ELEMENTOS DE AUTOMAÇÃO - Aula 4 Sensores Piezoelétricos

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Sensores Piezoelétricos
⦁ Objetivos de Ensino: Entender como funciona
os sensores e suas aplicações. Entender como
funciona os transdutores de posição, vazão e
suas aplicações.
⦁ Objetivos de Aprendizagem: Aprender os
tipos de sensores piezoelétricos e
extensométricos e seu funcionamento.
Aprender sobre os transdutores de posição e
vazão, seu funcionamento e suas aplicações.
⦁ Sensores Piezoelétricos
⦁ Material
⦁ Comportamento e Funcionamento
⦁ Ultrasom e Aplicações
⦁ Aplicações
⦁ Sensores Piezoelétricos (Material)
⦁ Sensores que funcionam com base no
princípio do efeito piezoelétrico.
⦁ Cristal piezoelétrico: Elementos da natureza
que convertem diferença de potencial elétrico
em pressão e vice-versa.
⦁ Exemplos: quartzo, mica e calcita.
⦁ Sensores Piezoelétricos (Comportamento e
Funcionamento)
⦁ Efeito peizoelétrico acontece caso seja
exercida uma pressão mecânica no cristal, é
gerado uma diferença de potencial;
⦁ O Efeito Piezoelétrico inverso ocorre quando
é aplicado o diferencial de potencial sobre o
cristal, ele sofrerá expansão ou retração de
volume que resultará na formação de uma
onda mecânica.
⦁ Sensores Piezoelétricos
⦁ Sensores Piezoelétricos
⦁ Sensores Piezoelétricos (Ultrassom e Aplicações)
⦁ Para valores acima de 20 kHz de freqüências
tem-se o ultrasom;
⦁ Acelerômetros usados na análise de vibrações
mecânicas são usados em manutenção preditiva;
⦁ Nos transdutores de nível, elementos
transmissores e receptores podem ser formados
por sensores piezoelétricos.
⦁ Sensores Piezoelétricos (ultrassom)
⦁ Sensores Extensométricos
⦁ Definição
⦁ Funcionamento
⦁ Características
⦁ Aplicação
⦁ Sensores Extensométricos (Definição)
⦁ Extensometria: Medição da deformação na
superfície de materiais;
⦁ Extensômetros são estruturas mecânicas,
projetadas para receber esforço e serem
deformadas
⦁ Sensores Extensométricos (Funcionamento)
⦁ A deformação do extensômetro altera sua 
resistência elétrica de maneira proporcional;
⦁ O resultado se refere a uma deformação 
média sob a área do extensômetro.
⦁ Representação Esquemática do Extensômetro
⦁ Características
⦁ Alta Precisão
⦁ Baixo Custo
⦁ Fácil de Instalar
⦁ Aplicação - Acelerômetro Piezoresistivo
⦁ Quando uma massa
aceleração, é causada
inercial 
uma
está sob 
tensão na
estrutura interna;
⦁ Uma resistência elétrica do extensômetro é
proporcional à tensão mecânica aplicada, que
por sua vez é proporcional à aceleração;
⦁ Conceitos envolvidos: extensometria
⦁ Transdutores de posição
⦁ Transdutores de velocidade
⦁ Transdutores de Posição
⦁ Definição – Potenciométrico
⦁ Transdutor de Deslocamento LVDT
⦁ Transdutores de Posição
⦁ Definição: Converte a grandeza física posição,
em uma outra grandeza, como por exemplo,
tensão elétrica.
⦁ Transdutores de deslocamento, posição ou
localização
⦁ Transdutor Potenciométrico: envolve a ação do
deslocamento através do movimento do
respectivo cursor (varia a resistência);
⦁ Transdutores de deslocamento, posição ou 
localização
⦁ Transdutor de Posição (variando sinal de
tensão na saída) Ex: LVDT (Linear Variable
Differential Transformer);
⦁ Sensor de Deslocamento Linear – Linear
Variable Diferencial Transformer (LVDT)
⦁ O LVDT consiste de um núcleo magnético que
se move no interior do cilindro;
⦁ A carcaça do cilindro contém um núcleo
primário, que pode se mover em função de um
sinal de frequência (tensão elétrica), e 2
cilindros secundários que detectam a
frequência na tensão com magnitude igual ao
deslocamento, tornando muito preciso;
⦁ LVDT – Elementos Construtivos
⦁ 1 Bobina Primária
⦁ 2 Bobinas Secundárias
⦁ 1 Núcleo Cilíndrico Fixo
⦁ 1 Núcleo Cilíndrico Móvel
⦁ LVDT - Funcionamento
⦁ Há corrente elétrica nas bobinas de entrada e
saída, gerando campo magnético sobre o
núcleo fixo ou móvel;
⦁ O LVDT produz uma saída elétrica
proporcional ao deslocamento linear de um
núcleo.
⦁ LVDT - Funcionamento
⦁ O LVDT produz uma saída elétrica proporcional ao
deslocamento linear de um núcleo.
⦁ De movimento angular: é convertido numa
variação de tensão proporcional a velocidade de
rotação, por exemplo.
⦁ Aplicação: Tacogeradores
⦁ O LVDT produz uma saída elétrica proporcional ao
deslocamento linear de um núcleo.
⦁ Transdutores de Velocidade
⦁ Transdutor de movimento angular: é convertido
numa variação de tensão proporcional a
velocidade de rotação, por exemplo.
⦁ Tacogeradores (Elementos)
⦁ Bobinas
⦁ Núcleo
⦁ Imãs
⦁ Funcionamento (Tacogeradores)
⦁ Com o deslocamento angular do núcleo, é 
gerada uma corrente elétrica;
⦁ A corrente elétrica gerada é proporcional à 
velocidade de rotação.
⦁ Transdutores de Velocidade
⦁ Transdutores de Vazão Eletromagnético
⦁ Elementos
⦁ Bobinas
⦁ Eletrodos de Referência
⦁ Exemplo de Medidor Magnético de Vazão
⦁ Transdutor de Vazão por Efeito
Eletromagnético (Funcionamento)
⦁ Medidor Eletromagnético de vazão
⦁ Baseado na Lei de Faraday;
⦁ Possui 2 bobinas de campo que, com a ajuda
de propagadores, geram um campo
magnético sobre toda a secção transversal do
tubo.
⦁ As partículas positivas são separadas das
partículas negativas através da força exercida
pelo campo magnético;
⦁ Dois eletrodos conseguem captar a voltagem
com os fluidos em movimento;
⦁ Quanto maior a vazão do fluido, maior a
tensão nos eletrodos.
⦁ Característica
⦁ Pode ser usado para fluidos corrosivos;
⦁ Transdutor de Vazão por Efeito Coriolis
⦁ Elementos
⦁ Tubos
⦁ Sensores de Monitoramento da Vibração dos 
Tubos;
⦁ Transmissor.
⦁ Transdutor de Vazão por Efeito Coriolis
⦁ Transdutor de 
(Funcionamento)
Vazão por Efeito Coriolis
⦁ Efeito de Coriolis (Força Inercial Considerando o
Movimento de Rotação da Terra);
⦁ Os tubos de medição são submetidos a uma
oscilação e ficam vibrando em sua própria
frequência natural;
⦁ Depois há uma torção captada por sensores que
geram uma tensão em formato de ondas
senoidais.
⦁ Quanto maior a vazão, maior será o
afastamento do tubo em relação aos sensores
durante a oscilação.
⦁ Referências
⦁ CARMAGO, Valter Luís. Elementos de automação, 1ª Edição. São Paulo:
Érica, 2014.
⦁ Sensores Industriais: Fundamentos e Aplicações. Daniel Thomazi & 
Pedro Urbano Braga de Albuquerque. São Paulo. Érica, 2011.
⦁ Alinhamento: https://www.youtube.com/watch?v=ZcDcHyYYxe0
⦁ Transdutor por efeito 
https://www.youtube.com/watch?v=7dp8PO-_BdA
coriolis:
⦁ Transdutor por efeito magnético: https://www.youtube.com/watch?v=-
XD0LmJyYJQ&t=6s
⦁ Relatório skf de alinhamento:
⦁ www.mapro.skf.com
https://www.youtube.com/watch?v=ZcDcHyYYxe0
https://www.youtube.com/watch?v=7dp8PO-_BdA
https://www.youtube.com/watch?v=-XD0LmJyYJQ&t=6s
https://www.youtube.com/watch?v=-XD0LmJyYJQ&t=6s
http://www.mapro.skf.com/