Instrumentação Inteligente – Transdutores

On 9 de setembro de 2016 by Anderson Luís Cavalcanti Sales

Sobre Transdutores. No primeiro texto da série de artigos sobre Instrumentação Inteligente – Parte 01, foram apresentadas as principais características e como demandas têm causado notáveis melhorias nos instrumentos de medição e seus processos.

Nesse post será exposto uma visão mais detalhada dos transdutores autogeradores e de parâmetros variáveis.

Transdutores Autogeradores

São estruturados que quando expostas a estímulos externos observa-se uma tensão na sua saída mesmo não tendo uma fonte de alimentação externa. Sendo assim, essa tensão é, quase sempre, muito baixa e para ser representativa utiliza-se de um amplificador de tensão ou corrente bem como filtros para mitigar os impactos dos ruídos que estão ao entorno desse tipo de transdutor.

Alguns exemplos de transdutores autogeradores

1. Termopar

Exemplo apresentado em Transdutores Ativos da série introdutória – link

2. Transdutor Piezoelétrico

É um dispositivo eletrônico que gera uma tensão quando é fisicamente deformado por uma vibração, onda sonora ou tensão mecânica. Da mesma forma, quando se coloca uma tensão através de um piezoelétrico, ele vibra e cria um tom podendo, assim, serem usados tanto para reproduzir tons e para detectar tons.

A seguir um vídeo que demonstra uma aplicação de um piezoelétrico.

3. Eletrodo de pH

É um medidor de potencial hidrogeniônico (pH), indicando a acidez, neutralidade ou alcalinidade de amostras diversas. A determinação do pH é feita eletrometricamente com a utilização de um potenciômetro e eletrodos.

O princípio da medição eletrométrica do pH é a determinação da atividade iônica do hidrogênio utilizando o eletrodo padrão de hidrogênio, que consiste de uma haste de platina sobre a qual o gás hidrogênio flui a uma pressão de 101kPa.

É composto basicamente por um eletrodo conectado a um potenciômetro, que possibilita a conversão do valor de potencial do eletrodo em unidades de pH. Quando o eletrodo é submerso na amostra, ele produz milivolts que são transformados para uma escala de pH.

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Fig. 2 – Exemplo pH Sensor Kit

4. Fotocélulas

Mudam a resistência dependendo da quantidade de luz a que está exposta, desta maneira de acordo com essa resistência é possível fazer circular uma corrente por uma bobina que fará com que um contato, parecido com um diafragma possa abrir ou fechar, comutando assim o circuito que estará ligado a este sistema.

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Fig 3 – Exemplo Mini Photocell

A seguir um vídeo que demonstra uma aplicação de uma fotocélula.

 

5. Eletrodinâmicos

O sistema de medição eletrodinâmico consiste de uma bobina móvel e uma fixa. Quando há passagem de determinada corrente as bobinas têm a mesma polaridade e assim levam o ponteiro à deflexão, por repulsão. A corrente que alimenta a bobina móvel é levada a esta por meio de 2 molas espirais, que, simultaneamente, desenvolvem uma força contrária ao deslocamento angular.

eletrodinamico

Fig. 4 – Exemplo da estrutura de sistema de medição eletrodinâmico

6. Eletromagnéticos

Os instrumentos eletromagnéticos do tipo bobina móvel tem seu princípio de funcionamento baseado nessa atração e repulsão, que ocorre entre o campo magnético criado na bobina e o campo magnético do imã permanente.

O galvanômetro é um bom exemplo desse tipo de instrumento. É utilizado para medir correntes de baixa intensidade, como por exemplo, correntes da ordem miliampére. O galvanômetro nada mais é do que um amperímetro muito sensível, com o ponteiro no meio da escala, podendo assim medir correntes nos dois sentidos do circuito elétrico.

galvanometro

Fig. 5 – Exemplo funcionamento de um Galvanômetro

Transdutores a Parâmetros Variáveis

Diferentemente dos transdutores Geradores, os de Parâmetros Variáveis não podem desenvolver um tensão por si só, isto é, um parâmetro elétrico do dispositivo varia na proporção da variável física aplicada.

As mudanças de parâmetros elétricos podem ser:

1. Resistência ou Condutância

Capacidade de um corpo qualquer se opor à passagem de corrente elétrica mesmo quando existe uma diferença de potencial aplicada.

Exemplo apresentado em Sensores Piezoresistivo (Strain Gages), e em Transdutores Passivos (Termistor) da série introdutória – link

2. Capacitância

Quantidade de energia elétrica que pode ser armazenada em si por uma determinada tensão e pela quantidade de corrente alternada que atravessa o capacitor numa determinada frequência.

Sensores capacitivos têm um modo de funcionamento diferente dos demais, pois utiliza o princípio dos capacitores para detectar a presença de objetos próximos.

  • Uma placa é ligada a um oscilador de radiofrequência que detecta alterações em um capacitor formado pelo objeto externo (segundo polo) e o ar (dielétrico).
  • Quando há variação na distância entre o objeto e a placa, a capacitância do sistema muda, fazendo o oscilador emitir um sinal para o mecanismo.

A grande vantagem desse tipo de sensor é sua versatilidade quanto a variedade de materiais que pode identificar, como papel, madeira, plástico, vidro e até líquidos, pois eles todos interferem na capacidade do sistema de guardar energia elétrica.

3. Propriedades magnéticas

Nesses transdutores a indutância de uma bobina magnética pode mudar variando tanto as propriedades magnéticas do material do núcleo como do intervalo de ar no núcleo magnético. São usados principalmente para medições dinâmicas de pressão, aceleração, deslocamento, força, posição angular…

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Fig. 6 – Exemplo de sensor de proximidade sem contato

 

  • Um circuito elétrico é ligado a uma bobina que sofre influência do campo magnético.
  • A partir do momento em que um objeto entra no campo, a corrente na bobina muda e o circuito é aberto ou fechado, dependendo do propósito do sistema.
  • Esse tipo de sensor de proximidade tende a ser mais sensível a objetos condutores de energia elétrica, e é mais encontrado em fábricas, em controles de robôs e braços mecânicos no processo de produção.

 

4. Gerador de pulso ou frequência

Quando transdutores autogeradores produzem um trem de pulsos, a frequência destes é proporcional à variável de entrada física com amplitude constante. Esses pulsos de saída aplicados à um contador digital determinam o número de pulsos durante um período específico.

transdutores

Fig. 7 – Exemplo medidor de vazão de turbina

Um sensor (pick-up magnético) acoplado ao corpo do medidor tem seu campo magnético alterado a cada passagem de uma das pás do rotor, gerando um pulso elétrico que é amplificado e processado na forma de frequência ou corrente convertendo em valor de vazão.

Essa série se baseia principalmente na referência 01 bibliografia abaixo.

Referências

  1. Instrumentação Inteligente – Princípios e Aplicações (Manabendra Bhuyan)
  2. http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/PH.html
  3. http://www.prolab.com.br/blog/saiba-como-e-o-funcionamento-phmetro/
  4. http://www.feis.unesp.br/Home/departamentos/engenhariaeletrica/capitulo-7_medidas-eletricas_fabiobleao.pdf
  5. http://www.academia.edu/15737639/Instrumentos_Eletrodin%C3%A2micos
  6. http://www.ebah.com.br/content/ABAAABP9cAC/instrumentos-medidas-eletricas-b-senai
  7. http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/carlos_roberto/materiais/ Instrumentos_de_medidas_Eletricas2.pdf
  8. http://guiadoestudante.abril.com.br/estudar/fisica/resumo-fisica-capacitancia-tensao-eletrica-646802.shtml
  9. http://www.smartinstec.com.br/medidor-de-vazao-turbina
  10. https://www.sick.com/br/pt/product-portfolio/proximity-sensors/magnetic-proximity-sensors/c/g201656

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