Sensores e Instrumentação: Introdução e Caracterizações

SENSORES E INSTRUMENTAÇÃO Vinícius de Melo Puglia 2 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO À SENSORES E INSTRUMENTAÇÃO 3 2 CARACTERIZAÇÃO ESTÁTICA DE INSTRUMENTOS 11 3 SISTEMAS ELETRÔNICOS PARA INSTRUMENTAÇÃO 17 4 SENSORES I 23 5 SENSORES II 34 6 SENSORES III 51 3 1 INTRODUÇÃO À SENSORES E INSTRUMENTAÇÃO Apresentação Neste bloco será introduzido o conceito de unidade de medida padronizado no Sistema Internacional assim como suas aplicações no cotidiano e em tudo o que nos remete a medidas Revisaremos também os princípios básicos de eletricidade da mecânica da física e da química Assim como os fundamentos da transdução com seus respectivos exemplos que são essenciais para o entendimento de toda a matéria a ser estudada neste curso 11 Conceitos de unidades de medida no Sistema Internacional SI Com o passar do tempo devido às diferentes características de cada sociedade as quantidades são medidas em inúmeras civilizações na Terra A partir do desenvolvimento e integração das pessoas é necessário padronizar a medição quantitativa Na história não se sabe ao certo quando o homem começou a despertar o interesse pela medida ou em construir materiais de medição mas possivelmente as primeiras medições realizadas pelo homem tenham sido de comprimento A massa confundida com o peso o volume e o tempo este último nas antigas civilizações era observado pelo próprio movimento da lua e do Sol em torno da Terra OLIVEIRA 2019 Devido aos problemas causados pela falta de padronização das diferentes unidades de medida na sociedade principalmente nos negócios foi desenvolvido um sistema de medida decimal que em princípio utiliza três unidades de medida físicas são elas metro litro e quilograma A partir disso com o desenvolvimento da tecnologia e da ciência sistemas de medição padrão mais precisos foram necessários Portanto o Sistema Internacional de Medição SI foi criado em 1960 que é o sistema mais utilizado no mundo responsável pela padronização 4 O Sistema Internacional de Unidades usa dois tipos de grandezas Elas são grandezas de base que são consideradas independentes e as grandezas derivadas que são aquelas que dependem diretamente das grandezas básicas Podemos citar o exemplo da unidade de medida da aceleração que é expressa por ms² da qual deriva da unidade de espaço e tempo Abaixo veremos as grandezas comumente usadas no mundo todo uma vez que esse sistema como o próprio nome já diz é internacional Medidas de espaço Seu padrão é m metro Fonte Elaborado pelo autor Medida de área Seu padrão é m² metro quadrado Fonte Elaborado pelo autor 5 Medida de capacidade Seu padrão é l litro Fonte Elaborado pelo autor Medida de volume Seu padrão é m³ metro cúbico Fonte Elaborado pelo autor Medida de tempo Seu padrão é s segundos Fonte Elaborado pelo autor 6 Medida de temperatura Fonte Elaborado pelo autor 12 Revisão de Conceitos de Eletricidade Mecânica Física e Química A eletricidade é dada pelo conjunto de fenômenos ocasionados pela interação e movimento de cargas elétricas Tal forma de energia é originada a partir do movimento de partículas carregadas na superfície de um material condutor Partículas carregadas podem ser elétrons prótons ou íons Fowler 2013 define a eletricidade como uma forma de energia em que o seu estudo está voltado para a aprendizagem de seu controle mantendo a sociedade em pleno funcionamento Enquanto o seu descontrole gera caos e destruição Essa energia não existe apenas em nossos aparelhos eletrônicos mas também na natureza Por exemplo a descarga elétrica em forma de raios e relâmpagos A eletricidade é atualmente o principal tipo de energia disponível Este conceito é tão abrangente que temos vários segmentos de estudo que estão voltados para todos os aspectos da eletricidade São eles Eletrostática Especialmente usado para comportamento de carga que não se move ou está em estado estático Eletrodinâmica No inverso da estática como o próprio nome sugere a eletrodinâmica é baseada na movimentação sendo assim em movimento constante Eletromagnetismo voltada para o aprofundamento da relação da eletricidade e o seu poder de atrair e reprimir polos magnéticos 7 Em relação à mecânica tratase de um ramo da física especializado em movimento Além disso para melhor compreender os conceitos envolvidos esta área está dividida em dinâmica e cinemática Portanto no estudo da mecânica além de estudar a dinâmica do movimento e suas causas também se concentra no conceito de força e na cinemática do movimento Definimos este ramo da física como a parte que estuda e analisa o movimento dos objetos e o resto mas também trata da sua evolução ao longo do tempo e dos seus deslocamentos Ambos os assuntos envolvem uma área maior chamada de Física Esta é uma ciência que estuda as propriedades da matéria e da energia e estabelece uma relação direta entre elas A palavra física significa o estudo da matéria energia e suas interações Portanto estudar os fenômenos naturais da matéria é uma função da física No entanto é difícil definir o campo exato de ação do conhecimento físico pois abrange muitas áreas do conhecimento Sendo também a responsável por descrever e explicar a estrutura das partículas elementares do universo O universo é feito de partículas então fenômenos cobertos por outras ciências também podem ser explicados pelo conhecimento físico Afinal a física descreve a dinâmica dessas partículas Portanto o conhecimento físico está conectado a outras ciências Assim como toda área de estudo podemos dividir a física em 3 partes Uma delas é a Física Teórica com teorias e experiências com a finalidade de expandir o saber A outra é a Física Experimental responsável por validar e aprovar as teorias físicas E por fim a Física aplicada onde é executada a física no nosso cotidiano Já a química é a ciência que estuda a matéria sua estrutura formação e as transformações pelas quais passa considerando assim a energia envolvida em todo o processo A química faz parte das ciências naturais e concentrase na observação dos fenômenos assim como criar teorias para explicálos e os modelos que os representam 8 A alquimia é a pioneira da química Essa foi uma prática amplamente desenvolvida na Idade Média envolvendo arte magia e ciência O objetivo da alquimia é transformar metais comuns em ouro e produzir o chamado elixir imortal com intuito de curar todas as doenças e garantir a longevidade Portanto muitas substâncias químicas foram criadas durante este processo de pesquisa Além de fabricar equipamentos de laboratório para a realização de experimentos Não há dúvida de que o conhecimento dos alquimistas é essencial para apoiar o conhecimento químico moderno Lavoisier é considerado o pai da química moderna dando uma contribuição significativa para o surgimento da ciência e a consolidação dos métodos científicos como um novo método de estudo dos processos químicos A matéria é o elemento fundamental da pesquisa química podendo ser definida como tudo o que ocupa espaço e possui massa Em outras palavras todo o mundo material que nos cerca está no campo da química incluindo nós Portanto a química tem um grande impacto na tecnologia e na nossa sociedade pois sua pesquisa desempenha um papel fundamental no desenvolvimento de todos os ramos da ciência 13 Princípio e Conceito de Transdução Definimos a transdução como a transformação de energia em outro tipo de energia Convertendo por exemplo grandezas físicas sejam elas velocidade posição temperatura luz e outras magnitudes em outro sinal elétrico Nessa área de estudo o Transdutor realiza essa função podemos citar como exemplo o microfone que pode converter energia sonora em sinais elétricos Assim como o alto falante faz a função reversa convertendo sinais elétricos em energia sonora A seguir vemos este processo na imagem 9 Figura 11 Microfone como transdutor Em geral é considerado que os transdutores e sensores tem a mesma função porém na realidade têm funções diferentes O sensor detecta a variável física que pode ser pressão temperatura ou força e então converte o resultado da medição em uma quantidade de fácil análise Embora não seja o mesmo dispositivo o transdutor e o sensor geralmente podem ser integrados Dividimos os sensores em quatro classificações são eles Ativo Responsáveis por gerar sinais elétricos em resposta a estímulos e sinais de saída sem receber energia externa Passivos Eles precisam ser estimulados por energia externa para gerar sinais de saída Simples É aquele em que a conversão é concluída em apenas um estágio assim como o sensor de posição irá produzir mudanças de tensão na presença de materiais magnéticos Composto Ao converter os sinais de entrada e saída de uma quantidade física em vários estágios há uma conversão intermediária de suas magnitudes em seu processo Conclusão A partir desse bloco conhecemos os conceitos das unidades de medidas padronizadas internacionalmente por um órgão Com ele temos uma forma de mensurar valores de forma organizada e entendida mundialmente sejam medidas de espaço de área volume temperatura tempo dentre outros 10 Vimos também conceitos de eletricidade ocasionados pela interação do movimento de elétrons prótons e íons Também as concepções da mecânica relacionada ao movimento da física como estudo responsável pela análise da matéria e energia Conceitos da química voltados para a alquimia e por fim a transdução baseada na transformação de energia em um outro tipo de energia REFERÊNCIAS FOWLER R Fundamentos de EletricidadeVolume 1 Corrente Continua e Magnetismo AMGH Editora 2013 OLIVEIRA F S M Revisão histórica sobre o Sistema Internacional de Medidas SI 2019 Disponível em httprepositorioufcbrhandleriufc48518 Acesso em 02 dez 2020 11 2 CARACTERIZAÇÃO ESTÁTICA DE INSTRUMENTOS Apresentação Neste bloco será apresentado tudo o que cerca os erros e incertezas voltados para a medição Desde sua aplicação funcionalidade e os seus respectivos parâmetros Veremos também a calibração estática assim como suas definições auxiliando a introdução destes assuntos relevantes ao conhecimento do profissional da área 21 Conceito de erro Nas medições muitas vezes temos que lidar com um número limitado de valores Nesse caso devemos também considerar a faixa de possíveis valores válidos ou mesmo reais e usar dados estatísticos para auxiliar no processamento e compreensão do conjunto de dados medidos Neste contexto os erros são usados para indicar a alteração dos dados medidos em relação ao valor de referência ou seja o valor verdadeiro da grandeza física quando ocorre o erro Mesmo com restrições os dados experimentais geralmente são apenas uma amostra estatística da população que pode ser gerada por meio do processo de medição do instrumento Se conhecermos as características do processo podemos determinar o limite de erro em uma leitura embora não possamos determinar o valor errado Em outras palavras iremos confirmar algumas informações sobre a precisão da leitura 211 Distribuição de probabilidade de erros Em termos de probabilidade a descrição da probabilidade descreve as características aleatórias de experimentos aleatórios surgindo assim o conceito de experiência aleatória que descreve um processo real de caráter experimental que atua na oportunidade e esclarece possíveis resultados As distribuições de probabilidade foram originadas a partir de jogos de azar no geral Se os resultados possíveis do fenômeno são contáveis a distribuição de probabilidade é chamada discreta Fornecer uma distribuição de probabilidade significa fornecer uma lista de valores possíveis e suas probabilidades associadas Isso é realizado a partir de fórmulas tabelas de valores árvores de probabilidade ou até mesmo funções 12 212 Erros sistemáticos e suas características Situado nesse cenário podemos classificar os erros como sistemáticos e aleatórios O erro sistemático é a parte previsível do erro relativo à média de erro sempre afetando o resultado da medição na mesma quantidade ou na mesma proporção pois cada leitura é realizada da mesma forma Esses erros não podem ser eliminados porém reduzidos e até mesmo corrigidos Enquanto isso o erro aleatório é uma parte imprevisível do erro originada de uma mudança temporal ou espacial com medidas resultantes diferentes das seguintes Os erros aleatórios no geral podem ser reduzidos 22 Conceito de incerteza Incerteza é a quantidade seja dimensional ou adimensional que representa a confiabilidade de um conjunto de dados considerando sua dispersão e nada tem a ver com o valor real Enquanto tratamos o erro como a diferença entre o valor de uma medida em relação a seu valor real 221 Incerteza Padrão No caso de medições repetidas a estimativa do sujeito pode ser feita pelo método do processo estatístico onde determinamos o desvio padrão que se refere à incerteza de medição padrão Encontramos também a incerteza padrão combinada da qual pode ser obtida considerando a respectiva incerteza padrão de cada elemento que afeta o valor estimado do objeto de medição Então esta incerteza pode ser usada para estimar o intervalo de tempo no qual o verdadeiro valor medido pode ser encontrado Dessa forma chegamos à incerteza de medição expandida que é um método de multiplicar a incerteza padrão combinada por uma constante fator de cobertura para aumentar a faixa de valores possíveis do objeto medido 13 222 Função de propagação de incerteza Ao determinar o erro aleatório de um instrumento de medição é necessário aplicar um fator de correção O fator de correção deve levar em consideração o impacto do tamanho da amostra de medição na incerteza Obviamente quanto maior a amostra maior a confiabilidade estatística e consequentemente menor a possibilidade do fator de correção O fator principal de correção usado nos cálculos para determinar a incerteza de medição é conhecido como coeficiente t de Student nome este levado em memória do matemático que desenvolveu o método No intuito de calcular a dispersão devese considerar também a probabilidade estatística de um acerto que seja considerado suficiente pois apenas uma amostragem de medição infinita pode garantir a certeza absoluta do resultado Esta incerteza do padrão são os dados fornecidos pelo fabricante ou pelo laboratório profissional responsável por determinar o padrão de acordo com o nível de requisitos adequado para a aplicação A incerteza de medição é dada pela soma dos erros aleatórios e dos erros sistemáticos Tal incerteza é essencial para os resultados dos experimentos científicos pois a ciência é um ramo do conhecimento ela não produz certeza absoluta mas tira conclusões consistentes na proporção exata da consistência dos métodos empregados 23 Calibração estática O processo da Calibração estática envolve fornecer ao instrumento o número necessário de valores diferentes mantendo a entrada modificada e a interferência constante Criando assim uma relação entre as entradas contínuas e suas respectivas saídas Dessa forma a calibração é mostrada como curva equação ou até mesmo uma tabela Vale ressaltar que estas definições são muito difíceis de se obter na prática 14 231 Características estáticas As características estáticas do dispositivo relacionadas diretamente à resposta do dispositivo à entrada contínua em frequência zero são obtidas por meio de um processo denominado calibração estática Este processo envolve fornecer ao instrumento o número necessário de valores diferentes e manter a entrada modificada e a interferência constante A relação entre as entradas contínuas e suas respectivas saídas é chamada de calibração estática Para cada entrada necessária este processo pode ser repetido várias vezes A calibração pode então ser exibida como uma curva equação e até mesmo tabela 232 Exatidão Quando nos referimos à exatidão tratamos do grau de concordância entre o valor verdadeiro e o valor medido Tal precisão reflete o comportamento da tendência principal não podendo assim ser quantificado com números 233 Precisão e repetibilidade Enquanto temos o conceito de precisão ligado ao grau de concordância de uma medição realizada várias vezes nas condições da repetibilidade Ela é uma medida de dispersão normalmente expressa como desvio padrão variância ou até mesmo coeficiente de variação A precisão está relacionada diretamente ao erro aleatório 234 Sensibilidade Ao realizar uma calibração estática vemos que a sensibilidade é a inclinação da curva de calibração Esta inclinação pode variar com a relação de entrada se a relação de entradasaída não for linear e neste caso duas coisas podem acontecer a sensibilidade estática não é mais um parâmetro importante principalmente em casos não lineares ou mesmo se a precisão necessária for grande e também uma linha de calibração fornecida e os desvios desta linha são considerados um erro 15 A curva de ajuste do elemento sensor difere da curva de ajuste do dispositivo inserido no sensor mesmo que haja apenas um amplificador com ganho de unidade após o sensor Isso porque por exemplo a saída do sensor será em tensão enquanto a saída do dispositivo será um valor correspondente à quantidade mensurável Em outras palavras o dispositivo converteu duas vezes o valor 235 Resolução Ao tratar da resolução especificamos a menor mudança incremental do parâmetro de entrada responsável por causar uma variação no valor de saída do sensor Ela é expressa pela porcentagem da escala de leitura ou mesmo de valores absolutos Atritos ou ruídos podem ser os responsáveis pelos valores obtidos 236 Limiar Assim como a resolução a limiar pode ser ocasionada por atritos e ruídos Também é expresso pelo valor maior de um mensurando e não ocasionando assim uma variação notável no resultado respectivo 237 Linearidade Por fim ao relacionar a linearidade do sensor tratamos como um parâmetro que indica o grau de desvio entre sua curva característica e a curva de calibração Sendo uma característica típica de um sensor considerando linear a relação entre sua entrada e saída Este parâmetro é comumente especificado no percentual de não linearidade relacionando a medida atual com o fundo de escala Sua fórmula é dada por Assim temos o erro máximo de saída entre o valor medido pela curva de calibração média e a reta de referência tendo como curva de calibração ideal Já a variante Norm se dá por um normalizador podendo assumir o papel da saída atual da faixa dinâmica de saída ou mesmo do fundo de escala Abaixo vemos um gráfico que expressa essa relação observe 16 Figura 21 Gráfico da linearidade de medição Fonte UFRJ 2015 Conclusão Com esse bloco observamos que os erros e incertezas na medição são muito comuns e difíceis de serem corrigidos Esse tema está voltado para analisar os valores obtidos a partir de medições e mensurar a sua margem de erro de acordo com as respectivas calibrações Quanto à calibração estática vimos as definições de termos ligados a ela como a exatidão e precisão também a resolução limiar e sensibilidade que relaciona o grau de desvio da curva de erro com a calibração real Referências Bibliográficas UFRJ Princípios de Instrumentação Biomédica 2015 Disponível em httpwwwpebufrjbrcursoscob785COB785Conceitospdf Acesso em 2 dez 2020 17 3 SISTEMAS ELETRÔNICOS PARA INSTRUMENTAÇÃO Apresentação Neste bloco serão introduzidos os elementos eletrônicos e suas variáveis dentro de um sistema de medição padronizado Iremos conhecer também o funcionamento da ponte de Wheatstone e sua importância dentro da eletrônica Por fim veremos a respeito dos circuitos e interfaces dos amplificados assim como sua aplicabilidade funcional nos dias de hoje 31 Elementos de Eletrônica A Instrumentação eletrônica é uma área da engenharia voltada para testes e especificações de instrumentos sistemas e equipamentos que realizem operações de medição Dessa forma são usados circuitos e dispositivos eletrônicos para condicionamento e caracterização de sinais originados de dispositivos sensores para mensurar grandezas físicas A instrumentação inclui atividades científicas e técnicas relacionadas à medição É a conexão entre os fenômenos físicos químicos e biológicos e a percepção humana No processo de desenvolvimento contínuo os instrumentos mudaram nosso modo de vida e desempenharam um papel importante nas ciências da vida e na indústria Quanto ao sistema de medição o definimos como um conjunto de um ou múltiplos instrumentos e dispositivos de medição que geralmente são montados e adaptados para fornecer informações para a obtenção de valores medidos para uma quantidade especifica de objetos naturais dentro de um intervalo especificado Dentro deste contexto de medição trazemos o Transdutor de medição sendo um dispositivo que fornece uma interligação entre saída e entrada Ele é um conversor de energia Também há uma diferença entre o transdutor de entrada usada para detectar sinais e o transdutor de saída display ou atuador usado para gerar movimento mecânico ou realizar ações 18 32 Ponte de Wheatstone A ponte de Wheatstone é um circuito usado para medir resistências não conhecidas geralmente com valores próximos a outras resistências no circuito Também pode ser usado para medir duas resistências que mudam de forma espelhada enquanto uma aumenta seu valor a outra diminui Segundo Davidson 2015 Charles Wheatstone foi um cientista britânico do século 19 que fez muitas contribuições para a pesquisa de circuitos e inventou o estereoscópio e outros equipamentos Os circuitos elaborados por Wheatstone como resistores em paralelo e em ponte resistores conectados em série ou em paralelo com o dispositivo são a base do medidortestador multirange Figura 31 Charles Wheatstone Fonte MUNRO 1891 Multímetros digitais amperímetros e ohmímetros possuem diferentes formas de medição mas o conceito proposto e elaborado por Wheatstone é a base do princípio de circuitos de medição de precisão por mais de um século Assim como podemos usar um circuito de ponte de Wheatstone para medição de temperatura Uma célula de carga é outro exemplo que usa o mesmo circuito para fazer medições facilmente por meio de um amplificador de instrumentação 19 A ponte é formada por quatro resistores ligados a uma fonte de alimentação conectada em dois ramos diferentes do circuito Ligado por um fio levamos a carga ao galvanômetro que é usado como um indicador de corrente alterando assim a resistência do resistor variável até que ele não detecte a passagem da corrente ponte em equilíbrio sendo que 3 deles são conhecidos e o quarto temos a função de descobrir Veja na imagem a seguir a formação de uma ponte de Wheatstone Figura 32 Esquema de ligação da Ponte de Wheastone Fonte Elaborado pelo autor 2020 A ponte contém uma fonte de tensão para alimentála e um detector de zero ou equilíbrio que geralmente consiste em um microamperímetro ou outro instrumento equivalente dependendo da intensidade de corrente esperada no circuito Na condição de que nenhuma corrente flua entre o ponto A e o ponto B conectado ao instrumento detector em que as tensões nesses pontos sejam iguais e que os dois pares de resistores que constituem o divisor de tensão do ponto A e do ponto B tenham a mesma tensão podemos dizer a ponte está em equilíbrio Podemos encontrar a resistência no quarto resistor a partir desta fórmula R1R4 R2R3 20 33 Circuitos e interfaces para amplificadores O amplificador operacional é dado a partir de um circuito amplificador integrado de alto ganho detentor de duas entradas sendo uma delas negativa inversora e outra positiva não inversora Em sua saída temos como resultado a diferença entre suas entradas Esta por sua vez multiplicada pelo ganho Temos sua representação eletrônica dada por Figura 33 Representação digital de um Amplificador Fonte Elaborado pelo autor 2020 331 Operacionais em configuração inversora nãoinversora e diferencial Conhecemos como amplificador diferencial um amplificador eletrônico que multiplica a diferença entre duas entradas por um valor constante chamado de ganho diferencial Dado pela fórmula abaixo No sentido contrário de amplificador não inversor no qual o sinal de saída está em fase com o respectivo sinal de entrada o amplificador inversor faz com que sinal de saída sofra uma defasagem no angulo 180 em relação ao sinal de entrada 21 332Amplificador de instrumentação O amplificador de instrumentação pode ser um dos modelos mais especiais de AmpOp Na verdade este componente foi desenvolvido em conjunto com outros amplificadores operacionais Comparado com o AmpOp tradicional como o clássico 741 tem características completamente diferentes Este amplificador é caracterizado por uma entrada diferencial e uma impedância de entrada muito alta que é obtida reduzindo o ganho do primeiro estágio que geralmente é usado como um seguidor de tensão Entre suas principais características podemos citar Alta resistência de entrada Baixa resistência de saída CMRR típico 100dB Alto ganho em malha aberta Baixa tensão de offset Baixo drift A seguir vemos um modelo esquemático de um amplificador usado como Amplificador Instrumental Normalmente ele é constituído por 3 amplificadores comuns veja 22 Figura 34 Amplificador Instrumental Fonte Iductiveload 2009 Dessa forma obtemos o ganho do circuito a partir desta fórmula Conclusão Neste bloco vimos a importância dos equipamentos eletrônicos na instrumentação usada na indústria Vimos a respeito da ponte Wheatstone sendo um sistema composto por quatro resistores capazes de medir resistência desconhecidas Conhecemos também os amplificadores responsáveis por elevar o sinal da saída mediante o sinal de entrada obtido assim como suas características triviais no seu uso como sua elevada resistência de entrada baixa resistência de saída alto ganho em malha aberta e baixa tensão no offset REFERÊNCIAS DAVIDSON M W Pioneers in Optics Charles Wheatstone MicroscopyToday v 23 n 4 p 6061 2015 INDUCTIVELOAD Instrumentation Amplifier Wikimedia commonsm 2009 Disponível em httpsbitly2ZYM66G Acesso em 04 dez 2020 MUNRO J Frontispiece of Heroes of the Telegraph Wheatstone Charles Wikimedia Commons 1981 23 4 SENSORES I Apresentação Neste bloco conheceremos os sensores responsáveis por diferentes parâmetros de medição usados no cotidiano Veremos também os sensores responsáveis por mensurar grandezas como força deformação pressão e temperatura 41 Medição de força e deformação Sensores de força ou deformação são aqueles do qual a resistência muda de acordo com a força aplicada Tensão força pressão peso são grandezas que são convertidos em mudanças resistência mensuráveis na saída A deformação do objeto pode ser causada por influências externas ou internas Ela pode ser provocada por momento força pressão calor mudanças estruturais de materiais dentre outros Se certas condições forem atendidas a magnitude ou valor da influência pode ser originado do valor de deformação mensurado Transdutores são projetados para realizar medição de forças ou mesmo de grandezas derivadas Como exemplo podemos citar pressões acelerações deslocamentos vibrações momentos dentre outros A seguir vemos um exemplo do funcionamento geral do transdutor Figura 41 Funcionamento do transdutor Fonte Autor 2020 24 Um dos sensores responsáveis pela medição da deformação é o conhecido sensor de torque Este dispositivo varia seu comportamento quando detecta uma mudança em uma quantidade física e pode direta ou indiretamente enviar sinais elétricos indicando a quantidade Um sensor que pode emitir um sinal diretamente também pode ser chamado de transdutor Um sensor que atinge esse objetivo por meio de transmissão indireta mudará suas características como capacitância resistência ou indutância 411 Sensores de torque O sensor de torque é capaz de medir a força rotacional no componente mecânico Esses resultados de medição serão transmitidos ao operador ou sistema de controle para que a máquina possa funcionar normalmente de acordo com o funcionamento normal do motor Por meio de uma mola metálica conectada ao medidor de tensão recebe o esforço aplicado e assim é possível mensurar o torque recebido a partir do impacto recebido O transdutor é geralmente classificado como um sensor de rotação ou reação Sua função depende do torque do tipo de carga e da unidade que pode operar e é construído para suportar altas cargas quando a máquina ou o motor começa a funcionar A seguir está um exemplo de um dos transdutores de torque comercializados normalmente Figura 42 Exemplo de Transdutor de torque Fonte Interface SD 25 412 Strain Gauge Conhecido também como extensômetro o strain gauge é um sensor que é capaz de medir a deformação quando uma carga é aplicada sobre determinada superfície Esta técnica é amplamente utilizada para controlar os níveis de tensão que afetam as condições de operação de um equipamento ou máquina Por serem montados externamente eles são rápidos e fáceis de adaptarem ao processo Eles não medem a força de forma indireta ainda assim é possível alcançar uma alta precisão A deformação do material é sentida e transferida por uma conexão via fricção do elemento sólido para o transdutor de tensão A seguir vemos o exemplo de um strain gauge Figura 43 Exemplo strain gauge Fonte HBM SD 42 Sensores de Pressão Um sensor de pressão é um componente que converte a pressão exercida por um gás ou líquido em sua superfície em dados de saída e esses dados de saída tornamse informações relevantes para a indústria Eles são de grande ajuda todos os dias pois são convertidos em sinais elétricos para ajudar no envio para a base de controle Quando fabricado com cuidado pode proporcionar qualidade e nível técnico diferenciados 26 Eles usam diferentes técnicas para capturar os níveis de pressão e são usados como parte de mecanismos mecânicos O líquido ou gás exerce uma força na superfície do sensor fazendo com que ele capture informações relevantes na forma de sinais elétricos por meio de suas partes Dentre os sensores de pressão comumente usados no mercado hoje pode citar os potenciômetros ressonante piezoresistivo capacitivos entre outros 421 Manômetros em U Os manômetros de coluna U também fazem parte dos sensores de pressão Este sensor se dá por um componente comumente utilizado em muitas indústrias para medir a pressão do fluido de um recipiente fechado A medição da pressão manométrica é feita mensurando a pressão atmosférica com o nível de referência e a diferença entre a pressão real e a pressão absoluta O princípio de funcionamento do manômetro de coluna U é basicamente o mesmo do manômetro de mercúrio ou aneróide Ele tem esse nome justamente porque tem um tubo em forma de U com escala milimétrica e uma pequena quantidade de fluido de motor Sua montagem inclui a conexão entre o dispositivo e outro manômetro aberto à atmosfera A seguir vemos um modelo prático Figura 44 Exemplo de Manômetro de coluna U Fonte Zurich SD 27 422 Manômetros com tubo de Bourdon O manômetro de tubo Bourdoné o manômetro mecânico Seu elemento de medição é frequentemente chamado de tubo de Bourdon onde o engenheiro francês Eugène Bourdon utilizou esse princípio operacional em meados do século XIX O conceito é baseado em uma mola elástica e um tubo C9 curvo com uma seção transversal elíptica Vemos a seguir um exemplo de um tubo de Bourdon Figura 45 Exemplo de tubo de Bourdon Fonte Cotanet SD 43 Medição de temperatura O sensor de temperatura é um dispositivo de medição capaz de detectar a temperatura a partir das características físicas correspondentes do dispositivo seja a resistência campo eletromagnético ou até mesmo radiação térmica O método de trabalho do sensor de temperatura depende de suas características e constitui a mesma física 28 431 Termopares Além de precisos são muito sensíveis a menores variações de temperatura e podem responder rapidamente a mudanças ambientais Eles são conectados por um par de fios de metal com características diferentes O par de metal cria uma diferença de tensão térmica entre suas duas extremidades que reflete a diferença de temperatura entre elas A seguir vemos um exemplo de um termopar Figura 46 Exemplo de termopar Fonte Cetti SD 432 RTDs Conhecidos como Sensores de Temperatura de Resistência são fios de enrolamento cuja resistência muda com a temperatura Portanto quanto mais quentes eles ficam maior seu valor de resistência Platina é o material mais comumente usado neste sensor de temperatura porque este material é quase linear em uma ampla faixa de temperatura e é muito preciso com um tempo de resposta rápido Os RTDs também podem ser feitos de cobre ou níquel e foi observado que esses materiais têm alcance limitado e têm problemas de oxidação O elemento RTD é geralmente um fio longo em forma de mola cercado por um isolador e colocado em uma bainha de metal A seguir vemos um exemplo de um RTD 29 Figura 47 Exemplo de RTD Fonte AZ Instrument Corp SD 433 Termistores O termistor é um sensor de alta sensibilidade mas por outro lado sua faixa de temperatura é limitada Ele se caracteriza por ser um dispositivo semicondutor cuja resistência é proporcional à temperatura Existem dois tipos de termistores um resistor com coeficiente de temperatura negativo NTC cuja resistência diminui de forma não linear com o aumento da temperatura e um coeficiente de temperatura positivo PTC cuja resistência aumenta com o aumento da temperatura Existem várias vantagens e desvantagens em usar termistores NTC A seguir vemos um exemplo de um termistor NTC 30 Figura 48 Exemplo de Termistor NTC Fonte AMPHENOLSENSORS SD 434 Interruptor bimetálico Este interruptor se dá por uma mola bimetálica como componente fundamental do sensor de temperatura A mola helicoidal é feita de dois tipos diferentes de metais fixados juntos Esses tipos de metais podem incluir cobre aço ou latão desde que um deles tenha baixa sensibilidade ao calor e o outro tenha alta sensibilidade Portanto sempre que a peça soldada for aquecida o comprimento dos dois metais mudará de acordo com suas respectivas taxas de expansão térmica Conforme os dois metais se expandem em comprimentos diferentes a tira bimetálica é forçada a dobrar para o lado com o coeficiente de expansão térmica O movimento da tira é usado para desviar o ponteiro na escala de calibração e então indicar a temperatura para o operador A seguir vemos um exemplo de um interruptor bimetálico Figura 49 Exemplo de interruptor bimetálico Fonte Jumo SD 31 435 Medidores por infravermelho Este sensor não opera por contato ele absorve a radiação infravermelha emitida pela superfície de aquecimento Ele é usado em várias aplicações onde a medição direta da temperatura não é possível Usando um sensor de temperatura infravermelho sem contato a luz incidente é convertida em um sinal elétrico correspondente a uma temperatura específica Abaixo vemos um exemplo de um medidor por infravermelho Figura 410 Exemplo de medidor por infravermelho 436 Pirômetros O pirômetro nada mais é do que um tipo de termômetro por infravermelho Sendo um dispositivo responsável pela medição de radiação térmica da superfície de um objeto e informa a temperatura Vários tipos de pirômetros foram desenvolvidos pelo homem sendo hoje um dispositivo que não requer contato ao contrário de outros meios de obtenção de informações sobre a temperatura de um objeto como um termopar e um termômetro de resistência 32 Figura 411 Exemplo de Pirômetro digital Conclusão Neste bloco vimos os sensores de forças são capazes de determinar a resistência variante de acordo com a força aplicada sobre o material exposto Estes sensores convertem sinais de saída e grandezas como força peso pressão e tensão Vimos também a respeito dos sensores de pressão convertendo pressões exercidas por gás ou líquido em sua superfície em sinais de saída tornando informações relevantes para o processo analisado E por fim os medidores de temperatura temos como exemplo mais popular o termômetro entretanto também é possível citar uma infinidade usada na indústria como o termopar RTD interruptor bimetálico termistor e sensores por infravermelho REFERÊNCIAS AMPHENOLSENSORS Termistor SD Disponível em httpsbitly3re0pAm Acesso em 06 jan 2021 AZ InstrumentCorp RTD SD Disponível em httpsbitly3sD4FK2 Acesso em 6 jan 2021 CETTI Termopar SD Disponível em httpsbitly386zeji Acesso em 6 jan 2021 33 COTANET Tubo de Bourdon SD Disponível em httpsbitly3qay7FG Acesso em 6 jan 2021 HBM Extensômetro SD Disponível em httpsbitly388bLhJ Acesso em 6 jan 2021 INTERFACE Transdutor de torque SD Disponível em httpsbitly3uPK1Iv Acesso em 6 jan 2021 JUMO Interruptor Bimetálico SD Disponível em httpsbitly3kOmxis Acesso em 06 jan 2021 ROSÁRIO J M Princípios de Mecatrônica 1 Ed São Paulo Editora Pearson 2005 ZURICH Manômetro de coluna U SD Disponível em httpsbitly3sJIj9J Acesso em 6 jan 2021 34 5 SENSORES II Apresentação Neste bloco conheceremos outros tipos de sensores responsáveis por diferentes parâmetros de medição usados no cotidiano Conheceremos os sensores responsáveis por mensurar grandezas como posição movimento vazão viscosidade e nível 51 Medição de posição Os sensores de posição são dispositivos usados para obter medições precisas ou medições de posição próxima Este tipo de ferramenta inclui sensores codificadores e potenciômetros Dependendo do tipo específico de sensor de posição envolvido a medição pode ser linear ou angular por natureza e pode ser classificada como relativa ou absoluta 511 Sensores de proximidade Os sensores de proximidade são os comuns da área são responsáveis por determinar a distância ou mesmo identificar a presença de um corpo em relação a determinado ponto Dentre os sensores de proximidades existentes podemos citar os sensores capacitivos sensores indutivos sensores infravermelhos sensores ultrassônicos ópticos fotoelétricos entre outros 512 LVDTs linear variable differentia ltransformers Citamos outro sensor de posição o LVDT conhecido como Transformador Diferencial Variável Linear é um transdutor de deslocamento que produz uma tensão de saída proporcional ao deslocamento de um núcleo móvel O LVDT possui uma bobina primária a qual é excitada com uma tensão alternada e duas bobinas secundárias idênticas ligadas em série e com os condutores enrolados em sentidos opostos A seguir vemos a imagem de um LVTD 35 Figura 51 Esquematização de sensor LVDT Fonte ZEDTH 2007 513 Encoder No intuito de obter informações sobre a velocidade ou posição de peças em movimento ou rotação linear usamos o Encoder Responsável por determinar o ângulo exato de parada ou a velocidade em qualquer direção de rotação ou movimento pode ser a base para o tipo de controle necessário medindo posições e velocidade A seguir vemos a imagem de um Enconder Figura 52 Exemplo de Encoder Fonte Hengstler SD 36 514 Tacômetro e Acelerômetro Tacômetro é outro sensor capaz de medir rotações de um motor pela unidade RPM que significa Rotações Por Minuto Seu funcionamento inclui a medição de fenômenos repetitivos medindo a oscilação e vibração de peças mecânicas Similarmente ao Tacômetro usamos o Acelerômetro normalmente usado para detectar e monitorar vibrações em sistemas mecânicos como rolamentos de elemento rotativo caixas de engrenagens e componentes estruturais A seguir vemos a imagem de um acelerômetro ocupacional Figura 53 Exemplo de acelerômetro Fonte PCB SD 515 Ultrassônicos Os sensores ultrassônicos são capazes de detectar a passagem de objetos na linha de montagem para detectar a presença de pessoas ou substâncias em diferentes estados no recipiente de modo que o conteúdo possa ser medido independentemente do estado físico A característica desses sensores é operar com uma radiação completamente limpa e sem perturbações eletromagnéticas o que é muito importante para determinados tipos de aplicações A seguir vemos a imagem de um sensor ultrassônico conectado a um arduíno 37 Figura 54 Esquematização de um sensor ultrassônico com arduíno Fonte Elaborado pelo autor 2020 52 Medição de Nível O sensor de nível é um dispositivo usado para controlar sólidos líquidos ou elementos granulares armazenados em tanques de armazenamento sejam abertos ou pressurizados e também silos O sensor detecta o nível do líquido no tanque armazenado por meio do movimento dos flutuadores que geram um sinal magnético transmitindo o sinal para o sensor magnético Seu funcionamento é composto por um detector que informa ao circuito de saída se há um nível de líquido em uma determinada posição O circuito de saída é responsável por alterar o estado de saída do sensor de acordo com as informações transmitidas pelo detector Veja a seguir o funcionamento de um sensor de nível hidrostático Figura 55 Esquematização de um sensor de nível hidrostático tipo sonda Fonte Salcas SD 38 521 Capacitivos Um dos sensores mais conhecidos é o sensor tipo Boia Quando o nível aumenta ou diminui o flutuador se move junto e ativa magneticamente os contatos por meio de uma haste comunicando o nível do elemento medido A seguir vemos um sensor tipo boia Figura 56 Exemplo de um sensor tipo boia Fonte Nivetec SD Temos também um sensor com seu princípio de funcionamento semelhante ao de um capacitor o sensor capacitivo de nível O sensor é uma das placas do capacitor e a parede de metal do tanque é a outra Dentre eles está o material isolante Onde a capacitância é a propriedade de armazenamento de um capacitor Além da constante dielétrica que também depende da área da placa e da sua distância A seguir vemos a exemplificação de um sensor capacitivo 39 Figura 57 Exemplo de um sensor capacitivo de sólidos Fonte Bindicator SD 522 Sensor de nível vibratório Outro sensor é o de nível vibratório que possui uma haste vibratória e usa um diapasão ou o efeito de amortecimento de duas hastes para medir o nível do líquido O amortecimento mecânico é produzido pela absorção da viscosidade de um líquido ou da resistência de um granulado ou pó sólido em contato com uma ou mais hastes para absorver a energia da vibração A seguir vemos a exemplificação de um sensor de nível vibratório 40 Figura 58 Exemplo de sensor de nível vibratório Fonte Bindicator SD 523 Condutivo Já o sensor condutivo não tem restrições a alta temperatura ou alta pressão Portanto é adequado para vários tipos de medição de nível de líquido como água ou outras medições não condutoras A função dele é obtida a partir da diferença de potencial DDP entre um eletrodo e o outro quando os eletrodos estão em contato com o fluido A seguir vemos a imagem de um sensor condutivo comercializado atualmente Figura 59 Exemplo de sensor condutivo Fonte Digel SD 41 524 Ultrassônico O transmissor de nível ultrassônico tem seu funcionamento baseado no envio ondas mecânicas que fluem na velocidade do som no intuito de mensurar a distância entre o sensor e a superfície do objeto em análise O objeto necessita de uma densidade para reflexão de ondas ultrassônicas O som viaja com grande velocidade através do ar ao contrário do que acontece nos meios sólido e líquido encontrando então uma grande diferença na densidade entre o ar e o objeto resultando no sinal de saída Este sensor utiliza um sensor piezoelétrico para emissão ondas mecânicas a partir de um transmissor de nível sem contato através de layout simples se comparado a outros sensores de nível A seguir vemos um exemplo da esquematização de um sensor ultrassônico Figura 510 Esquematização do sensor de nível ultrassônico Fonte Elaborado pelo autor 2020 53 Medição de vazão e viscosidade Para medição de vazão usamos um sensor de vazão responsável por medir o volume ou massa de gás ou fluxo de líquido em um duto Podemos usar sensores de fluxo para medir canais abertos como rios ou lagos Ou mesmo o seu maior uso está focado na medição de gases e líquidos em tubos Melhorar a precisão exatidão e resolução da medição de fluido são os benefícios dos medidores de vazão 42 531 Eletromagnético No mercado encontramos os medidores de vazão magnéticos também conhecido como tensão induzida ou medidor de vazão eletromagnético é um medidor de vazão que usa um princípio de medição baseado na lei de Faraday Este medidor não tem partes móveis e pode ser usado para uma variedade de aplicações desde medição de vazão de cerveja ácido geral águas residuais ou qualquer medição de vazão de líquido sujo à base de água ou condutiva Figura 511 Exemplo de um sensor eletromagnético 532 Ultrassônicos Temos também medidores de vazão eletrônicos ultrassônicos do qual opera por meio de ultrassom para medir a velocidade do fluido para obter a taxa de fluxo do fluido Por exemplo a maioria dos medidores ultrassônicos usa energia elétrica para selecionar o medidor mais adequado por exemplo considerando a forma do tubo a forma como o medidor é fixado e o tipo de fluido sendo transportado Cada um desses medidores usa métodos diferentes para obter o fluxo de fluido 43 Assim como os eletrônicos temos o medidor Ultrassônico por efeito Doppler do qual é responsável por calcular a discordância da continuidade entre o sinal emitido e o sinal a ser recebido A diferença de fase é causada pela reflexão ou espalhamento do som causado pelas partículas em suspensão contidas no fluido estes sons ou espalhamento irão alterar a frequência do sinal emitido A seguir vemos um medidor de vazão ultrassônico Figura 512 Exemplo de um sensor ultrassônico Fonte Vectus SD 533 Tubo de Pitot O tubo de Pitot consiste em um dispositivo responsável por medir velocidade de fluidos com base em modelos físicos simulados em laboratórios hidráulicos e aerodinâmicos Seu funcionamento é dado por um tubo em forma de L com um único canal pelo qual apenas a pressão dinâmica pode ser medida enquanto a pressão estática deve ser medida de forma diferente Pode funcionar também por dois canais e tomadas de pressão laterais aplicando assim ao mesmo tempo a medição da pressão estática Utilizado normalmente em laboratórios no estudo da aerodinâmica em modelo reduzido em laboratórios hidráulicos A seguir vemos uma ilustração demonstrativa de um tubo de Pitot 44 Figura 513 Ilustração de um tubo dePitot Fonte Autor 2020 534 Tubo de Venturi O tubo de Venturi é um dispositivo que mostra a oscilação da pressão de um fluido que corre em regiões com diferentes zonas transversais Quando a área é menor a velocidade é maior então a pressão é menor Assim vale para quando a área é maior consequentemente a velocidade é menor e sua pressão é maior A seguir vemos uma ilustração do funcionamento de um tubo de Venturi Figura 514 Ilustração de um tubo de Venturi 45 535 Placa de orifício A Placa de orifício é um elemento sensor utilizado na medição da vazão reduzindo ou restringindo pressão impactando diretamente na vazão A Placa de orifício limita a tubulação onde a medição é realizada Essa restrição é causada pelo furo feito em uma placa fina e aplicado no tubo Com a restrição da placa o fluxo é forçado a mudar de velocidade e consequentemente criar um diferencial de pressão A seguir vemos um exemplo de uma placa de orifício Figura 515 Exemplo de uma Placa de orifício Fonte Elaborado pelo autor 536 Anemômetros O anemômetro é utilizado para medir a velocidade do vento No entanto há várias formas de realizar tal medição Citamos como os principais tipos de anemômetro Tubo de pressão Concha Hot Wire ultrassônico e por efeito Doppler 46 Em geral os anemômetros se encaixam em duas categorias os anemômetros de ventoinha turbina e anemômetros de copo Em qualquer caso quando o vento passa por eles e move suas partes em um círculo eles contam o número de revoluções por segundo Ao mensurar a velocidade de rotação o anemômetro é capaz de calcular a velocidade do vento em unidades de medida como como Mph ou kmh Há também um terceiro tipo de anemômetro um anemômetro à fio quente que esquenta o componente e mede também sua taxa enquanto o componente esfria Apesar de seu uso não ser comum temos o anemômetro ultrassônico Capaz de calcular a velocidade do vento que sopra entre os dois sensores enviando pulsos de som para frente e para trás do transmissor para o receptor dentro de alguns centímetros Figura 516 Exemplo de um mini anemômetro digital 537 Medidor de vazão de massa Coriolis Tratase de um sensor capaz de medir a oscilação ou vibração de um tubo interno ao medidor aplicando o princípio de Coriolis técnica direta ou dinâmica que gera um sinal proporcional ao fluxo de massa e praticamente independente das propriedades do material seja pressão condutividade temperatura viscosidade e até mesmo a densidade do produto em circulação A seguir vemos um exemplo de um medidor de vazão de massa Coriolis 47 Figura 517 Exemplo de medidor de vazão de massa Coriolis Fonte Siemens SD 538 Rotâmetro O Rôtametro é um sensor usado na medição da vazão de um líquido ou mesmo gás em um tubo pertencente à classe dos medidores de área variável Esses dispositivos medem o fluxo de um fluido passandoo por um tubo de seção variável Esse medidor de vazão de área variável é composto por um tubo transparente com uma escala em que uma boia se move de maneira livre dentro do tubo O equilíbrio é obtido quando a diferença de pressão e impulso do fluido compensa a força gravitacional A seguir vemos um exemplo de um rotâmetro 48 Figura 518 Exemplo de rotâmetro Fonte Omel SD 539 Viscômetro Quanto à medição de viscosidade usualmente utilizamos o viscosímetro viscômetro Definimos a viscosidade de um fluido que pode ser considerada como sua capacidade de se mover e pode ser entendida como por exemplo espessura ou mesmo resistência quando injetado Na sua maioria o fluido permanece estacionário e o objeto se move nele ou o objeto é estacionário e o fluido por ele é passado A resistência causada pelo movimento referente entre o fluido e a superfície é uma medida de viscosidade O número de Reynolds das condições de fluxo deve ser baixo o suficiente para produzir fluxo laminar A seguir vemos um exemplo de viscômetro digital utilizado comercialmente 49 Figura 519 Víscômetro digital Fonte Brabender SD Conclusão Nesse bloco conhecemos os sensores de posição responsáveis por medir propriamente movimento e a posição de determinado material exposto Muito usado no cotidiano os sensores de proximidade podem ser divididos em capacitivos indutivos infravermelhos e ultrassônicos Vimos também a respeito do sensor de nível muito usado em tanques de armazenamentos seja de líquido sólido ou granulado E por fim os sensores de vazão e viscosidade com sua maior aplicação na medição de fluxo de líquidos em dutos mas que também pode ter outras aplicações como em gases por exemplo REFERÊNCIAS BINDICATOR Sensor de nível Capacitivo SD Disponível em httpsbitly3qd3m2I Acesso em 06 jan 2021 BINDICATOR Sensor de nível Vibratório SD Disponível em httpsbitly3eduRXs Acesso em 06 jan 2021 50 BRABENDER Viscômetro SD Disponível em httpsbitly2MOZeIM Acesso em 06 JAN 2021 DIGEL Sensor de nível condutivo SD Disponível em httpsbitly3qdt5rU Acesso em 06 jan 2021 GARCIA C Controle de Processos Industriais Estratégias convencionais Volume 1 1 Ed São Paulo Editora Blucher 2017 HENGSTLER Encoder SD Disponível em httpsbitly2Pwv3XN Acesso em 06 jan 2021 PCB Acelerômetro SD Disponível em httpsbitly3kIAYog Acesso em 6 jan 2021 NIVETEC Sensor tipo boia SD Disponível em httpsbitly3e9EOVZ Acesso em 6 jan 2021 OMEL Rotâmetro SD Disponível em httpsbitly3cdqeKL Acesso em 6 jan 2021 SALCAS Transdutor de nível hidrostático tipo sonda SD Disponível em httpsbitly3bZTyEa Acesso em 06 jan 2021 SIEMENS Medidor de vazão Coriolis SD Disponível em httpsbitly308KOpJ Acesso em 06 jan 2021 VECTUS Sensor de vazão ultrassônico SD Disponível em httpsbitly3uZrY2P Acesso em 06 jan 2021 ZEDH LVDT Wikimedia Commons 2017 Disponível em httpsbitly2OgKpiy Acesso em 16 dez 2020 51 6 SENSORES III Apresentação Neste bloco somos introduzidos aos transmissores e sua tecnologia dentro do sistema de medição Veremos também o funcionamento dos analisadores controladores que também estão atrelados aos sistemas de medição auxiliando profissionais ao entendimento a aplicabilidade desses sistemas de que transformar grandezas em sinais de saída com valores aplicáveis dentro de sensores E por fim falaremos a respeito dos sensores inteligentes assim como sua aplicação e importância na indústria 40 61 Transmissores Os transmissores também são chamados de conversores de medição que podem converter grandezas físicas em sinais eletrônicos Assim sendo o transmissor é usado principalmente em equipamentos eletrônicos de medição No mercado encontramos uma variedade de transmissores como os de temperatura nível pressão processos sinais entre outros Segundo Tellez 2014 os transmissores também são comumente usados na automação por meio dos transmissores inteligentes com uma maior capacidade de comunicação digital assim como uma maior disponibilidade de configuração e monitoramento de parâmetros do dispositivo No caso dos transmissores de temperatura eles podem ser instalados em ambientes onde a temperatura é um fator essencial no controle e devem ser monitorados continuamente Assim como os transmissores de umidade que desempenham uma função semelhante transformando a umidade em sinais de saída Certos dispositivos de medição podem combinar medições de temperatura e umidade tornando um dispositivo para as duas grandezas A seguir vemos um exemplo amplamente comercializado de um transmissor de temperatura 52 Figura 61 Exemplo de transmissor de temperatura Já no caso dos transmissores de pressão eles são capazes de ver a diferença entre os variados níveis de pressão Normalmente é utilizado um transmissor de pressão diferencial que também é capaz de analisar corrente Fazendo com que a faixa de pressão e a corrente sejam identificados individualmente A seguir também vemos um exemplo de um transmissor de pressão Figura 62 Exemplo de transmissor de pressão Fonte Yokogawa 53 Podemos trabalhar também com os transmissores de nível dispositivos essenciais na medição contínua do nível em tanques com presença de espuma incrustação pó em suspensão gases ou mesmo turbulências Seu princípio de funcionamento se dá por meio da condutividade elétrica da constante dielétrica da densidade e da granulometria do objeto em estudo Estes dispositivos operam com sensores em contato ou não com o produto em reservatórios Tendo como aplicabilidade a transmissão em tempo real de informações referentes a segurança e controle do nível seja em conteúdos líquidos como sólidos Abaixo vemos um transmissor de nível hidrostático com suas respectivas saídas atuando como um sensor submerso muito usado na medição de nível de líquidos por meio da pressão encontrada no fundo do reservatório Figura 63 Medidor de nível hidrostático Fonte Alfa Comp 62 Analisadores e controladores multiparâmetros Analisadores e controladores multiparâmetros são dispositivos que podem se interligar em um sistema de medição e uma variedade de grandezas São sensores que podem por exemplo medir densidade refração cor e pH simultaneamente nos mesmos aparelhos Dessa forma podemos economizar espaço a partir das combinações de variados parâmetros em um só sistema A seguir podemos ver um controlador multiparâmetro 54 Figura 64 Exemplo de controlador multiparâmetro Fonte GF Link Enquanto a função do analisador é fornecer ferramentas para interpretar e analisar os valores de medição coletados como gráficos e mecanismos de diagnóstico para que os usuários possam tirar conclusões observar tendências e tomar decisões informadas Veja a seguir um exemplo de um analisador multiparâmetro Figura 65 Analisador multiparâmetro Fonte Tecnal Link SD 55 Já o controlador multiparâmetro pode monitorar por exemplo a qualidade da água e do solo assim como o controle e acionamento de dispositivos Em um controlador deste podemos medir oxigênio dissolvido pH ORP condutividade elétrica e também temperatura Este dispositivo tem sua aplicação em aquários piscicultura aquicultura agricultura hidroponia e também sua aplicação na indústria como Estações de Tratamento de água e esgoto O controlador é dado a partir de saídas e entradas analógicas e digitais para acionamentos de bombas válvulas e dosadores para atuar na correção dos fatores foram do padrão predeterminado com um display responsável pela leitura e interpretação dos dados obtidos O dispositivo opera por meio de uma interface com dispositivos que possam ser controlados via CLP e supervisórios Seu acionamento está subordinado a setpoints e histereses como até 4 parâmetros ou mesmo temporização operada por relógio interno de tempo real A seguir podemos ver um exemplo de Controlador de pH que vimos acima integrando outros parâmetros de medição em um só aparelho Figura 66 Controlador de pH Fonte MsTecnopon SD 56 Este Controlador pode medir temperatura assim como o pH a partir da adição de base e ácido Tais adições são dadas por meio de duas bombas peristálticas acoplados ao controlador ou mesmo por ser dado através de relés 63 Sensores Inteligentes Os Sensores inteligentes são dispositivos que recebem alguns parâmetros físicos de entrada executando funções internas predefinidas por meio de recursos de computação com a detecção dos parâmetros há processamento e transmissão dos dados obtidos do ambiente De maneira geral os sensores inteligentes são dispositivos que recebem como entrada algum parâmetro físico do ambiente e através de recursos internos computacionais para executar funções internas predefinidas detectam esse parâmetro processando e transmitindo os dados referentes a ele em seguida Os sensores inteligentes permitem uma amostragem mais exata e automatizada na coleta dos dados com elevada imunidade ao ruído que podem estar presentes nos dados recebidos Além disso eles permitem o processamento de forma distribuída que consiste na coleta e multiplexação de diferentes parâmetros medidos simultaneamente ou de um mesmo parâmetro medido em diferentes pontos FREITAS 2016 Eles permitem uma amostragem mais precisa e automatizada na coleta de dados e são altamente resistentes ao ruído que pode estar presente nos dados recebidos Contudo o processamento é distribuído de forma que envolve coletar e reutilizar diferentes parâmetros medidos ao mesmo tempo ou o mesmo parâmetro medido em pontos diferentes isto auxilia de forma muito significativa as tomadas de decisão Além de serem usados em um grande número de aplicações científicas esses dispositivos também são usados em mecanismos de monitoramento e controle em uma variedade de aplicações incluindo redes inteligentes e áreas de exploração Dessa forma pode definir um sensor inteligente como um dispositivo capaz de realizar funções intelectuais como um autoteste uma autovalidação autoidentificação autoadaptação dentre outras avaliações de forma autônoma 57 Esses sensores são peças chaves na Indústria 40 mas também são comumente usados em casas inteligentes Sua essência é baseada em dispositivos reduzidos fisicamente muita das vezes sem fio e que transmitem informações sobre o que está acontecendo em sua casa para outros dispositivos inteligentes para que eles possam interagir e diagnosticar situações e problemas É possível integrar sensores com fechaduras inteligentes câmeras inteligentes hubs iluminação de forma geral plugues inteligentes e muitos outros dispositivos de forma a detectar movimentos temperatura assim como aberturas e fechamentos de objetos ou portas Na figura a seguir está apresentado um sensor de proximidade já acoplado com iluminação sendo um exemplo de um dispositivo que é capaz de perceber a presença de um corpo e já acionar a lâmpada reduzindo assim fios e ligações comumente usados em um sensor de presença Figura 67 Sensor de presença Inteligente Fonte Qualitronix SD Enquanto na indústria é possível encontrar inúmeras aplicações dentre elas uma maior confiabilidade em inspeções e medições integração entre maquinários comunicação instantânea entre máquina e operador redução de manutenção a partir de alertas quanto à durabilidade da peça dentre outras aplicações que beneficiam o uso da tecnologia 58 Conclusão Podemos tratar os transmissores como conversores de medição capazes de transformar grandezas físicas em sinais eletrônicos com a sua aplicação voltada para sistemas de medição Vimos também a respeito de analisadores e controladores multiparâmetros que são capazes de interagir com várias grandezas ao mesmo tempo medindo corrigindo e atuando no sistema de forma simultânea a outros parâmetros Por fim conhecemos mais sobre os sensores inteligentes muito usados na domótica tecnologia que possibilita a automatização de recursos habitacionais conceito de casa inteligente trazendo conforto e comodidade no cotidiano ligada a comunicação e segurança remota sendo também peça fundamental na indústria 40 a partir de suas vantagens quanto ao tamanho redução de fios e ligações e independência maior quanto à sua operação REFERÊNCIAS ALFACOMP Transmissor de nível hidrostático TNH20 SD 2019 Disponível em httpsbitly3bWHqUC Acesso em 05 dez 2020 FREITAS M S et al Sensores inteligentes e suas aplicações no cotidiano Revista de Trabalhos Acadêmicos Universo São Gonçalo v 1 n 2 p 285 2016 GF Controlador Multiparâmetro Disponível em httpsbitly3rd3tN2 Acesso em 7 jan 2021 GROOVER M P Automação Industrial e Sistemas de Manufatura 3 Ed São Paulo Editora Pearson 2011 MSTECNOPON MedidorControlador de pH mPI3000 SD Disponível em httpsbitly3c26b1F Acesso em 06 dez 2020 QUALITRONIX Sensor de presença SD Disponível em httpsbitly3kJ9sac Acesso em 07 jan 2021 SIGHIERI L NISHINARI A Controle Automático de Processos Industriais Instrumentação 2ª Ed São Paulo Editora Blucher 1973 TECNAL Analisador Multiparâmetro SD Disponível em httpsbitly3bXac7r Acesso em 07 jan 2021