Curso Online de Controle e Automação Industrial - Sensores

CONTROLE E AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL SENSORES

Eng.º Quím. Renato de Marchi Vieira dos Santos

Introdução

Enquanto os transdutores visam converter uma grandeza física em outra, os sensores apenas sentem a ocorrência de um evento e reagem à ele enviando um sinal. Ou seja, sua resposta é discreta e não contínua como a dos transdutores. Eles são muito importantes na industria dada a grande necessidade que os processos automatizados têm, de obter dados sobre eventos que ocorrem num.
Os eventos podem ser de vários tipos. Um objeto que se aproxima, um líquido que atingiu um determinado nível, a pressão que atingiu um limite prestabelecido, enfim, existem diversas situações.
Existem vários tipos de sensores, mas os principais utilizados pela industria são:
Sensor de Nível;
Sensor de Pressão;
Sensor de Posição;
Sensor de Presença;

Sensor de Nível

Normalmente são utilizados como sensor de nível de água para encher um tanque, um balão volumétrico de uma caldeira ou outra aplicação qualquer. O sensor mais comum, principalmente quando o líquido é a água, é o sensor de varetas. Elas são fixadas ao corpo do tanque ou balão volumétrico, ou ainda, coluna de inspeção de nível. São normalmente duas varetas, sendo uma para o nível mínimo e outra para o nível máximo. Há uma terceira vareta chamada de referência. A figura abaixo ilustra o arranjo entre as hastes.

Perceba que a haste de referência é sempre mais baixa que as outras duas. O princípio de funcionamento é pela condutividade do líquido. Quando o nível está acima do nível superior, ambas as hastes conduzem para a haste de referência. Quando o nível cai abaixo do nível superior, a haste correspondente não pode mais conduzir para a referência, ficando apenas a haste de nível inferior conduzindo. Quando o nível cai abaixo do nível inferior, nenhuma das duas hastes conduz.
Normalmente, estes sensores são usados com controladores ON-OFF para ligar uma bomba. No caso a bomba seria ligada no nível inferior e desligada no nível superior. Caso a superfície do tanque seja metálica, a haste de referência é dispensável, podendo o fio da haste ser ligado diretamente no corpo do tanque.
A principal desvantagem deste sensor é que há a necessidade de furar o tanque para as hastes e ele só funciona com líquidos que apresentem certo grau de condutividade. A condutividade pode ser ajustada por meio de um potenciometro no controlador para adequar a resposta.. Este sensor não funciona com líquidos não condutivos como por exemplo, água desmineralizada para caldeiras. Quando o líquido não é condutivo, pode-se usar outro tipo de sensor como os ultrasônicos como ilustra a figura abaixo:

O uso da reflexão ultrasônica para medida de nível é favorável pois esta é uma técnica não invasiva, isto é, ela não envolve em colocar nenhuma parte no material. A figura a) e afigura b), mostram as técnicas interna e externa. É obvio, que a técnica externa é mais adequada para a medida de nível de material sólido. Em ambos os casos a medida depende do tempo gasto na reflexão do pulso ultrasônico na superfície do material.

Sensores de Pressão

Normalmente são eletromecânicos do tipo pressostato. Basicamente são compostos por uma molaque é submetida a uma força produzida pela pressão do fluido. Quando a pressão do fluido atinge um certo valore vence a força da mola aciona um contato elétrico simples. Esse pé o chamado pressostato simples, usado simplesmente para indicar pressão máxima ou mínima. Há também o pressostato diferencial, onde uma vez atingida a pressão máxima e acionado o contato elétrico, este somente ira voltar ao estado de repouso, quando a pressão cair abaixo de um certo nível, que pode ser ajustado. Por haver uma diferença entre a pressão que ativa o contato e a que desativa o contato, o pressostato é chamado de diferencial ou de histerese. É o pressostato típico de pequenos
compressores.

Sensores de Posição ou de Proximidade

Muito usados na indústria para automação industrial dada sua grande versatilidade e utilidade no controle de eventos discretos. Podem ser de vários tipos, mas normalmente se classificam pela natureza de
seu princípio de funcionamento. São eles:
Sensor Indutivo:
Sensor Capacitivo;
Sensor Ultrassônico;
Sensor Fotoelétrico;

Sensores Indutivos

São sensores que executam uma comutação eletrônica, quando um objeto metálico entra dentro de um campo eletromagnético de alta freqüência, produzido por um oscilador eletrônico.
Sua instalação se dá em máquinas ferramentas, máquinas operatrizes, de embalagens, têxteis, correias transportadoras e na indústria automobilística, para resolver problemas gerais de automação.
Abaixo é visto o esquema construtivo, em blocos, de um sensor indutivo.

Oscilador: diminui a freqüência de oscilação quando um evento for detectado.
Demodulador: converte o sinal do oscilador em nível de tensão cc.
Detector de nível de disparo: dispara quando o oscilador diminui a freqüência.
Amplificador de saída: amplifica o sinal gerado pelo sensor e entrega-o a carga.

O oscilador, com o auxílio de uma bobina, gera um campo magnético de alta freqüência. Este campo, é direcionado para fora do elemento ativo, formando uma região de sensibilidade denominada de face sensível, de distância determinada, chamada de distancia de comutação. Quando um corpo metálico esta distante da face sensível, mas dentro da distância de comutação, este metal amortece a oscilação, provocando a comutação eletrônica, ou seja, faz o sensor mudar de estado.
Com a retirada do corpo metálico da distância de comutação, o oscilador volta a trabalhar normalmente e o sensor volta a seu estado normal. Abaixo vemos a montagem pictórica de um sensor indutivo, com seus elementos.

Na figura abaixo observamos a variação da frequência do oscilador em função da posição do alvo. Nota-se que a medida que o alvo se aproxima a frequência diminui e a amplitude também, após um certo ponto o oscilador praticamente para de funcionar, gerando uma detecção. Com
o afastamento do corpo, após um certo ponto ele volta a funcionar. Perceba que o ponto de ativação e desativação são
diferentes, ou seja, o sensor tem histerese.