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Aula 2C: Sensores




Engº. Hamilton Sena
Curso: Técnico em Eletrotécnica – 4º Módulo
Aula 2C – 14/ 2013
             02/
Conteúdo



• Sensores Potenciométricos
• Sensores Ultrasonicos
• Sensores de Temperatura
    • Termopares
    • Termistores
• Sensores Strain Gage (extensiométricos)
• Pesquisa
Sensores Potenciométricos


Compostos de um resistor variável e um circuito divisor de tensão. É
utilizado para o controle de posição angular e linear.
Sensores Ultrasonicos


Compostos de um emissor e um receptor de ultra-som. O
funcionamento é muito parecido com o dos sensores fotoelétricos
e têm aplicação na detecção de obstáculos e determinação do
nível de líquidos. Ex.: Nível de reservatórios de água.
Termopares


Quando aquecemos um determinado condutor há uma agitação
de moléculas proporcional à temperatura aplicada. Sabemos que
dois materiais condutores distintos ao serem aquecidos por uma
mesma fonte de calor, se agitarão com velocidades diferentes,
assim ao fundirmos esses dois materiais surge o termopar e nas
extremidades dos condutores teremos uma d.d.p. proporcional à
temperarura aplicada. Esse então é o efeito Seebeck em
homenagem a Thomas Seebeck descobridor desse efeito.
Termistores

São semicondutores que possuem uma forte variação da resistência
elétrica com a variação da temperatura. Os semicondutores podem
ser à base de silício dopado ou arsenieto de Gálio (GaAs).
Podem ser de dois tipos:
NTC (Negative Temperature Coefficient) – Aumento na
quantidade de elétrons e lacunas livres gerado por excitação
térmica, assim a resistência diminui com o aumento da
temperatura.
PTC (Positive Temperature Coefficient) – Aumento da vibração
dos átomos, dificultando a movimentação de elétrons e surgimento
de lacunas, assim a resistência aumenta com o aumento da
temperatura.
Obs.: Como esses efeitos acontecem simultaneamente em um
semicondutor, dependendo do material empregado e da
temperatura de operação, um deles prevalece em relação ao outro.
Termopares X Termistores

                                                  Termistor

Termopar                                          Faixa de temperatura: -100 a +450º C
                                                  Sensibilidade: vários ohms/ohms/oC
Faixa típica de temperatura: -270º C a 1800º C    Precisão: +/- 0,1º C
Sensibilidade: faixa dos microvolts por oC        Linearidade: também precisam de uma
Precisão típica: +/- 0,5%                         correção polinomial de 3ª ordem de uma tabela
Linearidade: precisa de uma correção polinomial   de correção
ou equivalente de 4ª ordem.                       Robustês: existem vários tipos de invólucros
Robustês: para a conexão deste tipo de sensor     para os termistores, os quais influem muito na
normalmente são usados fios grossos, o que os     sua resistência a choques, vibrações e outros
torna bastante robustos. Contribui para esta      elementos. Por exemplo, os tipos com
robustês os materiais isolantes que são usados.   invólucros de vidro são os mais robustos apesar
Tempo de resposta: curto, da ordem de menos de    da maior dificuldade no manuseio.
1 segundo                                         Tempo de resposta: médio, dependendo da
Excitação externa: não necessita de um circuito   capacidade térmica. Na faixa de 1 a 5
de excitação externa                              segundos geralmente
Sinal de saída: tensão                            Excitação: precisam de uma fonte externa de
Preço: médio                                      tensão
                                                  Sinal de saída: consiste numa resistência
                                                  Custo: baixo
Termopares X Termistores

Termopar: são usados no sensoriamento de temperaturas muito
altas, pois são os que podem suportar os valores mais altos. Isso
inclui o controle de temperatura de fornos, motores de combustão,
etc.

Termistor: usados na compensação de junções frias, pontes de
medida, calibração de pirômetros, etc.




                       Termopares                          Termistores
Sensores Strain Gage


Seu principio de funcionamento está baseado na ponte de wheatstone,
a qual é constituída de 4 resistores e um galvanômetro. Se todas as
resistências forem de mesmo valor a d.d.p. no galvanômetro é 0V. Ao
passo que, ao variarmos um único valor de resistência, ocorre o
desequilíbrio da ponte e o galvanômetro deflexiona no sentido positivo
ou negativo conforme a variação de resistência.
Assim, e baseado também no princípio de que a resistência de um
condutor é proporcional ao seu comprimento, contrói-se o Strain Gage
ou extensômetro utilizado para medir deformações de corpos sólidos.
Pode ser utilizado também em balanças elétricas.
Sensores Strain Gage
Pesquisa


Foram apresentados até o momento apenas os principais
sensores utilizado. Assim, segue abaixo alguns sensores que
devem ser pesquisados.

• Sensores Magnéticos;
• Sensores de Pressão;
• Sensores de Luminosidade;
• Acelerômetros;
• Sensores para a detecção de gases (O2, CO2, etc);
• Sensores de PH;
• Sensores de Tensão;
• Sensores de corrente e
• Sensores de potência.

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  • 2. Conteúdo • Sensores Potenciométricos • Sensores Ultrasonicos • Sensores de Temperatura • Termopares • Termistores • Sensores Strain Gage (extensiométricos) • Pesquisa
  • 3. Sensores Potenciométricos Compostos de um resistor variável e um circuito divisor de tensão. É utilizado para o controle de posição angular e linear.
  • 4. Sensores Ultrasonicos Compostos de um emissor e um receptor de ultra-som. O funcionamento é muito parecido com o dos sensores fotoelétricos e têm aplicação na detecção de obstáculos e determinação do nível de líquidos. Ex.: Nível de reservatórios de água.
  • 5. Termopares Quando aquecemos um determinado condutor há uma agitação de moléculas proporcional à temperatura aplicada. Sabemos que dois materiais condutores distintos ao serem aquecidos por uma mesma fonte de calor, se agitarão com velocidades diferentes, assim ao fundirmos esses dois materiais surge o termopar e nas extremidades dos condutores teremos uma d.d.p. proporcional à temperarura aplicada. Esse então é o efeito Seebeck em homenagem a Thomas Seebeck descobridor desse efeito.
  • 6. Termistores São semicondutores que possuem uma forte variação da resistência elétrica com a variação da temperatura. Os semicondutores podem ser à base de silício dopado ou arsenieto de Gálio (GaAs). Podem ser de dois tipos: NTC (Negative Temperature Coefficient) – Aumento na quantidade de elétrons e lacunas livres gerado por excitação térmica, assim a resistência diminui com o aumento da temperatura. PTC (Positive Temperature Coefficient) – Aumento da vibração dos átomos, dificultando a movimentação de elétrons e surgimento de lacunas, assim a resistência aumenta com o aumento da temperatura. Obs.: Como esses efeitos acontecem simultaneamente em um semicondutor, dependendo do material empregado e da temperatura de operação, um deles prevalece em relação ao outro.
  • 7. Termopares X Termistores Termistor Termopar Faixa de temperatura: -100 a +450º C Sensibilidade: vários ohms/ohms/oC Faixa típica de temperatura: -270º C a 1800º C Precisão: +/- 0,1º C Sensibilidade: faixa dos microvolts por oC Linearidade: também precisam de uma Precisão típica: +/- 0,5% correção polinomial de 3ª ordem de uma tabela Linearidade: precisa de uma correção polinomial de correção ou equivalente de 4ª ordem. Robustês: existem vários tipos de invólucros Robustês: para a conexão deste tipo de sensor para os termistores, os quais influem muito na normalmente são usados fios grossos, o que os sua resistência a choques, vibrações e outros torna bastante robustos. Contribui para esta elementos. Por exemplo, os tipos com robustês os materiais isolantes que são usados. invólucros de vidro são os mais robustos apesar Tempo de resposta: curto, da ordem de menos de da maior dificuldade no manuseio. 1 segundo Tempo de resposta: médio, dependendo da Excitação externa: não necessita de um circuito capacidade térmica. Na faixa de 1 a 5 de excitação externa segundos geralmente Sinal de saída: tensão Excitação: precisam de uma fonte externa de Preço: médio tensão Sinal de saída: consiste numa resistência Custo: baixo
  • 8. Termopares X Termistores Termopar: são usados no sensoriamento de temperaturas muito altas, pois são os que podem suportar os valores mais altos. Isso inclui o controle de temperatura de fornos, motores de combustão, etc. Termistor: usados na compensação de junções frias, pontes de medida, calibração de pirômetros, etc. Termopares Termistores
  • 9. Sensores Strain Gage Seu principio de funcionamento está baseado na ponte de wheatstone, a qual é constituída de 4 resistores e um galvanômetro. Se todas as resistências forem de mesmo valor a d.d.p. no galvanômetro é 0V. Ao passo que, ao variarmos um único valor de resistência, ocorre o desequilíbrio da ponte e o galvanômetro deflexiona no sentido positivo ou negativo conforme a variação de resistência. Assim, e baseado também no princípio de que a resistência de um condutor é proporcional ao seu comprimento, contrói-se o Strain Gage ou extensômetro utilizado para medir deformações de corpos sólidos. Pode ser utilizado também em balanças elétricas.
  • 11. Pesquisa Foram apresentados até o momento apenas os principais sensores utilizado. Assim, segue abaixo alguns sensores que devem ser pesquisados. • Sensores Magnéticos; • Sensores de Pressão; • Sensores de Luminosidade; • Acelerômetros; • Sensores para a detecção de gases (O2, CO2, etc); • Sensores de PH; • Sensores de Tensão; • Sensores de corrente e • Sensores de potência.