Tipos de sensores e funcionamento

Antes de ler este artigo veja essa mini-aula do senai sc 

para maior entendimento

tipos de sensores

Detetores de limite mecânico
  Por meio destes detetores de limite detectam-se certas posições finais de partes de maquinas ou outras unidades de trabalhos. Normalmente os elementos fim de curso tem um contato NA e um NF.

Sensor de proximidade magnética

Esses elementos são especialmente vantajosos quando se necessita para montagem de chaves fim de curso convencionais, ou quando são solicitadas sob condições ambientais diversas (poeira, umidade, cavaco etc.). Construtivamente tratam-se de dois contatos colocados no interior de uma ampola é colocada num invólucro que posteriormente e preenchido com resina sintética, servido assim base para o conjunto.
Funcionamento: ao aproximar-se um imã permanente ou uma bobina alimentada com corrente continua deste invólucro, o campo magnético atravessa a ampola, fazendo com que as duas laminas em seu interior se juntem, estabelecendo um contato elétrico. Removendo-se o campo magnético, o contato é imediatamente desfeito.

Detetor de limite indutivo

Em maquinas ou dispositivos, freqüentemente são necessárias a detecção de partes moveis ou objetos, assim como tarefas de contagem, que não possibilitam o uso de chaves fim de curso convencionais, por não possuírem força, peso ou dureza suficientemente. Para estes casos, podem ser empregados os detetores indutivos. São constituídos por um circuito oscilador, um circuito de disparo e um circuito amplificador.
Funcionamento: o oscilado gera; através de uma bobina um campo magnético alternado, um corpo metálico, são produzidas correntes parasitas neste, absorvendo energia do oscilador . Em virtude disto, a tensão do oscilador cai, acionando o circuito disparador, que emite sinal, posteriormente este sinal é amplificado para compatibiliza-lo com a carga a ser comandada. (só reage na presença de metais).

exemplo de funcionamento sensores indutivos

Detetor de limite capacitivo

Os sensores capacitivos têm a forma de atuação semelhante aos sensores indutores. Possuem um oscilador que nos tipos usuais, não oscilam permanentemente como nos sensores indutivos.
Funcionamento: o principio de funcionamento é a alternação do dielétrico entre as armaduras de um capacitor, pois ao aproximar um corpo da área ativa do sensor, aumenta-se a capacitância por diminuição da distancia entre o objeto e a superfície ativa do sensor. Se esta distancia diminui até certo valor, começam a ocorrer oscilações. Esta oscilação atua sobre um disparador que envia um sinal para um amplificador que atua na carga
Os sensores capacitavas reagem a todos os materiais (mesmo que não sejam metálicos). Podem igualmente detectar líquidos ou granulados, isto é significa que estão sujeitos a perturbação tais como, poeiras cavacos etc.

exemplo de sensor capacitivo

Detetor de limite óptico

O sensor óptico é capaz de detectar qualquer material que reflita, absorva ou desvie a luz de forma que este componente é utilizado para detectar qualquer tipo de material. Por este motivo os sensores ópticos estão sendo cada dia mais utilizados em diferentes segmentos da industria com grande eficiência e ecônomia.
Funcionamento: baseia-se na existência de um sinal de luz vermelha ou infravermelha que deve de alguma forma, atingir o elemento receptor. Este sinal luminoso é convertido em sinal elétrico e comparado com o valor pré-estabelecido para definir o estado de sensores.

Sensor óptico por reflexão difusa.

O emissor e o recepitor s encontram em um mesmo invólucro. A luz gerada no emissor reflete de forma difusa sobre o objeto a ser sensoriado de tal forma que um parcela dessa luz retorne ao sensor atingindo o receptor. Os sensores ópticos desse tipo de detecção não atingem grandes distancias (até 360mm), em função de que na reflexão difusa apenas uma pequena parcela da luz é refletida em direção ao receptor. A luz refletida depende de alguma características do objeto, como a cor e o acabamento de superfície. Desta forma, objetos escuros, pequenos ou com superfícies altamente rugosa, podem não ser detectados.

Sensor óptico retro - reflexão

São montados no mesmo invólucro o emissor e receptor também é necessário o auxilio de um espelho refletor para estabelecer uma barreira de luz entre os componentes óptico. Um objeto, ao interromper a barreira de luz, impede a chega da mesma ao receptor, ativando o sensor.
A distancia de acionamento destes sensores depende, além de suas próprias características, também da dimensão e qualidade do espelho refletor. Os espelhos refletores possibilitam médias distancias (de 4,5m) pelo fato de serem constituídos por micro pirâmides que formam um angulo de 90º entre suas paredes.

Barreira de luz

O emissor e o receptor encontram-se montados em invólucros separados, sendo necessário o alinhamento dos mesmos para colocar o sensor em condições de operar. A luz originária do emissor atinge o receptor formando uma barreira de luz entre os componentes. A barreira ao ser interpretado, aciona o sensor. Esses sensores são apropriados para grandes distancias de suas próprias características.

Exemplo de funcionamento sensores ópticos

Recurso para minimizar interferência

O sinal de luz gerado pelo emissor do sensor óptico é modulado numa freqüência determinada. Da mesma forma o receptor do sensor é acoplado a um filtro que somente considera válidos, sinais com a mesma freqüência do emissor. Esse recurso é usado para sensores ópticos para minimizar os efeitos de possíveis interferências causadas por outras fontes luminosas que não seja a do emissor.

Detetor de limite ultrasônico

A operação do sensor ultrasônico é baseada na emissão e reflexão de ondas acústicas, entre o objeto e um receptor. Normalmente o portador dessas ondas é o ar. O tempo de propagação de um som é medido e avaliado. O sensor ultrasônico transmite e emites seus sons não audíveis na freqüência usual de 30 a 300Khz. Filtros dentro do sensor verifica o som recebido e atualiza o eco emitido pela onda do sensor. A velocidade de operação do sensor é limitada por um freguesia, em média de 1Hz a 125Hz.
A maior vantagem deste sensor reside no fato de que pode detectar larga escala de diferentes materiais. A detecção é independente da forma cor ou material. Menos lá, tecido, espuma, borracha e outros materiais que absorvem som.

Sensores de Fibra Óptica

Os sensores de fibra óptica são ideais para condições severas: alta vibração, calor extremo e ambientes molhados, explosivos ou corrosivos. Em áreas restrita, as fibras flexíveis pode ser posicionadas com precisão.

Aplicações para os sensores

Sensores Fotoelétricos e Capacitivos

Sensor indutivo / Contador de objetos

sensor fotoelétrico para aviso de falhas.










(nota do editor: para formar este artigo eu pesquisei em vários sites mais os principais foram estes site1, site2, site 3 , e youtube. caso eu tenha esquecido de algum entre em contato)

Relés de Estado Solido

Os relés de estado sólido consistem na alternativa moderna ideal para uso em lugar dos antigos relés eletromecânicos com seus contatos ruidosos e seus problemas mecânicos. Na verdade, a tendência é uma substituição quase total dos relés antigos pelos de estado sólido, se bem que existam aplicações em que isso ainda não é possível.

A idéia básica de um relé é controlar um circuito de maior potência a partir de um sinal de menor potência, com total isolamento, conforme mostra a figura 1.
Nos relés eletromecânicos comuns, o sinal de baixa potência é aplicado a uma bobina que cria um campo magnético capaz de fechar os contatos eletromecânicos nos quais está ligado o circuito controlado.

Em um relé de estado sólido temos um dispositivo semicondutor que é excitado emitindo radiação infravermelha (por exemplo). Essa radiação atua sobre um sensor que então é usado para controlar um circuito externo através de um dispositivo de potência como, por exemplo, um transistor de potência, um SCR, um TRIAC, etc.

Os tipos de dispositivos excitador e excitado dependem da aplicação. Assim, nesta nossa coletânea de circuitos práticos, daremos diversos exemplos. Caberá ao leitor escolher o que melhor se presta à aplicação que ele tenha em mente.
Circuito com o MOC3020 (Cargas Resistivas)

Um dos dispositivos mais utilizado no controle óptico de TRIACs é o MOC3020 (220 V), que tem o MOC3010 como equivalente para 110 V. Esse dispositivo consta de um LED emissor e de um opto-diac, tendo o circuito básico exibido na figura 2.



O resistor R1 precisa ser escolhido de acordo com o sinal de excitação, devendo o LED ser percorrido por uma corrente da ordem de 8 a 10 mA para melhor resultado.
Esse circuito, mais simples, é indicado para cargas resistivas na rede de 220 V, com um TRIAC do tipo TIC226 ou equivalente.

Circuito com o MOC3020 (Cargas indutivas)

Para cargas indutivas é preciso acrescentar um snubber, o que é feito conforme observamos na figura 3. O resistor R1 deve ser calculado de acordo com o circuito anterior, e o TRIAC precisa ser do tipo sensível com uma corrente de disparo menor do que 50 mA.



O TRIAC deve ser dotado de um bom radiador de calor. O opto-isolador usado fornece um isolamento da ordem de 7 000 V, o que é mais do que suficiente para a maioria das aplicações que exigem esse tipo de componente.

Relé de Estado Sólido com Isolador Óptico comum

Na figura 4 temos um circuito em que um isolador óptico, que faz uso de um fototransistor comum como sensor é utilizado. Trata-se do conhecido 4N27, mas equivalentes podem ser experimentados.



Como a corrente que o foto-sensor fornece é pequena demais para disparar um TRIAC comum, uma etapa transistorizada com o BC547 é acrescentada.
A carga máxima controlada depende do TRIAC, porém está em torno de 400 W para a rede de 220 V com um TRIAC comum como o TIC226D. Para a rede de 110 V o TRIAC utilizado pode ser sufixo B. 

Isolamento por Transformador

Uma forma simples de se isolar o sinal de disparo de baixa intensidade do sinal controlado de alta intensidade é com o uso de um transformador. Um sinal apropriado pode perfeitamente ser empregado para excitar um TRIAC, e com isso controlar uma carga externa, conforme indica a figura 5.




O transformador usado pode ter uma relação de espiras de 1:1 dependendo apenas da sensibilidade do TRIAC utilizado.

Carga Controlada por Transistor - 1

No circuito exibido na figura 6 usamos um acoplador óptico comum para controlar uma etapa amplificadora com transistores bipolares comuns.



Com isso, cargas com correntes até uns 500 mA para o BD135 e até 2 A com o TIP32 podem ser controladas diretamente. Essas cargas de corrente contínua funcionam com tensões até uns 24 V, dependendo do transistor.

Evidentemente, o transistor deve ser dotado de um radiador apropriado de calor e deve ser considerada a queda de tensão nesse componente.
Carga Controlada por Transistor - 2

Uma outra possibilidade de acionamento de carga de corrente contínua diretamente usando transistores é a apresentada na figura 7.



Trata-se de um circuito complementar em relação ao anterior em que usamos o BD136 para correntes até 500 mA e o TIP31 para correntes até 2 A. O transistor de potência também deve ser montado em um bom radiador de calor.

Relé com Darlington
Na figura 8 mostramos como usar um transistor Darlington de potência num circuito de acionamento direto de uma carga de corrente contínua cuja corrente, nesse caso pode chegar a 1,5 A.



Correntes maiores podem ser obtidas com transistores de maior potência da mesma família. O transistor também deve ser dotado de um bom radiador de calor.
Veja que ainda podemos ter uma versão equivalente com transistor Darlington PNP com o acionamento inverso, ou seja, a carga acionada quando o acoplador óptico não estiver excitado. Essa versão é exibida na figura 9.



Relé com MOSFET de Potência

Os transistores de efeito de campo de potência (Power MOSFETs) têm características altamente desejáveis quando se trata de circuitos de comutação.

A principal delas é a baixíssima resistência no estado de condução (Rdson) que pode chegar a fração de ohm nos tipos comuns. Isso significa que, quando “ligados”, eles praticamente não causam qualquer queda de tensão nos circuitos controlados.

Para usar um MOSFET de potência como relé de estado sólido, podemos partir do circuito da figura 10.



Outra vantagem manifestada nesse circuito é a altíssima impedância de entrada do MOSFET, que se traduz numa sensibilidade muito alta e em um consumo baixíssimo quando ele não está acionado
Assim, no circuito ilustrado, a máxima corrente que pode ser controlada depende apenas do MOSFET colocado, podendo chegar a dezenas de ampères para os tipos comuns.

O MOSFET deve ser dotado de radiador apropriado e a tensão máxima do circuito depende também do MOSFET usado.

Conclusão

O isolamento proporcionado quer seja pelos acopladores ópticos, quer seja pelos transformadores faz dos relés de estado sólido apresentados alternativas interessantes pora muitos projetos.

É claro que existe muito mais, mas partindo dos exemplos dados, o leitor poderá facilmente melhorar ou alterar os circuitos para uma aplicação específica.

*Artigo originalmente publicado na revista Saber Eletrônica Ano 43 - Número 412 Maio 2007

vídeo propaganda da crydom, porém dá uma noção.