Características e Funcionamento de Sensores e Transdutores

Sensores Características Estáticas O SENSOR dentro de um Sistema de Instrumentação Senoidal Quadrada Triangular Dente de serra Funcionamento do Sensor Transdutor SENSOR TRANSDUTOR Input Output Saída Entrada Fenômeno Físico Sinal Sensor é o dispositivo que detecta ou sente calor luz som movimento e reage de uma forma particular Transdutor é o dispositivo que recebe o sinal na forma de um tipo de energia e converte o mesmo em uma outra forma Obs Tratados aqui como um único componente com 1 Entrada e 1 Saída Sinal de Saída do Sensor Analógico ou Digital Analógicos Digitais Aplicações dos sensores Em fenômenos lentos interessa o nível ao longo do tempo Exemplos temperaturas pressões luminosidade De fenômenos rápidos tipicamente analisase o formato do sinal juntamente com seus níveis Exemplos vibrações áudio video Informação sobre presença ou ausência Exemplo sensores discretos permitem detectar elementos ou condições Taxas de ocorrência Exemplo a contagem de unidades de um produto por intervalo de tempo é feita com sensors discretos digitais Analógicos Digitais Sinal de Saída do Sensor Nível Estado A informação relevante neste tipo de sinal corresponde à sua magnitude em regime permanente pósestabilização em determinado momento sinais analógicos Exemplo nível de um Tanque de Líquido No caso de sinais digitais corresponde ao estado binário 0 ou 1 baixo ou alto falso ou verdadeiro Exemplo Detector de Nível Alto de um Tanque de Líquido Sinal de Saída do Sensor Forma Padrão Forma a informação relevante está o formato da curva de evolução temporal do sinal ou no padrão de repetição que pode ser identificado Padrão Repetição de estados 0 e 1 ao longo do tempo Sinal de Saída do Sensor Frequência Taxa Frequência corresponde ao número de repetições de um sinal periódico por intervalo de tempo Se o intervalo for de 1s a frequência é dada em hertz Hz Taxa Sequência de estados 0 ou 1 com um período de duração fixo Estes sinais também são característicos para redes de comunicação digitais Exemplo Frequência Taxa Esquema de medição de velocidade do ar anemômetro por frequência de trem de pulsos produzido por uma chave acionada por magnetos Características Estáticas dos Sensores Se o valor não muda dentro do período de tempo da medição então as características do instrumento de medida são ditas estáticas Destacamse a Faixa de Medição b Linearidade c Sensibilidade d Resolução e Threshold f Histerese g Zona morta h Relação sinalruído Características Estáticas dos Sensores a Faixa de Medição 𝑰 Input para o sensor estímulo proporcionado pela variávelgrandeza de medição 𝑶 Output do sensor resposta que pode ser diretamente utilizável ou requerer tratamento para tanto 𝐼𝑚í𝑛 𝐼 𝐼𝑚á𝑥 𝑂𝑚í𝑛 𝑂 𝑂𝑚á𝑥 Faixas Ranges de Medição e de Sinal de Saída para um sensor 𝐼𝑚𝑆á𝑥 𝐼𝑚í𝑛 Larguras das Faixas Spans de Medição e de Sinal de Saída para um sensor 𝑂𝑚á𝑥 𝑂𝑚í𝑛 Input Span ou Largura da Faixa de Entrada Input Range ou Faixa de Entrada Output Range ou Faixa de Saída Output Span ou Largura da Faixa de Saída Range Intervalo Ex 25 a 100 Span Diferença Ex 100 25 75 Exercício 1 Analise os sensores e preencha a tabela a seguir Sensor Tipo de Saída Faixa da Entrada Largura de Faixa da Entrada Faixa de Saída Largura de Faixa da Saída Sensor 1 LM35 Sensor 3 DHT11 Sensor 4 PT100 CR 1010 Sensor 2 DHT22 Sensor 5 MTK01 Sensores Características Estáticas PARTE 2 Linearidade Sensibilidade Resolução Características Estáticas dos Sensores B Linearidade A linearidade pode ser caracterizada pelos desvios da linha reta entreextremos OU da linha de menor desvio médio quadrático total best fit Exemplo da linha de best fit e desvios Sensor Linear 0 2 4 6 8 10 12 14 0 05 1 15 2 25 3 35 4 45 Output Input Saída Linear 𝑂 𝑂𝑚í𝑛 𝑂𝑚á𝑥 𝑂𝑚í𝑛 𝐼𝑚á𝑥 𝐼𝑚í𝑛 𝐼 𝐼𝑚í𝑛 𝑂𝐼 𝐾 𝐼 𝑎 𝐾 𝑂𝑚á𝑥 𝑂𝑚í𝑛 𝐼𝑚á𝑥 𝐼𝑚í𝑛 𝑎 𝑂𝑚í𝑛 𝐾 𝐼𝑚í𝑛 ou onde Pode ser modelado pela equação Observações K e a são constantes O Output e I Input são as variáveis dependente e independente respectivamente a K Exemplo de Sensor Linear Célula de Carga 𝑂 𝐾 𝐼 𝑎 K em VkN Exemplo de Sensor NãoLinear NTC Nos sensores de temperatura NTC a relação entre resistência elétrica e temperatura tem derivada negativa e é altamente não linear Os sensores do tipo NTC são os mais usados em temperaturas próximas à ambiente pela facilidade de fabricação e pela grande sensibilidade à sua variação NTC Negative Temperature Coeficient Características Estáticas dos Sensores c Sensibilidade Sensibilidade estática ou ganho é a razão da variação na saída pela variação da entrada com a saída estabilizada ou em regime permanente Se o sensor é linear S K ou seja é constante ao longo da faixa Se o sensor é não linear a sensibilidade é S dOdI no ponto da faixa considerado S 𝑂𝑢𝑡 𝐼𝑛 𝑁 𝐼 𝑂 𝐼 𝐾 𝐼 𝑎 é avaliada com a expressão sendo a parte linear definida como os extremos da faixa de medição Logo 𝑂 𝐼 𝐾 𝐼 𝑎 𝑁 𝐼 𝑶𝑳 𝑰 𝑲 𝑰 𝒂 modelo linear 𝑂 𝐼 𝑂𝐿 𝐼 𝑁 𝐼 0 2 4 6 8 10 12 14 0 05 1 15 2 25 3 35 4 45 Output O Input I Saída NãoLinear Componente NÃOLINEAR do Sensor relacionada à linearidade 𝐍 𝑰𝟎 𝑶 𝑰𝟎 𝐊 𝑰𝟎a 𝑰𝟎 𝑰𝟎 um valor de entrada qualquer na curva e na reta entreextremos O𝑰𝟎 valor real da saída do sensor no ponto 𝑰𝟎 𝑶 𝑰𝟎 Imáx Omáx Imín Omín 𝑵 𝑵𝑰 𝒎á𝒙 O valor máximo para NI é denotado por 𝑵 Nãolinearidade máxima Exercício 2 Analise o sensor de pressão a seguir Faixa de Medição do Sensor 𝑆𝑎í𝑑𝑎 4 𝑎 20 𝑚𝐴 𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 0 𝑎 104𝑃𝑎 A Apresente um modelo linear para descrever o comportamento deste sensor B Qual é o valor que representa a sensibilidade deste sensor Exercício 3 Analise os sensores e preencha a tabela a seguir Sensor É linear Resolução Sensibilidade Modelo Linear da Reta EntreExtremos Sensor 1 LM35 Sensor 3 DHT11 Sensor 4 PT100 CR 1010 Sensor 2 DHT22 Sensor 5 MTK01