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Elementos sensores

Elementos sensores eletromagnéticos

Usados para medida de velocidade linear ou angular. Baseia-se na lei de indução de Faraday.

Tacômetro de

relutância variável:

Força magnetomotriz é constante (imã permanente)

Elementos sensores

Elementos sensores eletromagnéticos

FFFF =

FFFF

Aproximação: m = número de dentes

(velocidade angular da roda dentada)

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Elementos sensores

Elementos sensores eletromagnéticos

Amplitude: Ê = bmωr

Frequência: f = mωr/(2π)

Ambos são proporcionais à velocidade de rotação da roda dentada

Devido a efeitos de carregamento e interferência, é preferível extrair a informação da velocidade de rotação a partir da variável frequência do sinal de tensão induzida.

Elementos sensores

Elementos sensores termoelétricos

� Termopar (sensor de temperatura)

V

Condutor

metálico A

Condutor

metálico B

Junção bimetálica

Voltímetro(mede o potencial de

contato)

A B

+ -

Desequilíbrio de cargas

Junção

Obs. Efeito Seebeck

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Série de potências:

ETAB = a1T + a2T

2 + a3T3 + ...

onde os ai´s dependem dos tipos de metais A e B

Elementos sensores

Elementos sensores termoelétricos

Obs. Constantan → liga cobre-níquel

T → oC

Ex. Metais: Ferro e Constantan (termopar tipo J)

a tensão em µV será:

Elementos sensores

Elementos sensores termoelétricos

Circuito termopar prático (2 sensores)

Temperatura

conhecida

Estabelece-se uma temperatura de referência tal que se T1 ≥ T2 → EAB

T1,T2 ≥ 0 e se T1 < T2 → EABT1,T2 < 0

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Elementos sensores

Elementos sensores termoelétricos

� Para maior precisão (menor influência de entradas ambientais) T2 será uma

temperatura controlada

� Como a tensão gerada é da ordem de µV e mV é necessário como

elemento condicionador de sinais um amplificador de tensão de alto ganho e alta impedância de entrada

� Se a junção não estiver encapsulada (protegida) a constante de tempotérmica é pequena (na ordem de poucos ms). Se estiver encapsulada, a resposta será mais lenta.

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Elementos sensores

Elementos sensores piezoelétricos e piezoresistivos (cristais)

Respondem à deformação mecânica causada por uma força aplicada

� Piezoelétrico: Aproveita-se a corrente gerada em função da velocidade de deformação. Ex. Microfone de eletreto

� Piezoresistivo: Aproveita-se a variação da resistividade do material em função da deformação (como visto no caso do strain gauge)

Duas moléculas

eletricamente

neutras

simétricaNão

simétrica

Em relação ao eixo

horizontal passando

pelo centro

Sem

deformação

não há dipolo

elétrico

Como

deformação

surge um

dipolo elétrico

Elementos sensores

Elementos sensores de efeito Hall

BvqFB

rrr×=

wdIvJ /== ρ

ρ/1=HR

qvBqE =

vBdV =

w

IB

wd

IBdV

ρρ==

IBw

RV H

=

J → densidade de corrente

ρ→ densidade de carga

RH → coeficiente Hall

21 S e S faces as entre potencial de diferença à devido existe Er

Er

Er

d d

w w

Tipo N Tipo P

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Elementos sensores

Elementos sensores de efeito Hall

Tensão V tem módulo proporcional a B (I constante) ou a I (B constante)

IBw

RV H

=

Elementos sensores

Elementos sensores de efeito Hall

Exemplo: sensor + circuito condicionador → Transdutor

TransdutorAlimentação

simétrica

Terra

Resistor

Conversor corrente tensão

A corrente de saída IS é proporcional à corrente em

um cabo que passa pelo furo do sensor

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Elementos sensores

Elementos sensores (alguns tipos muito utilizados)

LDR – Light Dependent Resistor (celula fotocondutiva) – Elemento resistivo

� Feito de material semicondutor (sulfeto

de cadmio, por ex.)

� Fótons da radiação luminosa fornecem

energia a elétrons que saem da banda

de valência para a banda de condução

do material, diminuindo a resistência

� Não são rápidos

Uma curva típica

iluminação

Elementos sensores

Elementos sensores (alguns tipos muito utilizados)

Sensores ópticos

Sensibilidade: RλIP → componente de corrente devio à luz

P → potência da luz incidente

Fotodiodo

Normalmente polarizado

reversamente

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Elementos sensores

Elementos sensores (alguns tipos muito utilizados)

Fototransistor

� Coletor e base formam um diodo

reversamente polarizado exposto à

incidência de radiação luminosa

� Corrente de base aumenta com

aumento da luz incidente,

consequentemente aumenta a corrente

de coletor (iC = hFEiB)

Elementos sensores

Elementos sensores (alguns tipos muito utilizados)

Optoacopladores

Permitem

desacoplamento

elétrico entre partes

de um sistemaLed

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Elementos sensores

Elementos sensores (alguns tipos muito utilizados)

Chaves ópticas

Por obstrução Por reflexão

Elementos sensores

Elementos sensores (alguns tipos muito utilizados)

Encoder – Para medida digital de posição angular

a) Encoder absoluto

+

-

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Elementos sensores

Elementos sensores (alguns tipos muito utilizados)

Código binário Código Gray

Elementos sensores

Elementos sensores (alguns tipos muito utilizados)

Encoder – Para medida digital de posição angular

b) Encoder incremental

Sinais defasados em 90º:

• +90º em um sentido de rotação

• -90º em outro sentido

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Elementos sensores

Elementos sensores (alguns tipos muito utilizados)

Detecção do sentido de rotação:

Vd → nível baixo Vd → nível alto

Vc → onda quadrada com frequência

duas vezes maior que a do canal A ou

canal B

Circuito contador (de incremento e

decremento) é utilizado para contar

os pulsos de Va, Vb, ou Vc para

determinação da posição angular.

A contagem será por incremento ou

decremento, dependendo do sinal

Vd.

Detetor de sentido

Elementos sensores

Elementos sensores (alguns tipos muito utilizados)

Também existem encoders

(absoluto e incremental)

lineares para monitorar

deslocamentos de translação