Instituto Educacional São João da Escócia
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Curso Técnico de Eletrônica
2 – SENSORES DE PROXIMIDADE
1 INTRODUÇÃO
Sensores de proximidade são equipamentos que tem a função de detectar a
presença, a partir de uma certa distância, de algum material.
A aplicação destes sensores é das mais variadas sendo utilizados para intertravar
comandos de máquinas, contadores, medidores de freqüência, assegurar a presença de
operadores, etc.
Todos estes sensores possuem em comum o modo de funcionamento. A suas
saídas são discretas (ligado ou desligado).
1.1 TIPOS DE SAÍDAS
A-) Saída tipo contato seco
Para saída tipo contato seco existem diversas possibilidades. As principais são:
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B-) Saída a transistor – PNP
São sensores construídos para funcionarem com alimentação em corrente contínua
e comutarem cargas também em corrente contínua, sejam elas indutivas ou resistivas,
cujo fio massa ou comum, seja o negativo. Eles podem ter a configuração de saída com:
1 saída normalmente aberta ou 1 saída normalmente fechada ou 2 saídas SPDT (NA +NF).
Figura 1 – Configuração Eletrônica de uma saída PNP
ONDE:
T1 = Transistor de saída
Ra = Resistor de carga de coletor
Dz = Diodo zener para supressão de
picos de tensão na carga
D = Diodo de proteção contra inversão de polaridade
Figura 2 – Simbologia e ligação de um sensor PNP com saída SPST
ONDE:
PR (preto) = Saída
AZ(azul) = Alimentação (-)
MR (marrom) = Alimentação (+)
C-) Saída a transistor – NPN
São sensores construídos para funcionarem com alimentação em corrente contínua
e comutarem cargas também em corrente contínua, sejam elas indutivas ou resistivas,
cujo fio massa ou comum, seja o positivo. Eles podem ter a configuração de saída com:
1 saída normalmente aberta (SPST-NO) ou 1 saída normalmente fechada (SPST-NC) ou
2 saídas SPDT (NO +NC).
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Figura 3 – Configuração Eletrônica de uma saída NPN
ONDE:
T1 = Transistor de saída
Ra = Resistor de carga de coletor
Dz = Diodo zener para supressão de
picos de tensão na carga
D = Diodo de proteção contra inversão de polaridade
Figura 4 – Simbologia e ligação de um sensor NPN com saída SPST
ONDE:
PR (preto) = Saída
AZ(azul) = Alimentação (-)
MR (marrom) = Alimentação (+)
D-) Sensores para corrente alternada
São sensores construídos para funcionarem com alimentação em corrente
alternada (normalmente de 90 à 250 Vac)e comutarem em cargas indutivas, também em
corrente alternada.
Figura 5 – Configuração Eletrônica de um sensor para AC - TRIAC
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ONDE:
TR = Triac
RC = Proteção contra picos, formada pela rede RC em paralelo com a comutação.
Figura 6 – Simbologia e Ligação de um sensor AC com saída SPST-NO
ONDE:
AZ (azul) = Pólo Fonte
PR (preto) = Pólo Carga
E-) Sensor NAMUR
São sensores construídos para funcionarem com alimentação em corrente
alternada (normalmente de 90 à 250 Vac)e comutarem em cargas indutivas, também em
corrente alternada.
O sensor Namur quando desatuados tem um corrente típica de 3mA (alimentados
por 8Vcc e impedância de 1KW). Quando acionados esta corrente cai para cerca de 1mA.
Este tipo de sensor foi especialmente projetado para trabalhar em sistema
intrinsecamente seguros, ou seja, para operar em ambientes onde são exigidos
equipamentos à prova de explosão. Os níveis de corrente que estes sensores trabalham
são mínimos, afim de não provocar faiscamento e, consequentemente, uma explosão. Os
instrumentos com esta característica são chamada de Intrinsecamente Seguros (Ex-i).
Seu sinal de saída deve ser interpretado por um amplificador adequado. Este
amplificador deve possuir uma entrada para sensor namur e uma saída a transistor ou a
relé para o controle.
Deve haver isolação óptica entre as estas partes do amplificador.
Figura 7 – Aplicação do sensor NAMUR
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1.2 FIM DE CURSO
É também chamado de interruptores de posição pois basicamente um Fim de
Curso é uma chave acionada externamente. A comutação de seus contatos se dá de
maneira física.
Figura 8 – Exemplos de fim de curso (Cortesia: Schneider Eletric)
1.3 SENSORES INDUTIVOS
Os sensores indutivos são equipamentos eletrônicos capazes de detectar a
aproximação de peças metálicas, componentes, elementos de máquinas, etc., em
substituição às tradicionais chaves fim de curso.
A detecção da peça metálica ocorre sem a necessidade desta peça entrar em
contato com o sensor.
Disponíveis com saídas PNP, NPN, AC e Namur
Figura 9 – Sensor Indutivo (Cortesia: Schneider Eletric)
a-) Algumas características importantes
•
Diâmetro
É o diâmetro da área sensora. Os valores padronizados são: 6,5 9 12 18 3 30
milímetros. Este diâmetro influencia na distância sensora (Sn).
•
Distancia Sensora (Sn)
É a distância mínima necessária para detectar o metal. Considerando que o sensor
esteja alimentado em sua tensão nominal. Alguns modelos possuem ajustes de
sensibilidade para diminuir esta distância. Pode chegar até 15 mm, dependendo
do modelo e do fabricante.
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b-) Vantagens
• Funcionam em quaisquer condições de ambiente.
• Acionamento sem contato físico
• Chaveamento eletrônico totalmente em estado sólido.
• Alta durabilidade
• Manutenção praticamente inexistente
• Alta velocidade
1.4 SENSORES CAPACITIVOS
Quando aproxima-se qualquer objeto (metálico ou não) de um sensor capacitivo
ocorre uma variação da capacitância elétrica do meio que circunda sua área sensora.
Esta alteração é detectada pelo sensor que comuta sua saída indicando a presença
do objeto.
Os sensores capacitivos são largamente utilizados para a detecção de objetos de
natureza metálica ou não, tais como: madeira, papelão, cerâmica, vidro, plástico,
alumínio, laminados ou granulados, pós de natureza mineral como talco, cimento, argila
e etc.
Os líquidos de maneira geral são ótimos atuadores para os sensores capacitivos,
não importando se são condutivos ou não, a viscosidade ou cor. Desta forma excelentes
sistemas para controle de níveis máximos e mínimos de líquidos ou sólidos são obtidos
com a instalação de um ou dois sensores, mesmo que mergulhados totalmente no produto.
Figura 10 – Sensor Capacitivo (Cortesia: Instrutech)
Figura 11 – Sensor Capacitivo (Cortesia: DLG Automação)
1.5 SENSORES MAGNÉTICOS
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Estes sensores são acionados mediante a presença de um campo magnético
externo proveniente de um ímã permanente. Estes sensores podem ser sensíveis aos pólos
do ímã ou somente a um pólo.
Figura 12 – Sensor Magnético de Segurança (Cortesia: DLG Instrutech)
1.6 SENSORES PICK-UP MAGNÉTICO
Estes sensores são utilizados para monitoração de velocidade em rodas dentadas
(engrenagens) e gera pulsos de tensão com freqüência proporcional à rotação.
Pode-se dizer que este tipo de sensor é um gerador de onda quadrada.
Normalmente adapta-se à saída deste sensor um conversor que transforma este sinal de
tensão quadrada em um sinal padronizado de corrente (4~20 mA) ou tensão (0~10 Vcc).
Pick-up magnéticos não necessitam de alimentação. Já fornecem um tensão
alternada, de forma quadrada, proporcional à rotação e o número de dentes. A freqüência
saída do pick-up é dada por:
݂=
݊∗‫݌‬
60
Onde:
n = rotação da roda dentada em RPM (rotações por minuto)
p = número de dente da roda dentada
f = freqüência da onda quadrada em Hz
Figura 13 –Uso do Pick-up magnético para medir rotação (cortesia: DLG Automação)
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Figura 14 – Pick-up magnéticos (cortesia: Instrutech)
1.7 SENSORES ÓPTICOS
São sensores que detectam a presença de luz infravermelha.
A-) Sensores Ópticos por Barreira
Neste tipo o sensor é composto por duas peças. Um emissor que envia um feixe
de luz infravermelha que é detectado pelo receptor.
Quando o feixe de luz é cortado o receptor interpreta como a passagem de um
objeto e comuta sua saída que pode ser PNP ou NPN.
Figura 15 – Funcionamento do sensor óptico por barreira
B-) Sensores Ópticos por Reflexão
São sensores cujos elementos de emissão e recepção estão justapostos no mesmo
conjunto óptico. Os feixes de luz infravermelha emitidos pelo transmissor refletem em
um espelho prismático colocado a sua frente e retornam ao elemento receptor e quando
um objeto interrompe o feixe de luz, o sensor promove a mudança de seu estado lógico.
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Figura 16 – Funcionamento do sensor óptico por reflexão
C-) Sensores Ópticos por Difusão
São sensores cujos elementos de emissão e recepção estão justapostos no mesmo
conjunto óptico. Os raios emitidos pelo transmissor refletem na superfície do objeto
detectado e retornam ao elemento receptor.
Figura 17 – Funcionamento do sensor óptico por difusão
Figura 18 – Exemplo de um sensor óptico por difusão (Cortesia: Sense)
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D-) Sensores Ópticos por Difração
São sensores cujos elementos de emissão e recepção estão justapostos no mesmo
conjunto óptico. Os raios emitidos pelo transmissor refletem em um prisma e retornam
em direção ao receptor. Quando este prisma é mergulhado em qualquer líquido, os raios
se dispersam desviando sua trajetória, ocasionando uma comutação eletrônica colocada a
sua frente e retornam ao elemento receptor.
Figura 19 – Funcionamento do sensor óptico por difração
Figura 20 –Sensor óptico por difração (Cortesia: Instrutech)
1.8 SENSORES CONDUTIVOS (Sonda Condutiva)
Este é um tipo de sensor utilizado, principalmente, para detecção de líquidos
condutivos. A principal aplicação é para controle de nível e monitoração de segurança
reservatórios.
Este sensor funciona sempre em conjunto com um relé de nível com entrada para
sonda condutiva e saída a relés
É desejável que este relé tenha ajuste de sensibilidade e tempo de atuação para
evitar falsa detecção.
Figura 21 – Sonda Condutiva (Cortesia: DLG Automação)
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Figura 22 – Relé de nível (Cortesia: DLG Automação)
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