas da forma de onda original, por segundo. Quanto mais alta for a taxa de amostragem, melhor será a aproximação à onda original. Digitalização de um sinal analógico Diferentes taxas de amostragem 0 2 4 6 8 10 12 14 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 5 10 15 20 25 30 35 40 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Digitalização de um sinal analógico Definição • Transdutores – dispositivos utilizados em medição e que fornecem uma grandeza de saída que guarda uma relação especificada com uma grandeza de entrada – Transdutor engloba o sensor tornando possível a medição de determinada grandeza Transdutor • Passivo: a energia para seu funcionamento é fornecida total ou quase que totalmente pelo sinal de entrada • Ativo: uma fonte auxiliar fornece a maior parte da energia necessária para o funcionamento do transdutor Transdutor • Um transdutor passivo é aquele que provê sua própria energia, ou a deriva do próprio fenômeno que está sendo medido. • Exemplo: um termopar, normalmente utilizado para medir temperatura, pois a saída do transdutor é uma tensão proporcional a uma diferença de tensão. Transdutor indutivo • O princípio de funcionamento consiste em gerar um campo eletromagnético de alta frequência desenvolvido por uma bobina ressonante instalada na face sensora. A bobina é parte de um circuito oscilador que, em condição normal (desacionada), gera um sinal senoidal. Quando um metal aproxima-se do campo, por correntes de Foulcault, absorve a energia do campo, diminuindo a amplitude do sinal gerado no oscilador. A redução da amplitude deste sinal é comparada com um valor padrão e aciona a saída. Transdutor indutivo • O aço inox tem um fator de redução (FR) de 0,85. Com isso, o alcance num alvo de aço inox é menor em relação a um alvo padrão de aço. NPN e PNP NPN e PNP NPN NF NPN NANA NF NPN e PNP PNP NF PNP NANA NF NPN e PNP NPN e PNP NPN e PNP • Normalmente Aberto (NA) – o transistor de saída está normalmente cortado, ou seja, com o sensor desativado (sem o acionador na região de sensibilidade) a carga está desenergizada, pois o transistor de saída está aberto. A carga será energizada quando o acionador entrar na região de sensibilidade do sensor. • Normalmente Fechado (NF) – quando o transistor de saída está normalmente saturado (sensor desativado, sem o acionador na região de sensibilidade) a carga está energizada, pois o transistor de saída está fechado (saturado). A carga será desenergizada quando o acionador entrar na região de sensibilidade do sensor. Transdutor resistivo de posição • O princípio de funcionamento de um sensor resistivo de posição é a de que a variável física sob medida provoca uma variação da resistência elétrica do transdutor, quando se pretende , por exemplo, determinar a posição de um objeto ou de quanto este se deslocou. • a tensão de saída é proporcional à variação de resistência Transdutor resistivo de pressão • O princípio de funcionamento consiste em alterar a resistência ou o comprimento de um fio resistivo, quando este é sujeito a uma pressão. Transdutor capacitivo de pressão • C=εε0A/d -> qualquer variação em d provoca uma variação em C. • O transdutor de pressão do tipo capacitância mede a alteração na pressão por meio da capacitância entre duas placas capacitivas. • É colada uma placa do lado deformável do material elástico e outra colada do lado cuja superfície não é pressurizada. Transdutor indutivo de pressão • A própria deformação do material elástico é aplicada para oferecer movimento linear de um núcleo ferromagnético, que irá variar a corrente induzida. Transdutor de proximidade discreto • Detectam a presença de um determinado objeto em determinado local • Sensores de proximidade magnéticos, indutivos, capacitivos, óticos e ultrassônicos Transdutor de proximidade discreto Transdutor de proximidade capacitivo • Podem ser usados para detectar objetos não metálicos incluindo líquidos, tais como água e ácidos, além de materiais granulares como grãos, farinha e açúcar. • São ideais para aplicações de controle de nível mínimo e máximo, além de inspeção de conteúdo através de embalagens e indicação de presença ou ausência de fluxo em tubulações plásticas. Até a próxima aula! Prof. Msc. Ana Vitória Morais Ana.vminocencio@professores.unifavip.edu.br mailto:Ana.vminocencio@professores.unifavip.edu.br
