SEN250IFKit Didático de Sensores Sensores - SEN250IF Apostila sujeita a revisão Sensores - SEN250IF ÍNDICE Sensor Indutivo .................................................................................................................. - 5 Introdução ................................................................................................................... - 5 Circuito RL .................................................................................................................. - 6 CC (Corrente Contínua) ....................................................................................... - 6 CA (Corrente Alternada) ...................................................................................... - 6 Sensor Indutivo ........................................................................................................... - 7 Circuito Oscilador LC .................................................................................................. - 9 Diagrama de Blocos de um Sensor Indutivo ............................................................... - 9 Simbologia ................................................................................................................ - 10 Distância de acionamento ......................................................................................... - 10 Distância sensora (S) ................................................................................................ - 10 Distância sensora nominal (Sn) ................................................................................ - 10 Distância sensora real (St) ........................................................................................ - 10 Distância sensora efetiva (Su) .................................................................................. - 11 Distância sensora operacional (As) ........................................................................... - 11 Material do acionador................................................................................................ - 11 Histerese................................................................................................................... - 11 Exemplos de Aplicação ............................................................................................. - 12 Sensor Capacitivo ............................................................................................................ - 13 Introdução ................................................................................................................. - 13 Circuito RC ............................................................................................................... - 14 CC (Corrente Contínua) ..................................................................................... - 14 CA (Corrente Alternada) .................................................................................... - 15 Sensor Capacitivo ..................................................................................................... - 15 Circuito Oscilador RC................................................................................................ - 16 Diagrama de Blocos de um Sensor Capacitivo ......................................................... - 16 Simbologia ................................................................................................................ - 17 Distância de acionamento ......................................................................................... - 17 Ajuste de distância .................................................................................................... - 17 Exemplos de Aplicação ............................................................................................. - 18 Sensor Óptico .................................................................................................................. - 19 Sistema por reflexão ................................................................................................. - 19 Sistema por difusão .................................................................................................. - 19 Sensor de Barreira .................................................................................................... - 20 Diagrama de Blocos de um Sensor Óptico ................................................................ - 21 Simbologia ................................................................................................................ - 21 Exemplos de Aplicação ............................................................................................. - 22 Sensor de cor .................................................................................................................. - 25 Encoder ........................................................................................................................... - 26 Encoder Incremental ................................................................................................. - 26 Sensor de pressão ........................................................................................................... - 27 Sensores de Temperatura ............................................................................................... - 28 Bimetalico ................................................................................................................. - 28 - -3- ......... ..............................................37 Exercício 1 ..Sensor óptico de barreira .........................29 Sensor Termohigrômetro .......................................................32 Conversor Analógico \ Digital ..........60 Proteções ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................47 Exercício 6 ......... .......................28 NTC e PTC ............................................................... .Encoder angular e Motor DC ............. ...........................Encoder linear e Motor de passo ............... .........................35 Conversor A/D Comparador Paralelo .................................. ......55 Exercício 10 .............................................................................34 Conversor A/D por aproximação sucessiva ....................................................29 Sensores Semicondutores ..................Sensor óptico difuso .......... ..................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................................................Sensores ...51 Exercício 8 .................................62 - -4- ..................................................................................................................................43 Exercício 4 ..... ..........................................................49 Exercício 7 ........................................... ...............41 Exercício 3 ................................... ..........59 Cuidados de Conservação ...SEN250IF Pares Termoelétricos................34 Conversor A/D tipo rampa ...........45 Exercício 5 ......36 Conversor Frequência \ Tensão ...................31 Gerador de PWM .. ............................................................ ............................................................................................................................................................................................Sensores de temperatura.............................. .................. ............................................ .........................39 Exercício 2 ............. .......... ............. ...Sensor de pressão .................................................... ......................................... ..........32 Circuito modulador PWM ..............................53 Exercício 9 ..............61 - BIBLIOGRAFIA . ........................................................................Sensor capacitivo ................................Sensor de cor ........Sensor indutivo ............................Sensor óptico retro-reflexivo ...................59 Operação............................34 Comparador de tensão ........................... .57 Manutenção dos Sensores ..................................... .................. ............................................. ..................................... ....................................... .......34 Tipos de Conversores A/D .... Imagine a seguinte situação. Este campo magnético permanece ativo durante um certo tempo. Quando circula corrente elétrica na bobina do indutor.Sensores . O fato mencionado acima ocorre também nos indutores. mesmo que a corrente elétrica seja eliminada. Portanto. clipes). Quando a chave de fenda é retirada do imã. podendo atrair objetos metálicos (ex: parafusos.SEN250IF Sensor Indutivo Introdução Antes de analisarmos o sensor indutivo. A corrente elétrica (I) ao passar pela bobina do indutor gera um campo magnético. Os indutores são compostos de uma bobina a um núcleo de material ferromagnético. podemos dizer que o núcleo do indutor armazena campo magnético. vamos ver o funcionamento de um indutor. uma pessoa pega uma chave de fenda a deixa-a próxima de um imã durante um certo tempo. um campo magnético é gerado. -5- . que passa pelo núcleo feito de material ferromagnético. ela permanece magnetizada. a corrente do circuito vai aumentando. Podemos alterar a impedância (resistência) oferecida pelo indutor alterando o valor do indutor. Inicialmente. Para alterar o valor do indutor podemos alterar a posição do núcleo do indutor. a quando o núcleo do indutor está magnetizado. o campo magnético do núcleo oferecerá uma resistência à passagem da corrente elétrica neste sentido. a depois se magnetiza no sentido contrário. Quando a corrente muda de sentido. o núcleo ainda está magnetizado de acordo com o sentido anterior. quando o núcleo estiver desmagnetizado. Isto ocorre porque a impedância da bobina aumenta de acordo com a freqüência do sinal. maior será a impedância. a impedância (resistência) do indutor depende da freqüência. O núcleo vai se desmagnetizando. Esta corrente irá gerar um campo magnético.Sensores . -6- . Quanto maior a freqüência. Quando há uma nova inversão no sentido da corrente. a irá magnetizar o núcleo da bobina. o processo se repete. Portanto. portanto. a corrente atinge o seu valor máximo. a maior parte da tensão gerada pelo gerador fica na bobina. A corrente elétrica vai diminuindo até chegar a zero. Quando a fonte é desligada. e a tensão do resistor é baixa. CA (Corrente Alternada) No circuito acima. o campo magnético armazenado é convertido em corrente elétrica. a vice-versa.SEN250IF Circuito RL CC (Corrente Contínua) Quando a fonte é ligada. temos corrente elétrica fluindo em um sentido. o núcleo do indutor ainda está magnetizado. Quanto maior a freqüência. maior a impedância. -7- . aumentando a impedância (resistência) do indutor. diminuindo a impedância (resistência) do indutor. Então. Neste caso. Esta abertura chama-se entreferro.Sensores . Sensor Indutivo O sensor indutivo é formado por um indutor. somente parte do núcleo está dentro do indutor.SEN250IF a) b) Na figura a). o núcleo inteiro está dentro do indutor. com um núcleo aberto. a tensão do resistor aumenta. o campo magnético se fortalece. Na figura b). o campo magnético se enfraquece. Neste caso. a impedância (resistência) do indutor é maior. o campo magnético passa pela peça. baseado em um circuito LC. a tensão no resistor é menor. Como vimos anteriormente. 1). O sensor indutivo possui um circuito oscilador. Portanto.Sensores . o campo magnético tem que passar pelo ar. -8- . Portanto. Quando a indutância varia. 2). trabalhando com corrente alternada (CA) poderemos verificar a variação da tensão do resistor. Se ligarmos este indutor em um circuito RL. a sua intensidade aumenta. Quando uma peça metálica é aproximada do núcleo do indutor. a tensão no resistor é maior. a impedância (resistência) do indutor é menor.SEN250IF Com o núcleo aberto. Então um circuito eletrônico percebe a variação da freqüência de oscilação a ativa a saída do sensor. Quando o campo magnético é mais forte (fig. a freqüência de oscilação também varia. Portanto a sua intensidade é menor. de acordo com a distância da peça. quando o campo magnético é mais fraco (fig. Para compensar estas perdas é utilizado um amplificador. Oscilador 2. Indicador 5.SEN250IF Um circuito composto por somente um indutor a um capacitor é um oscilador por natureza. Este circuito só não oscila eternamente. porque existem perdas nos fios e nos próprios componentes. Demodulador 3. Diagrama de Blocos de um Sensor Indutivo 1. Trigger 4.Sensores . Saída com circuito de proteção -9- . Circuito Oscilador LC A freqüência de oscilação é dada pela seguinte fórmula: ω 2 = 1/LC. especificado em temperatura ambiente (20°C) e tensão de operação nominal possui desvio de 20% sobre a distância sensora nominal. Distância sensora (S) È a distância em que.Sensores . a qual utiliza o alvo padrão como acionamento e não considera as variações causadas pela industrialização. O valor em que os sensores de proximidade indutivos são especificados. temperatura de operação e tensão de alimentação. Distância sensora nominal (Sn) É a distância sensora teórica. aproximando-se o acionador da face sensora. portanto não se pode escolher o tamanho do sensor e a distância de acionamento ao mesmo tempo.1 Sn . 0. Distância sensora real (St) Valor influenciado pela industrialização.9 Sn < = Sr < = 1. o sensor muda de estado da saída.10 - .SEN250IF Simbologia Distância de acionamento A distância de acionamento depende da intensidade do campo eletromagnético que depende do tamanho da bobina. é especificada para o ferro ou aço e necessita ser multiplicada por um fator de correção para outros materiais.1 Sr. 0 < = As .21 Sn Distância sensora operacional (As) É a distância em que seguramente pode-se operar considerando-se todas as variações de industrialização e variação de temperatura.40 0. Este efeito é expresso em porcentagem da distância sensora (exemplo = 3%).Sensores .50 0. 0.81 Sn. É importante que exista a histerese entre o ponto de acionamento e desacionamento do sensor para que no caso de uma possível vibração do sensor ocasione uma oscilação na saída do acionador. 0. histerese Dd Da x100(%) Sn .9 Sr < = Su < = 1.11 - . Material Aço Inox Latão Alumínio Cobre Fator 0.30 Histerese É a característica do efeito existente entre o acionamento de desacionamento do sensor quando o alvo metálico se se aproxima da face sensora e se afasta da face sensora.81 Sn Material do acionador A distância sensora nominal varia com o tipo de metal. ou seja. ou seja.SEN250IF Distância sensora efetiva (Su) Valor influenciado pela temperatura de operação. = 0.85 0. = Su< = 1. e possui um desvio máximo de 10% sobre a distancia sensor real (Sr). SEN250IF Onde.Sensores . Detecção de pallets em uma esteira.12 - . Da = distância em que o sensor é acionado Dd = distância em que o sensor desaciona Exemplos de Aplicação Verificar se um cilindro atingiu a posição desejada. . da distância entre elas. O capacitor é um componente eletrônico capaz de armazenar cargas elétricas. A capacidade do capacitor de armazenar cargas elétricas é chamada de capacitância. Ele é composto de 2 (duas) placas metálicas isoladas eletricamente.13 - . e do material dielétrico. a um material com uma determinada constante dielétrica (). vamos analisar o funcionamento de um capacitor.SEN250IF Sensor Capacitivo Introdução Antes de vermos o sensor capacitivo. A capacitância depende da área das placas. Área maior capacitância maior Área menor capacitância menor Distância maior menor capacitância Distância menor maior capacitância Constante dielétrica maior capacitância maior Constante dielétrica menor capacitância menor .Sensores . 2 2.Sensores .SEN250IF Ar..5 2 5 3. a vai diminuindo com o tempo até chegar a zero.5 2.3 3 4.2 2. A corrente chega a zero.4 4. .. 7 3 80 6 8 2.3 4. porque quando o capacitor se carrega não há mais espaço para armazenar cargas.3 2. para corrente contínua a impedância (resistência) oferecida pelo capacitor é alta. Portanto.8 2 .7 Circuito RC CC (Corrente Contínua) Em um circuito RC trabalhando com corrente contínua o valor da corrente inicialmente é alto.14 - . O valor do resistor vai determinar o tempo de carga do capacitor. Vácuo Álcool Madeira Celulose Água Mica Mármore Papel Papel (forte) Parafina Petróleo Polietileno Polipropileno Poliestireno Porcelana Areia de quartzo Teflon Vidro Vidro quartzo εr (Constante dielétrica) 1 25. que normalmente possui constante dielétrica maior que 1. o material dielétrico é o ar. o capacitor é formado por 2 (duas) placas a um material dielétrico.Sensores . o valor da capacitância é muito baixo. A impedância (resistência) oferecida pelo capacitor será menor quanto maior for a freqüência do gerador. No sensor capacitivo. as 2 (duas) placas são colocadas uma ao lado da outra conforme esquema abaixo.SEN250IF CA (Corrente Alternada) Em um circuito RC trabalhando com corrente alternada o valor da corrente é proporcional ao sinal de tensão gerado pelo gerador CA. Este é o princípio de funcionamento do sensor capacitivo. se variarmos o valor da capacitância. portanto. e a capacitância aumenta. Quando algum objeto. Sensor Capacitivo Como vimos anteriormente.15 - . Em um circuito RC trabalhando com corrente alternada (CA). O ar possui constante dielétrica = 1. é aproximado do sensor capacitivo. a tensão no resistor (R) também variará. No sensor capacitivo. . o campo magnético gerado pela atração entre as cargas passa por este objeto. Saída com circuito de proteção . Trigger 4. baseado em um circuito RC. Diagrama de Blocos de um Sensor Capacitivo 1. Quando a capacitância varia. Demodulador 3.Sensores . Circuito Oscilador RC Para R1 = R2 = R e C1 = C2 = C. Oscilador 2. Então um circuito eletrônico percebe a variação da freqüência de oscilação a ativa a saída do sensor.16 - .SEN250IF O sensor capacitivo possui um circuito oscilador. Indicador 5. a freqüência de oscilação é: ω = 1/RC. a freqüência de oscilação também varia. .SEN250IF Simbologia Distância de acionamento Posicionando-se o capacitor do oscilador na parte frontal do sensor tem-se a formação de face sensora que é a principal área de região sensora (região que se torna sensível a penetração de materiais). pode-se detectar água dentro de um tubo de PVC etc. Ob: Não foi possível detectar nenhum material no seu interior através de uma superfície metálica. Ajuste de distância Devido a grande variação de distância sensora para os vários tipos de materiais.Sensores . os sensores estão providos de um ajuste de sensibilidade.17 - . Por exemplo. o que permite detectar certos materiais por meios de outros. SEN250IF Exemplos de Aplicação Verificar a presença de peças. . Detecção do nível de fluído de um reservatório.18 - .Sensores . Contagem de peças. O feixe de luz é enviado ao receptor somente por intermédio de um espelho prismático. que em conjunto com um filtro só recebe sinais na freqüência dos “flashs”. O receptor é composto por um foto-transistor. sensível à luz infravermelha. apresentando uma distância de operação maior.SEN250IF Sensor Óptico Os sensores ópticos detectam quase todos os materiais comparando-se com os indutivos e capacitivos. Esta distância é normalmente definida para um determinado tamanho de espelho. Sistema por reflexão Neste sistema o transmissor e o receptor estão na mesma unidade. O sinal é detectado pelo foto-transistor e selecionado por um filtro passa faixa. Após a seleção do sinal pelo filtro é convertido em tensão DC e passa por um comparador acionando a saída. Sistema por difusão Também o transistor e o receptor estão no mesmo invólucro.Sensores . refletindo para o receptor o feixe de luz recebido do transmissor. O transmissor é composto de um diodo emissor de luz infravermelha (invisível) que transmite “flash” em uma determinada freqüência.19 - . tomando assim a recepção imune a iluminação ambiente. quanto maior o espelho maior a distância de funcionamento. . O sistema de transmissão e recepção de luz infravermelha pode ser aplicado das seguintes maneiras. Reflexão é a distância entre o sensor e o espelho prismático. sendo que o acionamento ocorre quando o objeto aproxima-se da região de sensibilidade. onde o acionamento ocorre quando o objeto interrompe o feixe de luz. 6 0. A diferença é que o transmissor e receptor estão separados entre si. Existem modelos de sensor óptico de barreira para até 100m. A tabela mostra os fatores de correção para distância sensora de acordo com os tipos de materiais detectados. .1. O acionamento da saída ocorrerá quando o objeto interromper a recepção da luz. A distância para os modelos de difusão são referenciados a um padrão. dimensões e formas dos objetos detectados. Barreira é a distância entre o transmissor e o receptor. MATERIAL Papel branco Metal polido Pano branco Papelão FATOR 1 1. normalmente o papel cartão (kodak gray card) com dimensão de 100x100mm. rugosidade.SEN250IF A distância sensora é definida diretamente para cada um dos modos de construção.8 0.Sensores . a distância de funcionamento deste modelo varia de acordo com a cor..5 Sensor de Barreira O sensor de barreira é semelhante ao reflexivo.20 - .2. 90% de refletividade. O transmissor e o receptor estão em unidades distintas e devem ser dispostos um em frente ao outro de modo que o receptor possa constantemente receber a luz do transmissor. Como regularmente a lei da reflexão de luz.. Emissor 3.Sensores . Oscilador 2.21 - . Pré-amplificador 5. Diagrama de Blocos de um Sensor Óptico 1. Saída com circuito de proteção Simbologia . Receptor 4. Conversor pulso/nível 7.SEN250IF O transmissor e o receptor podem se alimentados por fontes distintas. Indicador 8. Operação lógica ("E") 6. Sensores - SEN250IF Exemplos de Aplicação Contagem de caixas em uma esteira. Prevenção de acidentes em uma célula de produção. - 22 - Sensores - SEN250IF Seleção de peças. Identificação do perfIl de uma peça. Identificar o sentido de movimento de uma peça. - 23 - Sensores - SEN250IF Medir a velocidade de um motor. - 24 - SEN250IF Sensor de cor O sensor de cor tem a função de detectar a cor de objetos a uma distância pré-determinada. é ativado um chaveamento de saída (transistor.Sensores . O tipo de material que o objeto é construído e a sua cor influenciam na distância sensora operacional do sensor. Mas. Cada saída corresponde a uma cor RGB (Red. Se o valor estiver dentro da faixa de tolerância determinada.25 - . Por exemplo. que se refere ao brilho. . Blue). conforme seu tipo: . relé ou tiristor). Green.Sensor Digital O sensor de cor calcula as coordenadas de cromaticidade da radiação refletida e as compara com o valor de referência previamente armazenado. Se por exemplo um objeto é vermelho. a saída R terá o valor de tensão mais alto.Sensor Analógico Possui 3 sinais analógicos de saída 0 a 10V. e consiste em uma aplicação específica de um sensor ópticos. enquanto o verde escuro terá menos brilho (tensão mais baixa). Os sensores de cor utilizam um princípio básico de detecção. verde e azul e um receptor a fototransistor. enquanto as saídas G e B terão valores mais baixos. Geralmente é formado por um transmissor constituído de 3 LED’s nas cores vermelha. via de regra. O acionamento da saída ocorre quando o objeto a ser detectado entra na região de sensibilidade e reflete para o receptor (fototransistor) o feixe de luz emitido pelo transmissor envia sinal à saída. mais preciso será o valor medido. a cor verde clara terá mais brilho (tensão mais alta). quanto mais perto o objeto estiver do sensor. Também há uma quarta saída 0 a 10V. . similar aos sensores ópticos comuns: sistema por difusão. Encoder Incremental O encoder incremental fornece dois pulsos quadrados defasados 90º entre si (canal A e canal B). quando há espaços opacos. Um outro sinal chamado de Z ou zero também está disponível e ele dá a posição absoluta "zero" do encoder.Sensores . enquanto que a leitura dos dois canais fornece também o sentido do movimento. A leitura de somente um canal fornece apenas a velocidade.SEN250IF Encoder O encoder é um transdutor que converte movimento em pulsos digitais.26 - . Princípio de funcionamento de um encoder rotativo. O receptor converte a luz em pulsos elétricos. a luz chega no receptor. a luz não chega no receptor. quando há espaços transparentes. O sistema de leitura é baseado em um disco (encoder rotativo) ou fita (encoder linear). formado por espaços alternando entre transparentes e opacos. Este é iluminado perpendicularmente por uma fonte de luz infravermelha e. . Princípio de funcionamento de um encoder linear. B e Z.Sensores . O mais comum de se ver é o esfigmomanômetro mecânico aneróide. basta dividir o número de pulsos por 360º. geraria um pulso elétrico a cada 0.35º mecânicos.27 - . elétricos e ambientais. sendo eles: Ā. um encoder fornecendo 1024 pulsos. A precisão do encoder incremental depende de fatores mecânicos. excentricidade do disco. B e Z. que são: erros na escala das janelas do disco. temperatura de operação e nos próprios componentes transmissores e receptores de luz. excentricidade das janelas.SEN250IF Sentido de rotação horário A B Z Representação gráfica dos sinais A. . que funciona por elasticidade de lâminas metálicas. Também há disponível nos encoders incrementais sinais complementares de A. B e Z de um encoder incremental. Sensor de pressão Atualmente existem diversos tipos de instrumentos para medição não invasiva da pressão arterial humana. A resolução do encoder incremental é dada pelo número de pulsos por volta (no caso dos encoders rotativos). por exemplo. também conhecidos como Esfigmomanômetros. Para determinar a resolução em graus mecânicos. erro introduzido na leitura eletrônica dos sinais. Sensores . controle de temperatura em estufas.28 - . ao se aquecerem. Trata-se de uma solução simples. etc. que podem chegar a centenas de graus. linearidade e precisas.NTCs e PTCs . mas pouco precisa para o controle de temperatura (termostatos). circuitos de proteção contra sobrecorrente. As lâminas são presas juntas de tal modo que.Sensores semicondutores Bimetalico Esse sensor consiste em duas lâminas feitas de metais que possuem coeficientes de dilatação diferentes. ao haver o aquecimento. . e são os sensores mais utilizados no sensoriamento de temperaturas muito altas. fornos. o movimento se encarregue de abrir ou fechar o circuito. por exemplo. o conjunto verga na direção da lâmina de menor coeficiente.Pares termoelétricos . sendo empregado em aplicações como controles intermitentes (pisca-piscas).SEN250IF Sensores de Temperatura Os sensores de temperatura podem ser divididos em: .Bimetalico . Basta então dotar essas lâminas de contatos para que. Pares Termoelétricos Os pares termoelétricos têm a capacidade de operar com temperaturas muito altas. como em fornos. com linearidade relativamente boa e ampla faixa de temperaturas. NTC e PTC Os sensores NTC (Negative Temperatura Coefficient) e PTC (Positive Temperature Coefficient) são resistores cuja resistência diminui (NTC) ou aumenta (PTC) quando a temperatura aumenta. Os sensores NTC e PTC trabalham numa faixa temperaturas que vai de valores negativos até aproximadamente 125ºC. devido a facilidade de utilização e baixo custo. A situação mais utilizada é a de se usar um diodo comum polarizado no sentido inverso: . podemos usar qualquer dispositivo dotado de junções como um sensor de temperatura. e são utilizados como sensores em uma grande quantidade de aplicações. Sensores Semicondutores Considerando o fato de que um aumento de temperatura libera maior quantidade de portadores de carga numa junção semicondutora. Em outras palavras.29 - . a corrente de fuga do diodo depende da temperatura. aparece entre eles uma tensão proporcional à diferença de temperatura.Sensores .SEN250IF Quando dois metais formam uma junção e um deles está numa temperatura diferente do outro. Sensores . Uma aplicação importante desse tipo de sensor está na sua integração na própria pastilha dos microprocessadores de modo que eles possam sensoriar a temperatura disparando um circuito de proteção externa.SEN250IF Diodos especiais podem ser otimizados para apresentar uma curva linear dentro de uma faixa de temperaturas na qual ele pode ser usado para a medida dessa grandeza. Outra possibilidade consiste em se integrar esses sensores juntamente com o circuito que processa seus sinais.30 - . Sensor de temperatura com o LM335 . cortando a alimentação ou ainda acelerando uma ventoinha em caso de sobreaquecimento. locais mal drenados.31 - . através de um sensor Pt100 ou uma sonda combinada com termopar de umidade/temperatura.Sensores . através de dois sensores conjugados. que evita a exposição direta dos elementos sensores aos raios solares e à chuva.SEN250IF Sensor Termohigrômetro O Sensor Termohigrômetro é um instrumento que permite obter diretamente a temperatura e a Umidade Relativa do ar. A temperatura somente pode ser medida através de sondas de imersão. proximidade à coberturas (ou telhados). O conjunto sensor deve ser protegido por um abrigo meteorológico. Ele mede a umidade relativa e temperatura. além de garantir a livre circulação do ar permitindo um equilíbrio com a atmosfera a sua volta. . vegetação alta ou ocorrência de aglomerações. lugares íngremes ou abrigados. penetração ou contato. Suas unidades de medida são: Temperatura: ºC (Celsius) Umidade Relativa: % (Porcentagem) A medição poderá sofrer alterações em caso de: fortes fontes industriais de calor. Este sistema de modulação consiste nas variações de amostragem dos pulsos que ocorrem na largura. Modulação por desvio de borda direita Modulação por desvio de borda esquerda Modulação por desvio simétrico A modulação consiste em somar à função uma onda dente de serra (bordo único) ou triangular (bordo simétrico). A figura a seguir mostra um sinal modulante sendo somado com o sinal dente de serra (bordo esquerdo).SEN250IF Gerador de PWM O sistema de modulação por largura de pulso (MLP) é conhecido por PWM (pulse width modulation) ou PDM (Pulse Duration Modulation). A largura máxima do pulso não deveria ser limitada para ultrapassar o limite do pulso vizinho.32 - . cuja duração depende diretamente na proporção da amplitude do sinal de amostragem. Na figura a seguir está mostrado um gráfico do tipo de modulação. . Circuito modulador PWM Basicamente a modulação por largura de pulso consiste em somar a função uma onda triangular ou dente de serra de borda única a uma onda modulante e resultar numa onda quadrada relativa a sua soma. A modulação por largura de pulso pode ser feita de três formas distintas. quando as variáveis em questão são multiplexadas.Sensores . .Sensores . pode-se obter a modulação da largura do pulso por meio de ajuste desta tensão de referência (trigger).33 - .SEN250IF Não tendo um sinal de informação “somado” com a tensão Vdc. que é o valor binário proporcional à entrada analógica. um conversor A/D de 10 bits. A saída do contador passa por um conversor D/A para gerar a tensão de referência (Vr).Sensores . Se Vr > Ve.34 - . Se Vr < Ve o contador é incrementado. o valor binário gerado será 512. Se o sinal de entrada do suposto conversor A/D estiver em 5V.SEN250IF Conversor Analógico \ Digital O conversor de sinais analógicos para sinais digitais (A/D ou ADC) são dispositivos que convertem um sinal analógico num sinal digital equivalente. é capaz de capturar 1024 níveis discretos de um determinado sinal. o clock é desabilitado (saída do comparador é zero) ao mesmo tempo que é fornecido um sinal de clock para os FF-tipo D (sensíveis à borda de descida do controle clock) que armazenam a saída do contador. por exemplo. com um sinal de entrada analógica de 0V a 10V pode assumir os valores binários de 0 (0000000000) a 1023 (1111111111). ou seja. Se Ve > Vr (no início Vr=0) o clock é habilitado para o contador (saída do comparador é positivo). Por exemplo. . Tipos de Conversores A/D Conversor A/D tipo rampa Funcionamento: Um sinal de clear para resetar o contador. Comparador de tensão Nesta configuração o amplificador satura para Vcc ou para 0 V. Ve é a tensão analógica de entrada. No comparador: se Ve > Vr este dígito é deixado em 1.35 - . se Vr < Ve este dígito é zerado. O bit mais significativo seguinte é colocando em 1. O conversor D/A converte os dígitos binários gerando a tensão Vr para o comparador. A vantagem deste sistema está na velocidade de conversão sendo necessário para um sistema de N bits o tempo de N períodos de clock.SEN250IF Conversor A/D por aproximação sucessiva Funcionamento: O sistema é zerado e o bit mais significativo do registrador é colocado em 1.Sensores . O processo continua voltando ao passo 2 até o último bit ser verificado. . 36 - . teremos 3 comparadores (1/4 Vref. Tem como vantagem a velocidade de conversão extremamente rápida. poderemos ter: Saída do Comparador Tensão de entrada analógica Vs (1/4 Vref) Vs (2/4 Vref) Vs (3/4 Vref) 0 a Vref/4 0 0 0 de Vref/4 a 2/4Vref 1 0 0 de 2/4 Vref a 3/4 Vref 1 1 0 de 3/4 Vref a Vref 1 1 1 A saída do comparador é ligada a um codificador para transformar essa saída nos dígitos binários correspondentes.SEN250IF Conversor A/D Comparador Paralelo Funcionamento: O sinal analógico é aplicado simultaneamente nos comparadores. este fornecerá em sua saída um nível lógico alto. Para 2 bits. No caso anterior de 2 bits. 2/4 Vref e 3/4 Vref).Sensores . . mas é expressivamente caro por necessitar de 2N-1 comparadores para converter N bits. os quais possuem em sua entrada negativa uma tensão de referência igualmente espaçada. Se o sinal da entrada analógica excede a tensão de referência para qualquer comparador. Na figura a seguir está ilustrado um circuito típico de um conversor de frequência para tensão utilizando um circuito integrado LM131.SEN250IF Conversor Frequência \ Tensão O circuito conversor de frequência para tensão pode ser utilizado para demodular um sinal de FM de um sistema qualquer.37 - . Pode ser utilizado em instrumentação com frequêncimetro analógico de baixa frequência e em outras aplicações tais como em VCO etc. .Sensores . Sensores .38 - .SEN250IF . ....Cabinhos de conexão..................................... Material utilizado ...Conjunto didático de sensores (Bit9).............Sensores .............................. 3 – Pegue uma chapinha metálica e aproxime na parte sensora do dispositivo................................ O que aconteceu com o sensor indutivo? . ........Familiarizar com tipo de sensores... .............................................................39 - ..........................................Verificar o funcionamento de sensor eletromagnético (indutivo).. ..Sensor indutivo Objetivos: ................ ......................................................... ............. ........................ Parte experimental 1 – Alimente o módulo "Sensores Digitais" conforme ilustrado abaixo.................................................... 2 – Energize o equipamento.....Chapinhas metálica e plástica........................SEN250IF Exercício 1 ..... ............... .......................... .............................. ............................ ....................................................................... ...................................................................... o LED aceso pode indicar a tensão de saída: Zero volt ou a tensão VCC. ...........................................................................................................................Sensores ............................................................................. 6 – Descreva um exemplo de aplicação industrial do sensor indutivo.................................................................... Dependendo do tipo de sensor................................................................................................... 5 – Pegue uma chapinha plástica e aproxime na parte sensora do dispositivo................................................................................. O que aconteceu com o sensor indutivo? ........................................................................SEN250IF 4 – Observar o indicador de funcionamento do sensor (LED) localizado na parte posterior do sensor.......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ...................40 - ................ ...41 - ...........SEN250IF Exercício 2 ............................................ ............................................ O que aconteceu com o sensor capacitivo? ................ Material utilizado ............. 3 – Pegue uma chapinha metálica e aproxime na parte sensora do dispositivo............Sensor capacitivo Objetivos: ....................................Sensores .Verificar o funcionamento de sensor capacitivo......... ......................................... ............ 2 – Energize o equipamento................... Parte experimental 1 – Alimente o módulo "Sensores Digitais" conforme ilustrado abaixo...................Cabinhos de conexão.............................. ................................................................ ...........Familiarizar com tipo de sensores......................Conjunto didático de sensores (Bit9).....Chapinhas metálica e plástica.................... .. ........................................................................................................................................................................................................... ............... .......................................... ..........................................................................................Sensores ................................... .............. o LED aceso pode indicar a tensão de saída: Zero volt ou a tensão VCC............................................. .......................................................................................... Dependendo do tipo de sensor................................................................................................. .................................................................................................................................................................................................................................................................................................. O que aconteceu com o sensor capacitivo? ........................... 7 – Qual a principal diferença entre o sensor indutivo e o sensor capacitivo? ................................. ............................................................................................... .................................................................................................................................................................. 5 – Pegue uma chapinha plástica e aproxime na parte sensora do dispositivo.......... ...................................................................................................................................... .................................................... 6 – Descreva um exemplo de aplicação industrial do sensor capacitivo................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................. .................................................................................................42 - ........................................................ .......................................................................................................................................SEN250IF 4 – Observar o indicador de funcionamento do sensor (LED) localizado na parte posterior do sensor........................................................................................................................ ................................................................. ......SEN250IF Exercício 3 .................... ..... papelão...Conjunto didático de sensores (Bit9).....43 - ........... 3 – Pegue uma chapinha metálica e aproxime na parte sensora do dispositivo.................................. ............................................... Parte experimental 1 – Alimente o módulo "Sensores Digitais" conforme ilustrado abaixo..................................... ............Sensor óptico difuso Objetivos: ............. tecido)............Chapinhas metálica e plástica (opcionais: papel.......................... ..........................................Sensores .....................Familiarizar com sensores fotoelétricos.................. ..........................Observar o funcionamento de um sensor fotoelétrico por difusão............... Material utilizado ... 2 – Energize o equipamento.......... O que aconteceu com o sensor óptico difuso? ..... .............................Cabinhos de conexão.................................... .................................. .............. .............................................. . ....................................... .................. 5 – Pegue uma chapinha plástica e aproxime na parte sensora do dispositivo................................................................ Pegue uma chapinha com superfície brilhante/esmaltada e aproxime na parte sensora do dispositivo............................................... Dependendo do tipo de sensor....................................................................................................Sensores ................ ............. ....... . tecido) e coloque na distancia marcada anteriormente...................................................................................................................... O que aconteceu com o sensor óptico difuso? ....... o LED aceso pode indicar a tensão de saída: Zero volt ou a tensão VCC......................................................................... 7 – Descreva um exemplo de aplicação industrial do sensor óptico difuso.........................................................................................................44 - .......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ....... Anote sua conclusão................... Marque essa distância...................................................... 6 – O sensor óptico difuso funciona melhor quando o material é de superfície brilhante (não opaca)................................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................................................... ............................................ Pegue um material com superfície opaca (ex................................................................................. Vá afastando a chapinha até a distância máxima que o sensor continue acionado.................................................................SEN250IF 4 – Observar o indicador de funcionamento do sensor (LED) localizado na parte posterior do sensor............... 2 – Energize o equipamento..... 3 – Pegue uma chapa metálica e aproxime na entre o transmissor e o receptor................................45 - .................. ...............................Verificar o funcionamento de sensor fotoelétrico por sistema de barreira..............SEN250IF Exercício 4 ............Chapinhas metálica e plástica (opcionais: papel..................................................... Parte experimental 1 – Alimente o módulo "Sensores Digitais" conforme ilustrado abaixo.................................Familiarizar com tipo de sensores.... . .................................Sensor óptico de barreira Objetivos: ...........Sensores .............................................. ..................... Material utilizado ......... .. O que aconteceu com o sensor óptico de barreira? ........... papelão.............. ..................Conjunto didático de sensores (Bit9)..............................Cabinhos de conexão............... tecido)....................... ...... ......................................................................................................... o LED aceso pode indicar a tensão de saída: Zero volt ou a tensão VCC........................Sensores ................................................... .............................................................................................................................................................. 5 – Pegue uma chapa plástica e aproxime entre o transmissor e o receptor................................. .......................................... Dependendo do tipo de sensor.................................................................................................................................................................................................................... Anote o resultado obtido para as duas condições........... O que aconteceu com o sensor óptico de barreira? ........... Pegue um material com superfície grande e posicione entre o transmissor e o receptor...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ................. 6 – O sensor óptico de barreira tem seu funcionamento garantido se for interrompido todo o feixe de luz emitido pelo transmissor: Pegue um material pequeno e posicione entre o transmissor e o receptor........................................................................................................ 7 – Descreva um exemplo de aplicação industrial do sensor óptico de barreira.................. ............................................................. ...........46 - .............................................SEN250IF 4 – Observar o indicador de funcionamento do sensor (LED) localizado na parte posterior do sensor..................................................................................... ............................................................................................................................................... .................................. .................................. ........................................................................ .............................................................................................................................................. papelão..................Espelho reflexivo.......... O que aconteceu com o sensor óptico retro-reflexivo? ......Chapinhas metálica e plástica (opcional: papel............Verificar o funcionamento de sensor fotoelétrico por sistema por reflexão.........47 - ............................................................ Posicione o espelho reflexivo até que o led do sensor permaneça aceso............................................... ................. .............Conjunto didático de sensores (Bit9)....... ..............Sensor óptico retro-reflexivo Objetivos: .............. Parte experimental 1 – Alimente o módulo "Sensores Digitais" conforme ilustrado abaixo....................................... ....Familiarizar com tipo de sensores........Sensores ... 2 – Energize o equipamento........ .......................................................... Material utilizado . ....SEN250IF Exercício 5 ....................... ......... 3 – Pegue uma chapa metálica e aproxime na entre o transmissor e o espelho..........................Cabinhos de conexão.................... etc)......... .....................................................................................................................48 - ............................................................................................................................... 6 – O que acontece com o sensor se o espelho reflexivo não estiver bem posicionado? ................ .............................................................................................................................................................................................................................................SEN250IF 4 – Observar o indicador de funcionamento do sensor (LED) localizado na parte posterior do sensor................... ........................ ......................................................................................................................................................................................................... ......................................................... O que aconteceu com o sensor óptico retro-reflexivo? ................................................Sensores ............................................................ 7 – Descreva um exemplo de aplicação industrial do sensor óptico retro-reflexivo................................................................................................................. .................................................................................................................................................................................................................................................................... Dependendo do tipo de sensor........................................................................ ....................... o LED aceso pode indicar a tensão de saída: Zero volt ou a tensão VCC........ ............................... 5 – Pegue uma chapa plástica e aproxime entre o transmissor e o espelho......................................... ............................................................................................................................................................................................. ........................................................ ........................................................................................... Cabinhos de conexão.Encoder angular e Motor DC Objetivos: . . Para inverter o sentido de rotação do motor DC.Sensores . Material utilizado .Conjunto didático de sensores (Bit9). . inverta a polaridade dos fios. . Parte experimental 1 – Alimente o módulo de encoder/motores conforme ilustrado abaixo. . Notas: O motor DC pode ser alimentado com até 24Vcc.49 - .Osciloscópio de duplo traço.Verificar o funcionamento de um encoder rotativo acoplado a um motor DC.Multímetro digital. . 2 – Energize o equipamento.SEN250IF Exercício 6 .Familiarizar com os tipos de encoder. ............................................................................................................ ............................................................................................................................................................................................................................. ........ Desenhe as formas de onda....................................................................... (A) (B) t(ms) t(ms) 5 – Que característica pode-se observar nas formas de onda acima? Explique........................................................................................................................................................ Anote suas observações..............................................................................50 - ...................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................. ....................................... ......................................................... .......................................................................................................................................................................................................................................................................... 4 – Com o potenciômetro da fonte ajustado para o valor máximo...............................................................................................................................................................................................................................Sensores ... .............. ...... ........................................................................................................ ................................................................................................................................................................. . conecte o osciloscópio nas saídas A e B do encoder angular........... ........................................................ ........................................................ ................................................................... .................................................................SEN250IF 3 – Varie o potenciômetro da fonte ajustável e observe o comportamento do motor DC..................................................................................................... ................................................................................................... ................................................................... 6 – Cite um exemplo de aplicação industrial do encoder angular rotativo. .Cabinhos de conexão. Para girar o motor.Conjunto didático de sensores (Bit9). . .SEN250IF Exercício 7 . Material utilizado . Notas: O driver para acionamento do motor de passo já está incorporado no módulo. . Parte experimental 1 – Alimente o módulo de encoder/motores conforme ilustrado abaixo.Familiarizar com os tipos de encoder.Sensores .51 - . Cuidado! O curso do encoder linear é pequeno. .Multímetro digital. injetar pulsos de +24V na frequência desejada e em sequência nos bornes: A-C-B-D para sentido horário. e D-B-C-A para sentido anti-horário. Não gire o motor de passo além do que é permitido para não danificar o módulo.Osciloscópio de duplo traço.Verificar o funcionamento de um encoder linear acoplado a um motor de passo.Encoder linear e Motor de passo Objetivos: . ................................................................................................................. .............................................................................. ............................................................ (A) t(ms) 5 – Que característica pode-se observar na forma de onda acima? Explique............................................. Nota: Também é possível girar manualmente... ....................................................................................................................................................................................................... .......................................................................................................................................................................................................Sensores ......................................................................................... etc) na sequência A-C-B-D para girar no sentido horário........................ ................................................................................................... ...............SEN250IF 2 – Energize o equipamento..................... .... Desenhe a forma de onda................................ somente para visualizar o funcionamento do encoder linear.... 6 – Cite um exemplo de aplicação industrial do encoder linear..................................................................... ............... 4 – Conecte o osciloscópio na saída do encoder linear......................................... microcontrolador........... 3 – Acione o motor de passo externamente (via CLP................. ..................................52 - ............................................. Observe o manômetro.Cabinhos de conexão. . 3 – Aperte a válvula (pêra) para produzir pressão. Material utilizado . .SEN250IF Exercício 8 .Conjunto didático de sensores (Bit9).Sensor de pressão Objetivos: . 2 – Energize o equipamento.53 - . Parte experimental 1 – Alimente o módulo do sensor de pressão conforme ilustrado abaixo. .Sensores .Multímetro digital.Verificar o funcionamento de um sensor de pressão tipo esfigmomanômetro. .............................................................................................. ............................................................................................................................................................................................................................SEN250IF 4 – Conecte o multímetro na saída do sensor de pressão e preencha a tabela abaixo: Indicação do Manômetro (mmHg) Tensão medida (V) 40 80 120 160 200 240 300 5 – Podemos dizer que o este sensor de pressão tem medição linear? ...... ...........................................................54 - .................................................................................................................................Sensores ...................................................................... ......................................................................... 3 – Encoste um objeto sólido branco na face sensora do sensor de cor. VR = ____________ V VG = _____________ V VB = ____________ V .Objetos coloridos.Sensor de cor Objetivos: . Meça as tensões nos bornes Vermelho (R).Conjunto didático de sensores (Bit9).Verificar o funcionamento do sensor de cor.SEN250IF Exercício 9 . Material utilizado . Parte experimental 1 – Alimente o módulo de Sensores Analógicos conforme ilustrado abaixo. Verde (G) e Azul (B) do sensor de cor.55 - .Multímetro digital. . 2 – Energize o equipamento.Sensores . .Cabinhos de conexão. . ........................... Qual das tensões está maior? ............................................................ Verde (G) e Azul (B) do sensor de cor.................................... Qual das tensões está maior? .................................................................................................................................................................... Qual das tensões está maior? ............................Sensores ...... ........................................................................................................................................................................................................... .................................SEN250IF 4 – Encoste um objeto sólido preto na face sensora do sensor de cor............................................................................................................ Meça as tensões nos bornes Vermelho (R)............................................. 7 – Encoste um objeto sólido vermelho na face sensora do sensor de cor.................................................................................... ................................. 6 – Encoste um objeto sólido verde na face sensora do sensor de cor.. VR = ____________ V VG = _____________ V VB = ____________ V 5 – Encoste um objeto sólido azul na face sensora do sensor de cor.................56 - ................................... ............................... ........ ............Sensores de temperatura Objetivos: ................................................................................ ....Cabinhos de conexão......................Verificar o funcionamento dos sensores de temperatura: PT100................................................... ... Aguarde alguns minutos para que a resistência de aquecimento (localizada dentro do bloco de alumínio) comece a esquentar......... ......... 2 – Energize o equipamento......................................SEN250IF Exercício 10 .................................Isqueiro ou vela...................................................... ..Multímetro digital..........................................Conjunto didático de sensores (Bit9)...................... 3 – Observe os valores das temperaturas dos três sensores no Indicador Universal.................................................... e termopares tipo J e K. Parte experimental 1 – Faça as ligações conforme ilustrado abaixo................................... .................... Comente: ......................................... ..Sensores ................57 - ......................................................................... Material utilizado ...................................... .................................................................................. .............................................................................................................................58 - .........................................................................................Sensores ........................................................................................................................................................... ........................................................... ........................................................................................................................ ...................................................SEN250IF 4 – Opcionalmente............................................ pode-se utilizar um isqueiro ou chama de vela para aumentar a temperatura......................................................................... ...................................................... Qual o comportamento dos sensores? ............................................................ e água para diminuí-la...................................................... ............ pois assim esse pode se danificar. Evite que o cabo oscile junto à saída do corpo do sensor. fixe o cabo junto ao corpo do sensor para que o mesmo somente oscile em outros pontos. Evite apertos excessivos das porcas de fixação.59 - .Sensores . . para que o corpo do sensor não seja danificado. Evite puxar ou submeter os cabos de conexão dos sensores a qualquer ajuste ou esforço mecânico. Nesse caso. Evite que os sensores sofram choques indevidos ou do próprio acionador.SEN250IF Manutenção dos Sensores Cuidados de Conservação Não conecte os sensores de corrente contínua em corrente alternada. garantindo que não exceda a capacidade de potência máxima de cada sensor. Os sensores devem estar o mais possível livres de poeira. verificando a máxima potência requerida pela carga a ser acionada.SEN250IF Evite que os sensores tenham contato com produtos químicos como álcali ou ácidos. deve-se observar a compatibilidade dos sensores. fumaça e outros poluentes. Evite submeter os sensores a condições ambientais como luz solar. Deve-se observar que a corrente máxima seja respeitada para garantir o perfeito funcionamento dos sensores (levar em conta a queda de tensão provocada no LED indicador). Os terminais metálicos dos fios. Configuração: PNP (carga comum ao negativo) Alimentação: 10 a 30 Vdc .Sensores . Operação Primeiramente. chuva e temperaturas elevadas.60 - Histerese: 15% Corrente saída: 200mA (max) . cabos ou conectores de ligação entre os módulos devem estar livres de oxidação. cavacos. protegendo o circuito de comutação (transistor ou tiristor). pois a mesma suprime os picos de tensão diretos ou reversos causados por cargas indutivas. .61 - . Proteção Contra Inversão de Polaridade Garante que não ocorrerão danos ao sensor em virtude de uma acidental inversão de polaridade dos fios de alimentação.SEN250IF Codificação das cores dos fios para sensores de 3 terminais (PNP) Marrom ou Vermelho Positivo Azul Negativo Preto ou Verde Carga Proteções Os sensores possuem proteções incorporadas para garantir um bom funcionamento mesmo em situações críticas pontuais. Também possuem leds indicadores de estado (exceto o sensor tipo fimde-curso). Proteção Contra Picos de Tensão É uma importante proteção.Sensores . SICK SENSORES. Rio de Janeiro. SENSOR BRAS. 1987 – 2000. Sistemas e Componentes Hidráulicos e Pneumáticos: Símbolos Gráficos e Diagramas de Circuitos. Sensores de Proximidade Indutivos: Proteção e Cuidados na Instalação.62 - .mysick. Sensores Industriais/Sensor de Cor: http://www.SEN250IF BIBLIOGRAFIA ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.Sensores .com .