Instrumentação Inteligente. A partir deste post teremos uma série de post’s que irão tratar de tecnologias inteligentes que auxiliam na medição, manejo e exploração em diversos ambientes e objetos presentes no dia a dia.

Contexto Histórico: até a Instrumentação Inteligente.

Não é novidade que conceitos de medição de fatores físicos vêm desde os tempos antigos (por volta de 3000 anos AC).  O “Côvado” citado na Bíblia era baseado no comprimento do antebraço – do cotovelo à ponta do dedo médio de uma pessoa (cerca de 45,72cm). Essa medida era, portanto, dependente do porte físico por meio de quem se mensurava o côvado.

Fig. 1 – Forma primitiva de medidas

É evidente que as unidades de medida vieram a se tornar mais definitivas. Isso continua sendo gradual na evolução dos instrumentos de medição até hoje.

A Receita para Instrumentação Inteligente.

O passo a passo para se obter o processo de um sistema pode ser dado de forma regular, como no caso do “côvado”, ou seja, eram necessárias uma sequência de ações para se definir uma medida.

Porém, nem sempre é possível modelar sistemas de formas predefinidas, pois muitos sistemas apresentam operações aleatórias dentro do seu processo. E estes podem variar largamente.

Têm-se determinadas entradas (muitas vezes complexas) que se modificam e geram saídas ou estados da ação do processo.

Exemplo de processo para a Instrumentação Inteligente.

A Fig. 2 mostra o processo de reciclagem onde são necessários conciliar vários parâmetros para que o objetivo final seja satisfatório. Nota-se que esses parâmetros estão diretamente ligados ao produto final de um processo, como num sistema de medição:

• Mudanças física e bioquímica do estado da matéria prima é processo complexo e difícil de modelar.
• Parâmetros de entrada podem influenciar: temperatura do forno, safra da matéria prima, condições de umidade, etc.
• Condições ideais de medição e estimativas podem ter várias combinações discrepantes: pressão, temperatura, vibração, choques, etc.

Fig. 2 – Processo de reciclagem

Detecção e Conversão

Os transdutores e sensores são dispositivos básicos necessários para detectar e converter os parâmetros físicos a uma forma conveniente de sinal na criação da Instrumentação Inteligente. Eles podem apresentar dois ou mais estágios, isto é:

• Estágio primário (sensores únicos/simples) – converte os parâmetros físicos em outros que podem ser medidos com mais facilidade.
• Estágios secundários (transdutores compostos) – converte os parâmetros para uma forma elétrica.

Transdutor é a denominação de um dispositivo completo, utilizado para transformar uma grandeza qualquer em outra que pode efetivamente ser utilizada pelo dispositivo de controle, ou seja, pode-se considerar o transdutor como uma interface entre o sensor e o circuito de controle ou entre o controle e o atuador. Eles podem ser analógicos ou digitais.

Exemplo Sensor – Piezoresistivo (strain gages)

Sensores piezoresistivos apresentam uma deflexão como resultado de uma pressão externa ao sensor. Emite, portanto um sinal proporcional à pressão a qual foi submetida.

Fig. 3 – Sensor Piezoresistivo

Exemplo de Transdutor (Sensor/Transmissor de temperatura e umidade)

Sensor/transmissor de temperatura e umidade inlcui sensores internos de temperatura e umidade. São frequentemente usados com o intuito de inibirem fungos, bactérias…

Fig. 4 – Transdutor

Classificação dos transdutores

Transdutores estão em contínua melhoria de forma que vantagens adicionais são implementadas neles tornando-os “inteligentes”. Além de serem classificados como primários ou secundários, os transdutores são projetados de acordo com o seu princípio de trabalho: parâmetros variáveis (automodulação) e parâmetros do tipo autogerador (ativos e passivos).

• Transdutores Ativos – o parâmetro físico leva o transdutor a alterar um parâmetro elétrico. Essa variação elétrica são convertidas em tensão elétrica, corrente ou frequência.

Fig. 5 – Exemplo de Sensor Ativo – Termopar

O exemplo da Fig. 5 mostra um termopar. Ele trabalha levando dois fios feitos de metais diferentes, ligando-os, nas duas extremidades, e fazendo um gradiente de temperatura entre uma extremidade e a outra. Uma vez que isto é conseguido, um potencial de voltagem é formado e a corrente flui. A seguir um vídeo com uma aplicação interessante que se utiliza desse tipo de sensor.

• Transdutores Passivos – uma tensão elétrica é gerada quando o transdutor interage com o parâmetro físico (não é utilizada uma fonte de alimentação separada no transdutor como no caso dos transdutores ativos).

Fig. 6 – Exemplo de Sensor Passivo – Termistor

Um termistor é mostrado na Fig. 6. Estes são semicondutores sensíveis à temperatura. Alguns podem servir de proteção contra sobreaquecimento, limitando a corrente eléctrica quando determinada temperatura é ultrapassada.

Esse post foi apenas a primeira parte, de alguns posts, que visam abordar de forma teórica e contextual os aspectos e aplicações relativos a instrumentos inteligentes. Essa série se baseia principalmente na referência 01 bibliografia abaixo.

REFERÊNCIAS

1. Instrumentação Inteligente – Princípios e Aplicações (Manabendra Bhuyan)
2. http://slideplayer.com.br/slide/1868028/
3. http://es.slideshare.net/webmasterwika/instrumentacin-electrnica-presin
4. http://digital.ni.com/public.nsf/allkb/CDC750FCF5E3D03C86257A2300570182