Sensores e transdutores

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05/10/2011

ROTEIRO
1.

Disciplina : EME7AN – Sensores e Transdutores

Aula3
Prof. Cícero Alexandre Brandão de Paula http://lattes.cnpq.br/8097416283731074
2.

Descrever o desempenho dos sensores com base: faixa de Operação (Range); Span (Alcance); erro; precisão; sensibilidade; erros de histerese e não linearidade, repetitividade, estabilidade, zona morta, resolução; impedância desaída; tempo de resposta; constante de tempo; tempo de subida; tempo de acomodação. Avaliar sensores utilizados para medição de deslocamento; posição; pressão de fluido; vazão de líquido; nível de líquido; temperatura e intensidade 2 luminosa.
Livro: Mecatrônica – Uma abordagem Multidisciplinar Autor: William Bolton

SENSORES E TRANSDUTORES

SENSORES INTELIGENTES

O TERMO SENSOR É UTILIZADOPARA UM ELEMENTO QUE PRODUZ UM SINAL RELACIONADO À GRANDEZA MEDIDA. TRANSDUTORES SÃO DEFINIDOS COMO ELEMENTOS QUE, QUANDO SUBMETIDOS A UMA GRANDEZA FÍSICA, RESPONDEM COM OUTRA VARIAÇÃO ASSOCIADA. UM SENSOR TAMBÉM É UM TRANSDUTOR.

QUANDO UM SENSOR TAMBÉM INCORPORA EM UM ENCAPSULAMENTO OS CIRCUITOS DE CONDICIONAMENTO E PROCESSAMENTO DE SINAIS, ESTE É DENOMINADO COMO SENSOR INTELIGENTE.CAPACIDADE DE COMPENSAR ERROS ALEATÓRIOS PARA SE ADAPTAR A MUDANÇAS NO AMBIENTE; AUTOMÁTICO DE PRECISÃO DA MEDIDA; COMPENSAÇÃO DE NÃO LINEARIDADE PARA QUE A SAÍDA SEJA LINEAR; AUTO CALIBRAÇÃO E AUTO DIAGNÓSTICO DE DEFEITOS.

FUNÇÕES: CÁLCULO

PADRÃO – IEEE 1451 – PLUG –AND-PLAY

SENSORES E TRANDUTORES

TERMINOLOGIA - DESEMPENHO
ERRO DE HISTERESE

O TERMO SENSOR É UTILIZADO PARA UM ELEMENTO QUEPRODUZ UM SINAL RELACIONADO À GRANDEZA MEDIDA. TRANSDUTORES SÃO DEFINIDOS COMO ELEMENTOS QUE, QUANDO SUBMETIDOS A UMA GRANDEZA FÍSICA, RESPONDEM COM OUTRA VARIAÇÃO ASSOCIADA. UM SENSOR TAMBÉM É UM TRANSDUTOR.

Figura 2.1

Histerese

1

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ERRO DE NÃO LINEARIDADE

RESPOSTA

A UMA ENTRADA DEGRAU

Figura 2.2

Erro de não linearidade usando: (a) Valores extremos da faixade operação, (b) Melhor linha reta para todos os valores, (c) Melhor linha a partir do ponto zero
Figura 2.3

Resposta a uma entrada degrau

RESPOSTA TERMÔMETRO

DE

VIDRO

POTENCIÔMETRO

Figure 2.5 Figure 2.4

Rotary potentiometer

Thermometer in liquid

TRANSDUTOR RESISTIVO
Simples e mais eficiente Conectado ao movimento do objeto Três tipos:
Translação Simples volta:Angular Multi voltas: Angular

POTENCIÔMETROS

TRANSDUTOR
Linear se RL = ∞ Na prática, RL < ∞

RESISTIVO POTENCIÔMETROS
Usando o Shunt Rm Para remover a não linearidade Rm = RL

Translação
Vo = (Rx / Rtotal) Vi
Rx ∝ Xi Relação linear Vi e Xi

Não linearidade
Causada pela carga R

12 11

2

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TRANSDUTOR
Resolução

RESISTIVO POTENCIÔMETROS

TRANSDUTOR RESISTIVOPOTENCIÔMETROS

Depende do diâmetro do fio do enrolamento
Fios finos dão melhor resolução 20µm está próximo do limite prático
50 voltas / mm

Um sensor analógico Funciona como um divisor de tensão

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TRANSDUTOR RESISTIVO POTENCIÔMETROS (TIPOS)

EXTENSOMETROS

• Fio
- Bobina de fio de Níquel-cromo - Fios tende a falhar com a variação de temperatura

• Cerâmico
- Pista de cerâmicacondutora - Melhor do que o de fio, no que se refere a temperatura

• Filme plástico
- Alta resolução - Longa vida e boa estabilidade de temperatura
Figure 2.6

Strain gauges: (a) metal wire, (b) metal foil, (c) semiconductor

EXTENSÔMETROS

MONTAGEM

DE UM

STRAIN GAGE

Se aplicado uma tensão direta no objeto
Medindo pequeno deslocamento

Medindo grande deslocamento Relações:l = distância entre P and P’ εx = tensão em P’

Selection of Strain Gage

∆s =
Figure 2.7

Strain-gauged element

2 L2ε x 3lh

18

3

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SENSORES

CAPACITIVO

SENSORES PUSH-PULL

Figure 2.8

Forms of capacitive sensing element

Figure 2.9

Push–pull sensor

SENSOR

DE PROXIMIDADE CAPACITIVA

TRANSDUTORES

DIFERENCIAL LINEAR VARIÁVEL

Figure 2.10...
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