Como funcionam os sensores de luz e alarmes antifurto?

Há muitas maneiras diferentes de se criar um sensor de movimento. 

É comum as lojas terem um feixe de luz cruzando o espaço perto da porta e um fotosensor do outro lado desse espaço. Quando um cliente quebra o feixe, o fotosensor detecta a mudança na quantidade de luz e toca uma campainha;

Muitos supermercados têm abridores de porta automáticos que utilizam uma forma muito simples de radar para detectar quando uma pessoa passa perto da porta. A caixa acima da porta envia uma quantidade de energia de rádio de microondas e aguarda que esta seja refletida de volta. Quando uma pessoa se move no campo da energia de microondas, ela altera a quantidade de energia refletida ou o tempo que leva para a reflexão chegar, fazendo com que a caixa abra a porta. Como esses dispositivos utilizam radar, eles freqüentemente colocam em funcionamentodetectores de radar;

A mesma coisa pode ser feita com ondas de som ultrasônico, refletindo no alvo e esperando pelo eco.

Todos eles são sensores ativos. Eles injetam energia (luz, microondas ou som) no ambiente para detectar qualquer espécie de alteração.

O "sensor de movimento" na maioria das lâmpadas automáticas (e sistemas de segurança) é um sistema passivo que detecta energia infravermelha. Esses sensores são conhecidos como detectores PIR (infravermelho passivo) ou sensores piroelétricos. Para fabricar um sensor que possa detectar uma pessoa, é necessário fazer com que o sensor seja sensível à temperatura do corpo humano. Pessoas, que têm a temperatura da pele ao redor de 34°C, irradiam energia infravermelha com comprimento de onda entre 9 e 10 micrômetros. Portanto, os sensores são normalmente sensíveis na faixa dos 8 a 12 micrômetros.

Os dispositivos são simples componentes eletrônicos simples como um fotosensor. A luz infravermelha joga elétrons em um substrato e esses elétrons podem ser detectados e amplificados em um sinal.

Você provavelmente deve ter notado que a luz é sensível ao movimento, mas não a uma pessoa que fica parada. Isso acontece porque o pacote eletrônico preso ao sensor fica aguardando uma mudança rápida na quantidade de energia infravermelha que está enxergando. Quando uma pessoa caminha perto do sensor, a quantidade de energia infravermelha no campo de visão muda rapidamente e é facilmente detectada. Você não quer que o sensor detecte alterações pequenas, como a calçada esfriando à noite.

O sensor de movimento da lâmpada automática possui um amplo campo de visão devido à lente que cobre o sensor. A energia infravermelha é uma forma de luz, portanto você pode focalizá-la e flexioná-la com lentes de plástico. Mas não é como se existissem sensores com feixe 2-D. Existe um único sensor no interior buscando alterações na energia infravermelha.

Se você tem um alarme antifurto com sensores de movimento, deve ter notado que estes sensores não podem "vê-lo" quando você está do lado de fora olhando através da janela. Isso acontece porque o vidro não é muito transparente para a energia infravermelha. A propósito, esse é o fundamento da estufa. A luz passa através do vidro da estufa e aquece tudo o que está dentro dela. Faz sentido que um detector de movimento, sensível à energia infravermelha, não possa "ver" através das janelas de vidro

1. Introdução

Os sensores são dispositivos que surgiram para auxiliar na automação de máquinas,

equipamentos e processos, substituindo as chaves de acionamento mecânico dando maior

versatilidade e durabilidade às aplicações.

Um sensor pode ser definido como um transdutor que altera a sua característica física interna

devido a um fenômeno físico externo. Um sensor muda seu comportamento sob a ação de uma

grandeza física, podendo fornece direta ou indiretamente um sinal que indica essa grandeza e

convertendo uma quantidade física em um sinal elétrico [1].

2. Sensores

Os sensores recebem sinais físicos e têm por função converter-los em sinais elétricos, estes

podem ser classificados de acordo com o seu sinal de saída, em sensores analógicos e digitais

e pelo seu tipo, são eles: indutivos, capacitivos, magnéticos, ultra-sônicos e laser [1, 2].

2.1. Sensores Analógicos

Esse tipo de sensor pode assumir qualquer valor em seu sinal de saída ao longo do tempo,

desde que esteja dentro da sua faixa de operação. Algumas das grandezas físicas podem

assumir qualquer valor ao longo do tempo são: Pressão, Temperatura, Umidade, Vazão, Força,

entre outros. Estas variáveis são mensuradas por elementos sensíveis com circuitos

eletrônicos que não utilizam microcontroladores [3].

2.2. Sensores Digitais

Esse tipo de sensor pode assumir apenas dois valores no seu sinal de saída ao longo tempo,

que podem ser interpretados como 0 ou 1. Não existe naturalmente grandezas físicas que

assumem estes valores, mas eles são assim mostrados ao sistema de controle convertido pelo

circuito eletrônico do transdutor. É utilizado, por exemplo, em detecção de passagem de

objetos, encoders na determinação de distancia e velocidade, etc [3].

3. Características dos Sensores

3.1. Sensibilidade

A sensibilidade do sensor e a variação do sinal elétrico de saída com o de entrada, variação de

grandeza física no processo. Portanto a se o sensor é estimulado com qualquer sinal em

qualquer grandeza física e der uma resposta, essa variação no sinal elétrico de entrada e de

saída se da à sensibilidade do sensor. Por exemplo, um termômetro, a coluna de mercúrio

quando estimulada pela temperatura ela ascende ou descende, essa variação pelo estimulo na

coluna da à sensibilidade do termômetro, se varia, por exemplo, 1 cm a cada ºC ele tem uma

sensibilidade de 1cm/ºC [2]. 1. Introdução

Os sensores são dispositivos que surgiram para auxiliar na automação de máquinas,

equipamentos e processos, substituindo as chaves de acionamento mecânico dando maior

versatilidade e durabilidade às aplicações.

Um sensor pode ser definido como um transdutor que altera a sua característica física interna

devido a um fenômeno físico externo. Um sensor muda seu comportamento sob a ação de uma

grandeza física, podendo fornece direta ou indiretamente um sinal que indica essa grandeza e

convertendo uma quantidade física em um sinal elétrico [1].

2. Sensores

Os sensores recebem sinais físicos e têm por função converter-los em sinais elétricos, estes

podem ser classificados de acordo com o seu sinal de saída, em sensores analógicos e digitais

e pelo seu tipo, são eles: indutivos, capacitivos, magnéticos, ultra-sônicos e laser [1, 2].

2.1. Sensores Analógicos

Esse tipo de sensor pode assumir qualquer valor em seu sinal de saída ao longo do tempo,

desde que esteja dentro da sua faixa de operação. Algumas das grandezas físicas podem

assumir qualquer valor ao longo do tempo são: Pressão, Temperatura, Umidade, Vazão, Força,

entre outros. Estas variáveis são mensuradas por elementos sensíveis com circuitos

eletrônicos que não utilizam microcontroladores [3].

2.2. Sensores Digitais

Esse tipo de sensor pode assumir apenas dois valores no seu sinal de saída ao longo tempo,

que podem ser interpretados como 0 ou 1. Não existe naturalmente grandezas físicas que

assumem estes valores, mas eles são assim mostrados ao sistema de controle convertido pelo

circuito eletrônico do transdutor. É utilizado, por exemplo, em detecção de passagem de

objetos, encoders na determinação de distancia e velocidade, etc [3].

3. Características dos Sensores

3.1. Sensibilidade

A sensibilidade do sensor e a variação do sinal elétrico de saída com o de entrada, variação de

grandeza física no processo. Portanto a se o sensor é estimulado com qualquer sinal em

qualquer grandeza física e der uma resposta, essa variação no sinal elétrico de entrada e de

saída se da à sensibilidade do sensor. Por exemplo, um termômetro, a coluna de mercúrio

quando estimulada pela temperatura ela ascende ou descende, essa variação pelo estimulo na

coluna da à sensibilidade do termômetro, se varia, por exemplo, 1 cm a cada ºC ele tem uma

sensibilidade de 1cm/ºC [2].

Figura 1: Termômetro de mercúrio [5].

3.2. Resolução

A resolução é o menor incremento do estimulo medido que provoca uma mudança no sinal de

saída do sensor. Como por exemplo, um sensor de temperatura que tem uma resolução de

0,1ºC, portanto o sensor só dará resposta desse sinal em 0,1 em 0,1ºC, nunca podendo dar

uma resposta entre esse valor (0,05 ºC) [2].

Figura 2: Sensor de temperatura com uma resolução de 0,1ºC / 0.1ºF. [6]

3.3. Precisão X Exatidão

Estes dois conceitos, por muitas vezes são considerados sinônimos cotidianamente, mas

possuem diferentes significados quando se trata na confiabilidade de um equipamento, assim

sendo utilizados incorretamente, pois parecem ser semelhantes, mesmo sendo diferentes.

Segundo Vantuil Manoel Thebas (Característica dos Sensores, Instituto Federal do Espirito

Santo, Campus Serra, Agosto de 2009), precisão é definido quando o maior valor de erro que

um instrumento possa ter ao longo de sua faixa de medição. E a exatidão, dada uma

determinada grandeza física a ser medida, a exatidão é a diferença absoluta entre o valor do

sinal de saída entregue pelo sensor e o valor do sinal ideal que o sensor deveria fornecer para

esse determinado valor de grandeza física. Entao em uma amostragem como vemos na figura

abaixo, onde temos quatro situações distintas, onde temos um universo que o centro

hachurado é o valor real e os pontos são os valores medidos. Em (a) vemos que os pontos

estão próximos do real porem estão distantes o que indica que ele foi exato mas não preciso,

em (c) os pontos estão distantes do valor real e distantes entre si, portanto pode se concluir

que ele não foi preciso e nem exato, já em (d) vemos que os pontos foram próximos, porem

longe do valor real, podendo concluir-se que foi preciso mas não exato, por fim em (b) temos os

pontos próximos e dentro do valor real o que indica que ele foi preciso e exato.[2]

Figura 3: Amostra de resultados para

compreensão de Exatida e Precisão [4].

3.4. Linearidade

A linearidade de um transdutor é um tipo de

parâmetro que expressa o quanto a curva

característica do sensor se desvia da curva tida

como curva ideal [7]. A linearidade é

normalmente especificada em termos do

percentual de não linearidade, definido como:

 

Figura 4. Gráfico comparando curva característica com a curva ideal [7].

O ideal é que sempre a curva seja linear, mais na prática isso não acaba acontecendo. Para

saber o quanto a curva característica se distancia da ideal divide-se o Erro Máximo pela faixa

de valores.

3.5. Velocidade de Resposta

Trata-se da velocidade com que a medida fornecida pelo sensor alcança o valor real do

processo. Em sistemas realimentados o ideal é que o sensor utilizado tenha uma resposta

instantânea, pois uma resposta lenta pode prejudicar muito a eficiência do sistema de controle

e até impedir que o sistema funcione a contento [3].

3.6. Faixa

Define-se como faixa ou range (do inglês) a todos os níveis de amplitude da grandeza física

medida nos quais se supõe que o sensor pode operar dentro da precisão especificada. Assim,

por exemplo, um sensor de pressão pode ser fabricado para operar de 60 mmHg até 300

mmHg [9].

Figura 5: Manômetro determinando a faixa de operação [10].

3.7. Alcance

É a faixa de operação que um sensor pode operar, de acordo com sua precisão. A faixa de

indicação ou alcance (range) é o conjunto de valores limitados pelas indicações extremas, ou

seja, entre os valores máximos e mínimos possíveis de serem medidos com determinado

instrumento. Ex.: Um termômetro pode ter um range de 0 a 100 0C. Por outro lado, a diferença

entre o maior e o menor valor de uma escala de um instrumento é denominado amplitude da

faixa nominal (span) ou varredura [11].

Figura 6. Sensor Infra Vermelho com Alcance máximo de 80m. [11]

4. Principio de Sensoriamento

4.1. Sensor Óptico

São dispositivos capazes de detectar movimentos e ações que ocorrem em processos e

projetos eletro-eletrônicos. Formado por um emissor e por um receptor de luz. O emissor de luz

óptico pode ser LED (diodo emissor de luz) ou uma lâmpada. O receptor é um componente

fotossensível, isto é, sensível à luz, como o fototransistor, os íotodiodo ou resistores variáveis

pela luz. O principio de funcionamento de um sensor óptico baseia-se num circuito oscilador

que gera, uma onda convertida em luz pelo emissor. Um objeto, quando aproximado do sensor

óptico, reflete a luz do emissor para o receptor. [1]

Figura 7: Aplicação do sensor óptico em um mouse. [16].

4.2. Sensor indutivo

São componentes eletrônicos capazes de detectar a aproximação de um objeto sem a

necessidade de contato físico entre sensor e o acionador. O principio de funcionamento baseia-

se pelo princípio da indução eletromagnética. Funciona de maneira similar aos enrolamentos

primários e secundários de um transformador. O sensor tem um oscilador e uma bobina; juntos

produzem um campo magnético fraco. Quando um objeto entre no campo, pequenas correntes

são induzidas na superfície do objeto. Por causa da interferência com o campo magnético,

energia é extraída do circuito oscilador do sensor, diminuindo a amplitude da oscilação e

causando uma queda de tensão (voltagem). O circuito de detecção do sensor percebe a queda

de tensão do circuito do oscilador e responde mudando o estado do sensor [12].

Figura 8: sensores indutivos utilizados para detecção em uma esteira [12].

4.3. Sensor Capacitivo

São sensores capazes de detectar a aproximação de objetos sem a necessidade de contato

físico. O sensor capacitivo apresenta principio de funcionamento semelhante ao de um

capacitor, que vem a ser um componente eletrônico capaz de armazenar cargas elétricas. No

sensor capacitivo o material dielétrico é o ar, cuja constante dielétrica é igual a 1, portanto o

valor da capacitância é muito baixo. Quando um objeto que possui constante dielétrica maior

que 1 é aproximado do sensor capacitivo, o campo magnético gerado pela atração entre as

cargas passa por esse objeto e a capacitância aumenta. O circuito de controle detecta essa

variação e processa a presença do objeto. [1]

Figura 9: Princípio de funcionamento do sensor capacitivo. [13]

Figura 10: Aplicação de sensores capacitivos na

detecção do leite em caixa e controle de nível. [17]

5. Grau de Proteção de Sensores

IP (International Protection) ou Grau de Proteção são medidas aplicadas ao envoltório de um

equipamento elétrico, visando: A - Proteger as pessoas contra o contato a partes energizadas

sem isolamento ; evitar o contato com as partes móveis no interior do envoltório e a entrada de

corpos estranhos. B - Proteger o equipamento contra a entrada de água em seu interior. Os

envoltórios são especificados por uma simbologia que é composta de uma sigla “IP”, seguido

de dois dígitos, que classificam o grau de proteção do equipamento elétrico:

Figura 11: Tabela de Graus de Proteção [15].

Um equipamento instalado, ao longo do tempo, será submetido a variações bruscas de

temperatura, umidade, descargas elétricas causadas por raios, poeira, etc. Por exemplo,

apesar do equipamento ter sido construído para impedir a entrada de poeira e a penetração de

jatos de água, ou seja, com grau de proteção IP 65, o mesmo foi dimensionado levando em

consideração a aplicação em um ambiente industrial.

Com o tempo, este equipamento precisará de proteções adicionais para garantir sua

durabilidade e desempenho. Para isto, a NBR IEC 60529 classifica essas proteções especiais

como letras suplementares, as quais são utilizadas além das proteções definidas na

classificação IP: [14][15][16]

Letra

Suplementar

Letra Descrição

H Equipamento de alta tensão

M

Ensaiado para efeitos prejudiciais devidos à penetração de água quando as

partes perigosas móveis do equipamento (por exemplo, o rotor de uma

máquina rotativa) estão em movimento.

S

Ensaio para efeitos prejudiciais devidos à penetração de água quando as

partes móveis do equipamento (por exemplo, o rotor de uma máquina rotativa)

estão estacionários.

WApropriado para uso sob condições ambientais especificadas e fornecido com

características ou processos de proteções adicionais.

Tabela 1: Classificação NBR para proteções especiais.

6. Conclusão

Esse trabalho possibilitou conhecer os principais tipos de sensores e entender suas

caracteristicas o seu funcionamento sendo estes como: Sensor Capacitivo, Sensor Óptico e

Sensor indutivo que podem ser classificado de acordo com o seu sinal de saída como

Sensores Analógicos ou Sensores Digitais. Apresentando possíveis aplicações desses

sensores de acordo com suas especificações e cuidados mostrando que para a automatização

de um sistema sem a presenças dos sensores é praticamente impossivel a mesma. Os

sensores têm hoje um amplo campo de aplicações e mercado, com inúmeros modelos e

dimensões, com alta tecnologia se desenvolvendo cada vez mais. Por esses motivos são muito

usados na indústria, sendo ela no ramo da saúde, processos, fundição, metalurgia,

automobilística, entre os mais diversos ramos de atividade, podendo ser aplicados nos mais

diversos ambientes.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Rosário, João Maurício, Princípios de Mecatrônica, São Paulo, Prentice Hall, 2005.

[2] Thebas, Vantuil Manoel, Características dos Sensores, Instituto Federal do Espírito

Santo,Serra, 2009.

[3] Thomazini, Daniel, Sensores Industriais: Fundamentos e Aplicações, Editora Érica

LTDA, São Paulo, 2005

1. Introdução

Os sensores são dispositivos que surgiram para auxiliar na automação de máquinas,

equipamentos e processos, substituindo as chaves de acionamento mecânico dando maior

versatilidade e durabilidade às aplicações.

Um sensor pode ser definido como um transdutor que altera a sua característica física interna

devido a um fenômeno físico externo. Um sensor muda seu comportamento sob a ação de uma

grandeza física, podendo fornece direta ou indiretamente um sinal que indica essa grandeza e

convertendo uma quantidade física em um sinal elétrico [1].

2. Sensores

Os sensores recebem sinais físicos e têm por função converter-los em sinais elétricos, estes

podem ser classificados de acordo com o seu sinal de saída, em sensores analógicos e digitais

e pelo seu tipo, são eles: indutivos, capacitivos, magnéticos, ultra-sônicos e laser [1, 2].

2.1. Sensores Analógicos

Esse tipo de sensor pode assumir qualquer valor em seu sinal de saída ao longo do tempo,

desde que esteja dentro da sua faixa de operação. Algumas das grandezas físicas podem

assumir qualquer valor ao longo do tempo são: Pressão, Temperatura, Umidade, Vazão, Força,

entre outros. Estas variáveis são mensuradas por elementos sensíveis com circuitos

eletrônicos que não utilizam microcontroladores [3].

2.2. Sensores Digitais

Esse tipo de sensor pode assumir apenas dois valores no seu sinal de saída ao longo tempo,

que podem ser interpretados como 0 ou 1. Não existe naturalmente grandezas físicas que

assumem estes valores, mas eles são assim mostrados ao sistema de controle convertido pelo

circuito eletrônico do transdutor. É utilizado, por exemplo, em detecção de passagem de

objetos, encoders na determinação de distancia e velocidade, etc [3].

3. Características dos Sensores

3.1. Sensibilidade

A sensibilidade do sensor e a variação do sinal elétrico de saída com o de entrada, variação de

grandeza física no processo. Portanto a se o sensor é estimulado com qualquer sinal em

qualquer grandeza física e der uma resposta, essa variação no sinal elétrico de entrada e de

saída se da à sensibilidade do sensor. Por exemplo, um termômetro, a coluna de mercúrio

quando estimulada pela temperatura ela ascende ou descende, essa variação pelo estimulo na

coluna da à sensibilidade do termômetro, se varia, por exemplo, 1 cm a cada ºC ele tem uma

sensibilidade de 1cm/ºC [2].

Figura 1: Termômetro de mercúrio [5].

3.2. Resolução

A resolução é o menor incremento do estimulo medido que provoca uma mudança no sinal de

saída do sensor. Como por exemplo, um sensor de temperatura que tem uma resolução de

0,1ºC, portanto o sensor só dará resposta desse sinal em 0,1 em 0,1ºC, nunca podendo dar

uma resposta entre esse valor (0,05 ºC) [2].

Figura 2: Sensor de temperatura com uma resolução de 0,1ºC / 0.1ºF. [6]

3.3. Precisão X Exatidão

Estes dois conceitos, por muitas vezes são considerados sinônimos cotidianamente, mas

possuem diferentes significados quando se trata na confiabilidade de um equipamento, assim

sendo utilizados incorretamente, pois parecem ser semelhantes, mesmo sendo diferentes.

Segundo Vantuil Manoel Thebas (Característica dos Sensores, Instituto Federal do Espirito

Santo, Campus Serra, Agosto de 2009), precisão é definido quando o maior valor de erro que

um instrumento possa ter ao longo de sua faixa de medição. E a exatidão, dada uma

determinada grandeza física a ser medida, a exatidão é a diferença absoluta entre o valor do

sinal de saída entregue pelo sensor e o valor do sinal ideal que o sensor deveria fornecer para

esse determinado valor de grandeza física. Entao em uma amostragem como vemos na figura

abaixo, onde temos quatro situações distintas, onde temos um universo que o centro

hachurado é o valor real e os pontos são os valores medidos. Em (a) vemos que os pontos

estão próximos do real porem estão distantes o que indica que ele foi exato mas não preciso,

em (c) os pontos estão distantes do valor real e distantes entre si, portanto pode se concluir

que ele não foi preciso e nem exato, já em (d) vemos que os pontos foram próximos, porem

longe do valor real, podendo concluir-se que foi preciso mas não exato, por fim em (b) temos os

pontos próximos e dentro do valor real o que indica que ele foi preciso e exato.[2]

Figura 3: Amostra de resultados para

compreensão de Exatida e Precisão [4].

3.4. Linearidade

A linearidade de um transdutor é um tipo de

parâmetro que expressa o quanto a curva

característica do sensor se desvia da curva tida

como curva ideal [7]. A linearidade é

normalmente especificada em termos do

percentual de não linearidade, definido como:

 

Figura 4. Gráfico comparando curva característica com a curva ideal [7].

O ideal é que sempre a curva seja linear, mais na prática isso não acaba acontecendo. Para

saber o quanto a curva característica se distancia da ideal divide-se o Erro Máximo pela faixa

de valores.

3.5. Velocidade de Resposta

Trata-se da velocidade com que a medida fornecida pelo sensor alcança o valor real do

processo. Em sistemas realimentados o ideal é que o sensor utilizado tenha uma resposta

instantânea, pois uma resposta lenta pode prejudicar muito a eficiência do sistema de controle

e até impedir que o sistema funcione a contento [3].

3.6. Faixa

Define-se como faixa ou range (do inglês) a todos os níveis de amplitude da grandeza física

medida nos quais se supõe que o sensor pode operar dentro da precisão especificada. Assim,

por exemplo, um sensor de pressão pode ser fabricado para operar de 60 mmHg até 300

mmHg [9].

Figura 5: Manômetro determinando a faixa de operação [10].

3.7. Alcance

É a faixa de operação que um sensor pode operar, de acordo com sua precisão. A faixa de

indicação ou alcance (range) é o conjunto de valores limitados pelas indicações extremas, ou

seja, entre os valores máximos e mínimos possíveis de serem medidos com determinado

instrumento. Ex.: Um termômetro pode ter um range de 0 a 100 0C. Por outro lado, a diferença

entre o maior e o menor valor de uma escala de um instrumento é denominado amplitude da

faixa nominal (span) ou varredura [11].

Figura 6. Sensor Infra Vermelho com Alcance máximo de 80m. [11]

4. Principio de Sensoriamento

4.1. Sensor Óptico

São dispositivos capazes de detectar movimentos e ações que ocorrem em processos e

projetos eletro-eletrônicos. Formado por um emissor e por um receptor de luz. O emissor de luz

óptico pode ser LED (diodo emissor de luz) ou uma lâmpada. O receptor é um componente

fotossensível, isto é, sensível à luz, como o fototransistor, os íotodiodo ou resistores variáveis

pela luz. O principio de funcionamento de um sensor óptico baseia-se num circuito oscilador

que gera, uma onda convertida em luz pelo emissor. Um objeto, quando aproximado do sensor

óptico, reflete a luz do emissor para o receptor. [1]

Figura 7: Aplicação do sensor óptico em um mouse. [16].

4.2. Sensor indutivo

São componentes eletrônicos capazes de detectar a aproximação de um objeto sem a

necessidade de contato físico entre sensor e o acionador. O principio de funcionamento baseia-

se pelo princípio da indução eletromagnética. Funciona de maneira similar aos enrolamentos

primários e secundários de um transformador. O sensor tem um oscilador e uma bobina; juntos

produzem um campo magnético fraco. Quando um objeto entre no campo, pequenas correntes

são induzidas na superfície do objeto. Por causa da interferência com o campo magnético,

energia é extraída do circuito oscilador do sensor, diminuindo a amplitude da oscilação e

causando uma queda de tensão (voltagem). O circuito de detecção do sensor percebe a queda

de tensão do circuito do oscilador e responde mudando o estado do sensor [12].

Figura 8: sensores indutivos utilizados para detecção em uma esteira [12].

4.3. Sensor Capacitivo

São sensores capazes de detectar a aproximação de objetos sem a necessidade de contato

físico. O sensor capacitivo apresenta principio de funcionamento semelhante ao de um

capacitor, que vem a ser um componente eletrônico capaz de armazenar cargas elétricas. No

sensor capacitivo o material dielétrico é o ar, cuja constante dielétrica é igual a 1, portanto o

valor da capacitância é muito baixo. Quando um objeto que possui constante dielétrica maior

que 1 é aproximado do sensor capacitivo, o campo magnético gerado pela atração entre as

cargas passa por esse objeto e a capacitância aumenta. O circuito de controle detecta essa

variação e processa a presença do objeto. [1]

Figura 9: Princípio de funcionamento do sensor capacitivo. [13]

Figura 10: Aplicação de sensores capacitivos na

detecção do leite em caixa e controle de nível. [17]

5. Grau de Proteção de Sensores

IP (International Protection) ou Grau de Proteção são medidas aplicadas ao envoltório de um

equipamento elétrico, visando: A - Proteger as pessoas contra o contato a partes energizadas

sem isolamento ; evitar o contato com as partes móveis no interior do envoltório e a entrada de

corpos estranhos. B - Proteger o equipamento contra a entrada de água em seu interior. Os

envoltórios são especificados por uma simbologia que é composta de uma sigla “IP”, seguido

de dois dígitos, que classificam o grau de proteção do equipamento elétrico:

Figura 11: Tabela de Graus de Proteção [15].

Um equipamento instalado, ao longo do tempo, será submetido a variações bruscas de

temperatura, umidade, descargas elétricas causadas por raios, poeira, etc. Por exemplo,

apesar do equipamento ter sido construído para impedir a entrada de poeira e a penetração de

jatos de água, ou seja, com grau de proteção IP 65, o mesmo foi dimensionado levando em

consideração a aplicação em um ambiente industrial.

Com o tempo, este equipamento precisará de proteções adicionais para garantir sua

durabilidade e desempenho. Para isto, a NBR IEC 60529 classifica essas proteções especiais

como letras suplementares, as quais são utilizadas além das proteções definidas na

classificação IP: [14][15][16]

Letra

Suplementar

Letra Descrição

H Equipamento de alta tensão

M

Ensaiado para efeitos prejudiciais devidos à penetração de água quando as

partes perigosas móveis do equipamento (por exemplo, o rotor de uma

máquina rotativa) estão em movimento.

S

Ensaio para efeitos prejudiciais devidos à penetração de água quando as

partes móveis do equipamento (por exemplo, o rotor de uma máquina rotativa)

estão estacionários.

WApropriado para uso sob condições ambientais especificadas e fornecido com

características ou processos de proteções adicionais.

Tabela 1: Classificação NBR para proteções especiais.

6. Conclusão

Esse trabalho possibilitou conhecer os principais tipos de sensores e entender suas

caracteristicas o seu funcionamento sendo estes como: Sensor Capacitivo, Sensor Óptico e

Sensor indutivo que podem ser classificado de acordo com o seu sinal de saída como

Sensores Analógicos ou Sensores Digitais. Apresentando possíveis aplicações desses

sensores de acordo com suas especificações e cuidados mostrando que para a automatização

de um sistema sem a presenças dos sensores é praticamente impossivel a mesma. Os

sensores têm hoje um amplo campo de aplicações e mercado, com inúmeros modelos e

dimensões, com alta tecnologia se desenvolvendo cada vez mais. Por esses motivos são muito

usados na indústria, sendo ela no ramo da saúde, processos, fundição, metalurgia,

automobilística, entre os mais diversos ramos de atividade, podendo ser aplicados nos mais

diversos ambientes.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Rosário, João Maurício, Princípios de Mecatrônica, São Paulo, Prentice Hall, 2005.

[2] Thebas, Vantuil Manoel, Características dos Sensores, Instituto Federal do Espírito

Santo,Serra, 2009.

[3] Thomazini, Daniel, Sensores Industriais: Fundamentos e Aplicações, Editora Érica

LTDA, São Paulo, 2005

1. Introdução

Os sensores são dispositivos que surgiram para auxiliar na automação de máquinas,

equipamentos e processos, substituindo as chaves de acionamento mecânico dando maior

versatilidade e durabilidade às aplicações.

Um sensor pode ser definido como um transdutor que altera a sua característica física interna

devido a um fenômeno físico externo. Um sensor muda seu comportamento sob a ação de uma

grandeza física, podendo fornece direta ou indiretamente um sinal que indica essa grandeza e

convertendo uma quantidade física em um sinal elétrico [1].

2. Sensores

Os sensores recebem sinais físicos e têm por função converter-los em sinais elétricos, estes

podem ser classificados de acordo com o seu sinal de saída, em sensores analógicos e digitais

e pelo seu tipo, são eles: indutivos, capacitivos, magnéticos, ultra-sônicos e laser [1, 2].

2.1. Sensores Analógicos

Esse tipo de sensor pode assumir qualquer valor em seu sinal de saída ao longo do tempo,

desde que esteja dentro da sua faixa de operação. Algumas das grandezas físicas podem

assumir qualquer valor ao longo do tempo são: Pressão, Temperatura, Umidade, Vazão, Força,

entre outros. Estas variáveis são mensuradas por elementos sensíveis com circuitos

eletrônicos que não utilizam microcontroladores [3].

2.2. Sensores Digitais

Esse tipo de sensor pode assumir apenas dois valores no seu sinal de saída ao longo tempo,

que podem ser interpretados como 0 ou 1. Não existe naturalmente grandezas físicas que

assumem estes valores, mas eles são assim mostrados ao sistema de controle convertido pelo

circuito eletrônico do transdutor. É utilizado, por exemplo, em detecção de passagem de

objetos, encoders na determinação de distancia e velocidade, etc [3].

3. Características dos Sensores

3.1. Sensibilidade

A sensibilidade do sensor e a variação do sinal elétrico de saída com o de entrada, variação de

grandeza física no processo. Portanto a se o sensor é estimulado com qualquer sinal em

qualquer grandeza física e der uma resposta, essa variação no sinal elétrico de entrada e de

saída se da à sensibilidade do sensor. Por exemplo, um termômetro, a coluna de mercúrio

quando estimulada pela temperatura ela ascende ou descende, essa variação pelo estimulo na

coluna da à sensibilidade do termômetro, se varia, por exemplo, 1 cm a cada ºC ele tem uma

sensibilidade de 1cm/ºC [2].

Figura 1: Termômetro de mercúrio [5].

3.2. Resolução

A resolução é o menor incremento do estimulo medido que provoca uma mudança no sinal de

saída do sensor. Como por exemplo, um sensor de temperatura que tem uma resolução de

0,1ºC, portanto o sensor só dará resposta desse sinal em 0,1 em 0,1ºC, nunca podendo dar

uma resposta entre esse valor (0,05 ºC) [2].

Figura 2: Sensor de temperatura com uma resolução de 0,1ºC / 0.1ºF. [6]

3.3. Precisão X Exatidão

Estes dois conceitos, por muitas vezes são considerados sinônimos cotidianamente, mas

possuem diferentes significados quando se trata na confiabilidade de um equipamento, assim

sendo utilizados incorretamente, pois parecem ser semelhantes, mesmo sendo diferentes.

Segundo Vantuil Manoel Thebas (Característica dos Sensores, Instituto Federal do Espirito

Santo, Campus Serra, Agosto de 2009), precisão é definido quando o maior valor de erro que

um instrumento possa ter ao longo de sua faixa de medição. E a exatidão, dada uma

determinada grandeza física a ser medida, a exatidão é a diferença absoluta entre o valor do

sinal de saída entregue pelo sensor e o valor do sinal ideal que o sensor deveria fornecer para

esse determinado valor de grandeza física. Entao em uma amostragem como vemos na figura

abaixo, onde temos quatro situações distintas, onde temos um universo que o centro

hachurado é o valor real e os pontos são os valores medidos. Em (a) vemos que os pontos

estão próximos do real porem estão distantes o que indica que ele foi exato mas não preciso,

em (c) os pontos estão distantes do valor real e distantes entre si, portanto pode se concluir

que ele não foi preciso e nem exato, já em (d) vemos que os pontos foram próximos, porem

longe do valor real, podendo concluir-se que foi preciso mas não exato, por fim em (b) temos os

pontos próximos e dentro do valor real o que indica que ele foi preciso e exato.[2]

Figura 3: Amostra de resultados para

compreensão de Exatida e Precisão [4].

3.4. Linearidade

A linearidade de um transdutor é um tipo de

parâmetro que expressa o quanto a curva

característica do sensor se desvia da curva tida

como curva ideal [7]. A linearidade é

normalmente especificada em termos do

percentual de não linearidade, definido como:

 

Figura 4. Gráfico comparando curva característica com a curva ideal [7].

O ideal é que sempre a curva seja linear, mais na prática isso não acaba acontecendo. Para

saber o quanto a curva característica se distancia da ideal divide-se o Erro Máximo pela faixa

de valores.

3.5. Velocidade de Resposta

Trata-se da velocidade com que a medida fornecida pelo sensor alcança o valor real do

processo. Em sistemas realimentados o ideal é que o sensor utilizado tenha uma resposta

instantânea, pois uma resposta lenta pode prejudicar muito a eficiência do sistema de controle

e até impedir que o sistema funcione a contento [3].

3.6. Faixa

Define-se como faixa ou range (do inglês) a todos os níveis de amplitude da grandeza física

medida nos quais se supõe que o sensor pode operar dentro da precisão especificada. Assim,

por exemplo, um sensor de pressão pode ser fabricado para operar de 60 mmHg até 300

mmHg [9].

Figura 5: Manômetro determinando a faixa de operação [10].

3.7. Alcance

É a faixa de operação que um sensor pode operar, de acordo com sua precisão. A faixa de

indicação ou alcance (range) é o conjunto de valores limitados pelas indicações extremas, ou

seja, entre os valores máximos e mínimos possíveis de serem medidos com determinado

instrumento. Ex.: Um termômetro pode ter um range de 0 a 100 0C. Por outro lado, a diferença

entre o maior e o menor valor de uma escala de um instrumento é denominado amplitude da

faixa nominal (span) ou varredura [11].

Figura 6. Sensor Infra Vermelho com Alcance máximo de 80m. [11]

4. Principio de Sensoriamento

4.1. Sensor Óptico

São dispositivos capazes de detectar movimentos e ações que ocorrem em processos e

projetos eletro-eletrônicos. Formado por um emissor e por um receptor de luz. O emissor de luz

óptico pode ser LED (diodo emissor de luz) ou uma lâmpada. O receptor é um componente

fotossensível, isto é, sensível à luz, como o fototransistor, os íotodiodo ou resistores variáveis

pela luz. O principio de funcionamento de um sensor óptico baseia-se num circuito oscilador

que gera, uma onda convertida em luz pelo emissor. Um objeto, quando aproximado do sensor

óptico, reflete a luz do emissor para o receptor. [1]

Figura 7: Aplicação do sensor óptico em um mouse. [16].

4.2. Sensor indutivo

São componentes eletrônicos capazes de detectar a aproximação de um objeto sem a

necessidade de contato físico entre sensor e o acionador. O principio de funcionamento baseia-

se pelo princípio da indução eletromagnética. Funciona de maneira similar aos enrolamentos

primários e secundários de um transformador. O sensor tem um oscilador e uma bobina; juntos

produzem um campo magnético fraco. Quando um objeto entre no campo, pequenas correntes

são induzidas na superfície do objeto. Por causa da interferência com o campo magnético,

energia é extraída do circuito oscilador do sensor, diminuindo a amplitude da oscilação e

causando uma queda de tensão (voltagem). O circuito de detecção do sensor percebe a queda

de tensão do circuito do oscilador e responde mudando o estado do sensor [12].

Figura 8: sensores indutivos utilizados para detecção em uma esteira [12].

4.3. Sensor Capacitivo

São sensores capazes de detectar a aproximação de objetos sem a necessidade de contato

físico. O sensor capacitivo apresenta principio de funcionamento semelhante ao de um

capacitor, que vem a ser um componente eletrônico capaz de armazenar cargas elétricas. No

sensor capacitivo o material dielétrico é o ar, cuja constante dielétrica é igual a 1, portanto o

valor da capacitância é muito baixo. Quando um objeto que possui constante dielétrica maior

que 1 é aproximado do sensor capacitivo, o campo magnético gerado pela atração entre as

cargas passa por esse objeto e a capacitância aumenta. O circuito de controle detecta essa

variação e processa a presença do objeto. [1]

Figura 9: Princípio de funcionamento do sensor capacitivo. [13]

Figura 10: Aplicação de sensores capacitivos na

detecção do leite em caixa e controle de nível. [17]

5. Grau de Proteção de Sensores

IP (International Protection) ou Grau de Proteção são medidas aplicadas ao envoltório de um

equipamento elétrico, visando: A - Proteger as pessoas contra o contato a partes energizadas

sem isolamento ; evitar o contato com as partes móveis no interior do envoltório e a entrada de

corpos estranhos. B - Proteger o equipamento contra a entrada de água em seu interior. Os

envoltórios são especificados por uma simbologia que é composta de uma sigla “IP”, seguido

de dois dígitos, que classificam o grau de proteção do equipamento elétrico:

Figura 11: Tabela de Graus de Proteção [15].

Um equipamento instalado, ao longo do tempo, será submetido a variações bruscas de

temperatura, umidade, descargas elétricas causadas por raios, poeira, etc. Por exemplo,

apesar do equipamento ter sido construído para impedir a entrada de poeira e a penetração de

jatos de água, ou seja, com grau de proteção IP 65, o mesmo foi dimensionado levando em

consideração a aplicação em um ambiente industrial.

Com o tempo, este equipamento precisará de proteções adicionais para garantir sua

durabilidade e desempenho. Para isto, a NBR IEC 60529 classifica essas proteções especiais

como letras suplementares, as quais são utilizadas além das proteções definidas na

classificação IP: [14][15][16]

Letra

Suplementar

Letra Descrição

H Equipamento de alta tensão

M

Ensaiado para efeitos prejudiciais devidos à penetração de água quando as

partes perigosas móveis do equipamento (por exemplo, o rotor de uma

máquina rotativa) estão em movimento.

S

Ensaio para efeitos prejudiciais devidos à penetração de água quando as

partes móveis do equipamento (por exemplo, o rotor de uma máquina rotativa)

estão estacionários.

WApropriado para uso sob condições ambientais especificadas e fornecido com

características ou processos de proteções adicionais.

Tabela 1: Classificação NBR para proteções especiais.

6. Conclusão

Esse trabalho possibilitou conhecer os principais tipos de sensores e entender suas

caracteristicas o seu funcionamento sendo estes como: Sensor Capacitivo, Sensor Óptico e

Sensor indutivo que podem ser classificado de acordo com o seu sinal de saída como

Sensores Analógicos ou Sensores Digitais. Apresentando possíveis aplicações desses

sensores de acordo com suas especificações e cuidados mostrando que para a automatização

de um sistema sem a presenças dos sensores é praticamente impossivel a mesma. Os

sensores têm hoje um amplo campo de aplicações e mercado, com inúmeros modelos e

dimensões, com alta tecnologia se desenvolvendo cada vez mais. Por esses motivos são muito

usados na indústria, sendo ela no ramo da saúde, processos, fundição, metalurgia,

automobilística, entre os mais diversos ramos de atividade, podendo ser aplicados nos mais

diversos ambientes.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Rosário, João Maurício, Princípios de Mecatrônica, São Paulo, Prentice Hall, 2005.

[2] Thebas, Vantuil Manoel, Características dos Sensores, Instituto Federal do Espírito

Santo,Serra, 2009.

[3] Thomazini, Daniel, Sensores Industriais: Fundamentos e Aplicações, Editora Érica

LTDA, São Paulo, 2005

1. Introdução

Os sensores são dispositivos que surgiram para auxiliar na automação de máquinas,

equipamentos e processos, substituindo as chaves de acionamento mecânico dando maior

versatilidade e durabilidade às aplicações.

Um sensor pode ser definido como um transdutor que altera a sua característica física interna

devido a um fenômeno físico externo. Um sensor muda seu comportamento sob a ação de uma

grandeza física, podendo fornece direta ou indiretamente um sinal que indica essa grandeza e

convertendo uma quantidade física em um sinal elétrico [1].

2. Sensores

Os sensores recebem sinais físicos e têm por função converter-los em sinais elétricos, estes

podem ser classificados de acordo com o seu sinal de saída, em sensores analógicos e digitais

e pelo seu tipo, são eles: indutivos, capacitivos, magnéticos, ultra-sônicos e laser [1, 2].

2.1. Sensores Analógicos

Esse tipo de sensor pode assumir qualquer valor em seu sinal de saída ao longo do tempo,

desde que esteja dentro da sua faixa de operação. Algumas das grandezas físicas podem

assumir qualquer valor ao longo do tempo são: Pressão, Temperatura, Umidade, Vazão, Força,

entre outros. Estas variáveis são mensuradas por elementos sensíveis com circuitos

eletrônicos que não utilizam microcontroladores [3].

2.2. Sensores Digitais

Esse tipo de sensor pode assumir apenas dois valores no seu sinal de saída ao longo tempo,

que podem ser interpretados como 0 ou 1. Não existe naturalmente grandezas físicas que

assumem estes valores, mas eles são assim mostrados ao sistema de controle convertido pelo

circuito eletrônico do transdutor. É utilizado, por exemplo, em detecção de passagem de

objetos, encoders na determinação de distancia e velocidade, etc [3].

3. Características dos Sensores

3.1. Sensibilidade

A sensibilidade do sensor e a variação do sinal elétrico de saída com o de entrada, variação de

grandeza física no processo. Portanto a se o sensor é estimulado com qualquer sinal em

qualquer grandeza física e der uma resposta, essa variação no sinal elétrico de entrada e de

saída se da à sensibilidade do sensor. Por exemplo, um termômetro, a coluna de mercúrio

quando estimulada pela temperatura ela ascende ou descende, essa variação pelo estimulo na

coluna da à sensibilidade do termômetro, se varia, por exemplo, 1 cm a cada ºC ele tem uma

sensibilidade de 1cm/ºC [2].

Figura 1: Termômetro de mercúrio [5].

3.2. Resolução

A resolução é o menor incremento do estimulo medido que provoca uma mudança no sinal de

saída do sensor. Como por exemplo, um sensor de temperatura que tem uma resolução de

0,1ºC, portanto o sensor só dará resposta desse sinal em 0,1 em 0,1ºC, nunca podendo dar

uma resposta entre esse valor (0,05 ºC) [2].

Figura 2: Sensor de temperatura com uma resolução de 0,1ºC / 0.1ºF. [6]

3.3. Precisão X Exatidão

Estes dois conceitos, por muitas vezes são considerados sinônimos cotidianamente, mas

possuem diferentes significados quando se trata na confiabilidade de um equipamento, assim

sendo utilizados incorretamente, pois parecem ser semelhantes, mesmo sendo diferentes.

Segundo Vantuil Manoel Thebas (Característica dos Sensores, Instituto Federal do Espirito

Santo, Campus Serra, Agosto de 2009), precisão é definido quando o maior valor de erro que

um instrumento possa ter ao longo de sua faixa de medição. E a exatidão, dada uma

determinada grandeza física a ser medida, a exatidão é a diferença absoluta entre o valor do

sinal de saída entregue pelo sensor e o valor do sinal ideal que o sensor deveria fornecer para

esse determinado valor de grandeza física. Entao em uma amostragem como vemos na figura

abaixo, onde temos quatro situações distintas, onde temos um universo que o centro

hachurado é o valor real e os pontos são os valores medidos. Em (a) vemos que os pontos

estão próximos do real porem estão distantes o que indica que ele foi exato mas não preciso,

em (c) os pontos estão distantes do valor real e distantes entre si, portanto pode se concluir

que ele não foi preciso e nem exato, já em (d) vemos que os pontos foram próximos, porem

longe do valor real, podendo concluir-se que foi preciso mas não exato, por fim em (b) temos os

pontos próximos e dentro do valor real o que indica que ele foi preciso e exato.[2]

Figura 3: Amostra de resultados para

compreensão de Exatida e Precisão [4].

3.4. Linearidade

A linearidade de um transdutor é um tipo de

parâmetro que expressa o quanto a curva

característica do sensor se desvia da curva tida

como curva ideal [7]. A linearidade é

normalmente especificada em termos do

percentual de não linearidade, definido como:

 

Figura 4. Gráfico comparando curva característica com a curva ideal [7].

O ideal é que sempre a curva seja linear, mais na prática isso não acaba acontecendo. Para

saber o quanto a curva característica se distancia da ideal divide-se o Erro Máximo pela faixa

de valores.

3.5. Velocidade de Resposta

Trata-se da velocidade com que a medida fornecida pelo sensor alcança o valor real do

processo. Em sistemas realimentados o ideal é que o sensor utilizado tenha uma resposta

instantânea, pois uma resposta lenta pode prejudicar muito a eficiência do sistema de controle

e até impedir que o sistema funcione a contento [3].

3.6. Faixa

Define-se como faixa ou range (do inglês) a todos os níveis de amplitude da grandeza física

medida nos quais se supõe que o sensor pode operar dentro da precisão especificada. Assim,

por exemplo, um sensor de pressão pode ser fabricado para operar de 60 mmHg até 300

mmHg [9].

Figura 5: Manômetro determinando a faixa de operação [10].

3.7. Alcance

É a faixa de operação que um sensor pode operar, de acordo com sua precisão. A faixa de

indicação ou alcance (range) é o conjunto de valores limitados pelas indicações extremas, ou

seja, entre os valores máximos e mínimos possíveis de serem medidos com determinado

instrumento. Ex.: Um termômetro pode ter um range de 0 a 100 0C. Por outro lado, a diferença

entre o maior e o menor valor de uma escala de um instrumento é denominado amplitude da

faixa nominal (span) ou varredura [11].

Figura 6. Sensor Infra Vermelho com Alcance máximo de 80m. [11]

4. Principio de Sensoriamento

4.1. Sensor Óptico

São dispositivos capazes de detectar movimentos e ações que ocorrem em processos e

projetos eletro-eletrônicos. Formado por um emissor e por um receptor de luz. O emissor de luz

óptico pode ser LED (diodo emissor de luz) ou uma lâmpada. O receptor é um componente

fotossensível, isto é, sensível à luz, como o fototransistor, os íotodiodo ou resistores variáveis

pela luz. O principio de funcionamento de um sensor óptico baseia-se num circuito oscilador

que gera, uma onda convertida em luz pelo emissor. Um objeto, quando aproximado do sensor

óptico, reflete a luz do emissor para o receptor. [1]

Figura 7: Aplicação do sensor óptico em um mouse. [16].

4.2. Sensor indutivo

São componentes eletrônicos capazes de detectar a aproximação de um objeto sem a

necessidade de contato físico entre sensor e o acionador. O principio de funcionamento baseia-

se pelo princípio da indução eletromagnética. Funciona de maneira similar aos enrolamentos

primários e secundários de um transformador. O sensor tem um oscilador e uma bobina; juntos

produzem um campo magnético fraco. Quando um objeto entre no campo, pequenas correntes

são induzidas na superfície do objeto. Por causa da interferência com o campo magnético,

energia é extraída do circuito oscilador do sensor, diminuindo a amplitude da oscilação e

causando uma queda de tensão (voltagem). O circuito de detecção do sensor percebe a queda

de tensão do circuito do oscilador e responde mudando o estado do sensor [12].

Figura 8: sensores indutivos utilizados para detecção em uma esteira [12].

4.3. Sensor Capacitivo

São sensores capazes de detectar a aproximação de objetos sem a necessidade de contato

físico. O sensor capacitivo apresenta principio de funcionamento semelhante ao de um

capacitor, que vem a ser um componente eletrônico capaz de armazenar cargas elétricas. No

sensor capacitivo o material dielétrico é o ar, cuja constante dielétrica é igual a 1, portanto o

valor da capacitância é muito baixo. Quando um objeto que possui constante dielétrica maior

que 1 é aproximado do sensor capacitivo, o campo magnético gerado pela atração entre as

cargas passa por esse objeto e a capacitância aumenta. O circuito de controle detecta essa

variação e processa a presença do objeto. [1]

Figura 9: Princípio de funcionamento do sensor capacitivo. [13]

Figura 10: Aplicação de sensores capacitivos na

detecção do leite em caixa e controle de nível. [17]

5. Grau de Proteção de Sensores

IP (International Protection) ou Grau de Proteção são medidas aplicadas ao envoltório de um

equipamento elétrico, visando: A - Proteger as pessoas contra o contato a partes energizadas

sem isolamento ; evitar o contato com as partes móveis no interior do envoltório e a entrada de

corpos estranhos. B - Proteger o equipamento contra a entrada de água em seu interior. Os

envoltórios são especificados por uma simbologia que é composta de uma sigla “IP”, seguido

de dois dígitos, que classificam o grau de proteção do equipamento elétrico:

Figura 11: Tabela de Graus de Proteção [15].

Um equipamento instalado, ao longo do tempo, será submetido a variações bruscas de

temperatura, umidade, descargas elétricas causadas por raios, poeira, etc. Por exemplo,

apesar do equipamento ter sido construído para impedir a entrada de poeira e a penetração de

jatos de água, ou seja, com grau de proteção IP 65, o mesmo foi dimensionado levando em

consideração a aplicação em um ambiente industrial.

Com o tempo, este equipamento precisará de proteções adicionais para garantir sua

durabilidade e desempenho. Para isto, a NBR IEC 60529 classifica essas proteções especiais

como letras suplementares, as quais são utilizadas além das proteções definidas na

classificação IP: [14][15][16]

Letra

Suplementar

Letra Descrição

H Equipamento de alta tensão

M

Ensaiado para efeitos prejudiciais devidos à penetração de água quando as

partes perigosas móveis do equipamento (por exemplo, o rotor de uma

máquina rotativa) estão em movimento.

S

Ensaio para efeitos prejudiciais devidos à penetração de água quando as

partes móveis do equipamento (por exemplo, o rotor de uma máquina rotativa)

estão estacionários.

WApropriado para uso sob condições ambientais especificadas e fornecido com

características ou processos de proteções adicionais.

Tabela 1: Classificação NBR para proteções especiais.

6. Conclusão

Esse trabalho possibilitou conhecer os principais tipos de sensores e entender suas

caracteristicas o seu funcionamento sendo estes como: Sensor Capacitivo, Sensor Óptico e

Sensor indutivo que podem ser classificado de acordo com o seu sinal de saída como

Sensores Analógicos ou Sensores Digitais. Apresentando possíveis aplicações desses

sensores de acordo com suas especificações e cuidados mostrando que para a automatização

de um sistema sem a presenças dos sensores é praticamente impossivel a mesma. Os

sensores têm hoje um amplo campo de aplicações e mercado, com inúmeros modelos e

dimensões, com alta tecnologia se desenvolvendo cada vez mais. Por esses motivos são muito

usados na indústria, sendo ela no ramo da saúde, processos, fundição, metalurgia,

automobilística, entre os mais diversos ramos de atividade, podendo ser aplicados nos mais

diversos ambientes.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Rosário, João Maurício, Princípios de Mecatrônica, São Paulo, Prentice Hall, 2005.

[2] Thebas, Vantuil Manoel, Características dos Sensores, Instituto Federal do Espírito

Santo,Serra, 2009.

[3] Thomazini, Daniel, Sensores Industriais: Fundamentos e Aplicações, Editora Érica

LTDA, São Paulo, 2005

Figura 1: Termômetro de mercúrio [5].

3.2. Resolução

A resolução é o menor incremento do estimulo medido que provoca uma mudança no sinal de

saída do sensor. Como por exemplo, um sensor de temperatura que tem uma resolução de

0,1ºC, portanto o sensor só dará resposta desse sinal em 0,1 em 0,1ºC, nunca podendo dar

uma resposta entre esse valor (0,05 ºC) [2].

Figura 2: Sensor de temperatura com uma resolução de 0,1ºC / 0.1ºF. [6]

3.3. Precisão X Exatidão

Estes dois conceitos, por muitas vezes são considerados sinônimos cotidianamente, mas

possuem diferentes significados quando se trata na confiabilidade de um equipamento, assim

sendo utilizados incorretamente, pois parecem ser semelhantes, mesmo sendo diferentes.

Segundo Vantuil Manoel Thebas (Característica dos Sensores, Instituto Federal do Espirito

Santo, Campus Serra, Agosto de 2009), precisão é definido quando o maior valor de erro que

um instrumento possa ter ao longo de sua faixa de medição. E a exatidão, dada uma

determinada grandeza física a ser medida, a exatidão é a diferença absoluta entre o valor do

sinal de saída entregue pelo sensor e o valor do sinal ideal que o sensor deveria fornecer para

esse determinado valor de grandeza física. Entao em uma amostragem como vemos na figura

abaixo, onde temos quatro situações distintas, onde temos um universo que o centro

hachurado é o valor real e os pontos são os valores medidos. Em (a) vemos que os pontos

estão próximos do real porem estão distantes o que indica que ele foi exato mas não preciso,

em (c) os pontos estão distantes do valor real e distantes entre si, portanto pode se concluir

que ele não foi preciso e nem exato, já em (d) vemos que os pontos foram próximos, porem

longe do valor real, podendo concluir-se que foi preciso mas não exato, por fim em (b) temos os

pontos próximos e dentro do valor real o que indica que ele foi preciso e exato.[2]

Figura 3: Amostra de resultados para

compreensão de Exatida e Precisão [4].

3.4. Linearidade

A linearidade de um transdutor é um tipo de

parâmetro que expressa o quanto a curva

característica do sensor se desvia da curva tida

como curva ideal [7]. A linearidade é

normalmente especificada em termos do

percentual de não linearidade, definido como:

 

Figura 4. Gráfico comparando curva característica com a curva ideal [7].

O ideal é que sempre a curva seja linear, mais na prática isso não acaba acontecendo. Para

saber o quanto a curva característica se distancia da ideal divide-se o Erro Máximo pela faixa

de valores.

3.5. Velocidade de Resposta

Trata-se da velocidade com que a medida fornecida pelo sensor alcança o valor real do

processo. Em sistemas realimentados o ideal é que o sensor utilizado tenha uma resposta

instantânea, pois uma resposta lenta pode prejudicar muito a eficiência do sistema de controle

e até impedir que o sistema funcione a contento [3].

3.6. Faixa

Define-se como faixa ou range (do inglês) a todos os níveis de amplitude da grandeza física

medida nos quais se supõe que o sensor pode operar dentro da precisão especificada. Assim,

por exemplo, um sensor de pressão pode ser fabricado para operar de 60 mmHg até 300

mmHg [9].

Figura 5: Manômetro determinando a faixa de operação [10].

3.7. Alcance

É a faixa de operação que um sensor pode operar, de acordo com sua precisão. A faixa de

indicação ou alcance (range) é o conjunto de valores limitados pelas indicações extremas, ou

seja, entre os valores máximos e mínimos possíveis de serem medidos com determinado

instrumento. Ex.: Um termômetro pode ter um range de 0 a 100 0C. Por outro lado, a diferença

entre o maior e o menor valor de uma escala de um instrumento é denominado amplitude da

faixa nominal (span) ou varredura [11].

Figura 6. Sensor Infra Vermelho com Alcance máximo de 80m. [11]

4. Principio de Sensoriamento

4.1. Sensor Óptico

São dispositivos capazes de detectar movimentos e ações que ocorrem em processos e

projetos eletro-eletrônicos. Formado por um emissor e por um receptor de luz. O emissor de luz

óptico pode ser LED (diodo emissor de luz) ou uma lâmpada. O receptor é um componente

fotossensível, isto é, sensível à luz, como o fototransistor, os íotodiodo ou resistores variáveis

pela luz. O principio de funcionamento de um sensor óptico baseia-se num circuito oscilador

que gera, uma onda convertida em luz pelo emissor. Um objeto, quando aproximado do sensor

óptico, reflete a luz do emissor para o receptor. [1]

Figura 7: Aplicação do sensor óptico em um mouse. [16].

4.2. Sensor indutivo

São componentes eletrônicos capazes de detectar a aproximação de um objeto sem a

necessidade de contato físico entre sensor e o acionador. O principio de funcionamento baseia-

se pelo princípio da indução eletromagnética. Funciona de maneira similar aos enrolamentos

primários e secundários de um transformador. O sensor tem um oscilador e uma bobina; juntos

produzem um campo magnético fraco. Quando um objeto entre no campo, pequenas correntes

são induzidas na superfície do objeto. Por causa da interferência com o campo magnético,

energia é extraída do circuito oscilador do sensor, diminuindo a amplitude da oscilação e

causando uma queda de tensão (voltagem). O circuito de detecção do sensor percebe a queda

de tensão do circuito do oscilador e responde mudando o estado do sensor [12].

Figura 8: sensores indutivos utilizados para detecção em uma esteira [12].

4.3. Sensor Capacitivo

São sensores capazes de detectar a aproximação de objetos sem a necessidade de contato

físico. O sensor capacitivo apresenta principio de funcionamento semelhante ao de um

capacitor, que vem a ser um componente eletrônico capaz de armazenar cargas elétricas. No

sensor capacitivo o material dielétrico é o ar, cuja constante dielétrica é igual a 1, portanto o

valor da capacitância é muito baixo. Quando um objeto que possui constante dielétrica maior

que 1 é aproximado do sensor capacitivo, o campo magnético gerado pela atração entre as

cargas passa por esse objeto e a capacitância aumenta. O circuito de controle detecta essa

variação e processa a presença do objeto. [1]

Figura 9: Princípio de funcionamento do sensor capacitivo. [13]

Figura 10: Aplicação de sensores capacitivos na

detecção do leite em caixa e controle de nível. [17]

5. Grau de Proteção de Sensores

IP (International Protection) ou Grau de Proteção são medidas aplicadas ao envoltório de um

equipamento elétrico, visando: A - Proteger as pessoas contra o contato a partes energizadas

sem isolamento ; evitar o contato com as partes móveis no interior do envoltório e a entrada de

corpos estranhos. B - Proteger o equipamento contra a entrada de água em seu interior. Os

envoltórios são especificados por uma simbologia que é composta de uma sigla “IP”, seguido

de dois dígitos, que classificam o grau de proteção do equipamento elétrico:

Figura 11: Tabela de Graus de Proteção [15].

Um equipamento instalado, ao longo do tempo, será submetido a variações bruscas de

temperatura, umidade, descargas elétricas causadas por raios, poeira, etc. Por exemplo,

apesar do equipamento ter sido construído para impedir a entrada de poeira e a penetração de

jatos de água, ou seja, com grau de proteção IP 65, o mesmo foi dimensionado levando em

consideração a aplicação em um ambiente industrial.

Com o tempo, este equipamento precisará de proteções adicionais para garantir sua

durabilidade e desempenho. Para isto, a NBR IEC 60529 classifica essas proteções especiais

como letras suplementares, as quais são utilizadas além das proteções definidas na

classificação IP: [14][15][16]

Letra

Suplementar

Letra Descrição

H Equipamento de alta tensão

M

Ensaiado para efeitos prejudiciais devidos à penetração de água quando as

partes perigosas móveis do equipamento (por exemplo, o rotor de uma

máquina rotativa) estão em movimento.

S

Ensaio para efeitos prejudiciais devidos à penetração de água quando as

partes móveis do equipamento (por exemplo, o rotor de uma máquina rotativa)

estão estacionários.

WApropriado para uso sob condições ambientais especificadas e fornecido com

características ou processos de proteções adicionais.

Tabela 1: Classificação NBR para proteções especiais.

6. Conclusão

Esse trabalho possibilitou conhecer os principais tipos de sensores e entender suas

caracteristicas o seu funcionamento sendo estes como: Sensor Capacitivo, Sensor Óptico e

Sensor indutivo que podem ser classificado de acordo com o seu sinal de saída como

Sensores Analógicos ou Sensores Digitais. Apresentando possíveis aplicações desses

sensores de acordo com suas especificações e cuidados mostrando que para a automatização

de um sistema sem a presenças dos sensores é praticamente impossivel a mesma. Os

sensores têm hoje um amplo campo de aplicações e mercado, com inúmeros modelos e

dimensões, com alta tecnologia se desenvolvendo cada vez mais. Por esses motivos são muito

usados na indústria, sendo ela no ramo da saúde, processos, fundição, metalurgia,

automobilística, entre os mais diversos ramos de atividade, podendo ser aplicados nos mais

diversos ambientes.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Rosário, João Maurício, Princípios de Mecatrônica, São Paulo, Prentice Hall, 2005.

[2] Thebas, Vantuil Manoel, Características dos Sensores, Instituto Federal do Espírito

Santo,Serra, 2009.

[3] Thomazini, Daniel, Sensores Industriais: Fundamentos e Aplicações, Editora Érica

LTDA, São Paulo, 2005