trabalho resumo de sensores
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7/23/2019 Trabalho resumo de sensores
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FACULDADES INTEGRADAS CLARETIANAS
Trabalho domiciliar.
Henrique Batista da Silva RA: 2009881
RIO CLARO
2015
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ndice
Introduo ............................................................................................................ 2
Sensores ............................................................................................................... 3
Sensores digitais ................................................................................................. 4
Chaves digitais ................................................................................................... 5
Chave magntica.............................................................................................. 11
Par ptico ......................................................................................................... 12
Sensores Analgicos ......................................................................................... 18
LDR .................................................................................................................. 19
Termistor .......................................................................................................... 23
Sensor de Peso ................................................................................................ 27
Potencimetro .................................................................................................. 30
Microfone.......................................................................................................... 36
Sensor de vibrao ........................................................................................... 45
Sensor de distncia .......................................................................................... 51
Sensor de temperatura LM60 ........................................................................... 55
Acelermetro .................................................................................................... 59
Sensor de presso atmosfrica ........................................................................ 67
Sensor de campo magntico ............................................................................ 71
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Introduo
Na maioria dos projetos desenvolvidos em cursos como mecatrnica e
robtica, os sensores esto constantemente presentes. So atravs deles que
fazemos a leitura de determinadas caractersticas do ambiente e responder de
acordo com elas, como por exemplo sentir a presena de um objeto no percurso
de um rob e com isso mudar sua trajetria, sentir a temperatura de um motor e
assim diminuir ou aumentar sua velocidade.
Esse trabalho foi baseado totalmente da apostila disponvel na SAV, foi
pesquisado alguns tipos de sensores, mostrando seu funcionamento, aplicaes,
sugestes de aplicaes e explicando como utiliz-los corretamente num circuitoeletrnico.
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Sensores
Sensor pode ser definido como "aquilo que sente. Na eletrnica conhecido como qualquer componente (ou um circuito eletrnico) que permita a
analise de uma determinada condio do ambiente (seja ela algo simples como
temperatura, luminosidade ou uma medida mais complexa como a distancia de
um carro ate algum objeto prximo.
Tambm podem ser classificados como um tipo de transdutor. Um
transdutor um componente que transforma um tipo de energia em outro, como
por exemplo um microfone, pois o microfone transforma o som e energia eltrica,painis solares, motores, alto falantes, entre tanto, um sensor pode ser definido
como um transdutor especifico, que transforma algum tipo de energia (velocidade,
temperatura, luminosidade) em energia eltrica, que aps ser convertida
utilizada para a leitura de alguma condio ou caracterstica do ambiente.
Os sensores trouxeram muitas vantagens e comodidades para os tempos
moderna, com eles, temos a possibilidade de aumentar a eficincia de uma linha
de produo, de estacionar o carro sem risco de bat-lo, ou de at mesmo, evitar
tentativas de furto em residncias e estabelecimentos.
Podemos dividir os sensores basicamente em dois tipos: analgicos e
digitais. Essa diviso feita de acordo como o componente responde a variao
da condio.
Figura 1: Comparao de um sinal analgico com um digital.
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Sensores digitais
Os sensores digitais baseiam-se em nveis de tenso definidos, so
conhecidos como nvel Alto (High) ou Baixo (Low), ou 1 e 0. Esses sensores
utilizam lgica binria (que a base do funcionamento dos sistemas digitais),
essa sua diferena em relao a um sensor analgico, s trabalhar em dois
nveis, no sendo possvel haver um valor intermedirio entre eles.
Como padro uma tenso de 5V (ou prxima) considerada um nvel
lgico "Alto", um nvel lgico baixo possui uma tenso de aproximadamente 0V.
So usados esses valores, devido a serem compatveis com a maioria dos
circuitos digitais, embora alguns circuitos operem com tenses maiores ou
menores. importante saber que, esses nveis de tenso no devem ser maiores
que 5 V ou menores do que 0 V, e nem que sejam prximos desses valores
intermedirios como 2 ou 3 V, pois isso podem causar certa confuso e/ou danos
ao sistema.
Ao utilizar circuitos alimentados com tenses diferentes, o nvel Alto
geralmente corresponde a uma tenso igual a de alimentao, enquanto que o
nvel Baixo e igual a 0 V. Porem devemos sempre conferir as especificaes doscomponentes.
Figura 2: Nveis lgicos e tenses de circuitos digitais TTL.
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Um sensor digital basicamente possui duas respostas distintas. Por
exemplo, se utilizarmos uma chave magntica para monitorar uma porta, ela s
vai indicar que a porta est fechada ou no, e no sinal de sada teremos um nvel
de tenso alto ou baixo. O sensor no capaz de informar se a porta esta apenas
meia aberta, encostada ou se encontra aberta.
Tomando como referncia o exemplo da porta, com apenas um sensor
teremos a possibilidade de alternar entre dois estados, mas se utilizssemos dois
sensores iguais e em locais diferente, poderemos ter quatro possibilidades.
Com trs sensores teremos oito estados, isso mostra um exemplo pratico
de lgica binria, onde que, para cada sensor adicionado, dobramos o numero de
estados possveis.Sensores digitais mais complexos podem alternar entre mais respostas
diferentes, enviando valores binrios mais complexos, informando por exemplo a
temperatura do ambiente. Alguns modelos geram uma resposta de sinal
analgico, que internamente convertido num valor binrio, antes de ser enviado
para algum outro sistema.
Os sensores digitais mais complexos respondem de maneira mais
elaborada, pois utilizam certos modos de comunicao especficos, enviandosinais via Serial, PWM, dentre outras formas.
Veremos agora alguns dos sensores digitais mais comuns como podemos
utiliz-los.
Chaves digitais
As chaves digitais so os modelos sensores digitais mais simples. Seu
funcionamento puramente digital, pois indicam se esto pressionadas ou no.
Encontramos esse sensor em vrios equipamentos eletrnicos, como
calculadoras, funcionando como dispositivos de entrada de informaes. Por
exemplo, quando pressionamos o boto Stop do CD player, estamos informando
ao modulo de controle que deseja para o CD, ou seja, a chave esta atuando
apenas como um meio de entrada de informaes.
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Quando dizemos que uma chave est fechada, estamos permitindo a
passagem de uma corrente eltrica e quando dizemos que a chave est aberta,
estamos impedindo a passagem de corrente eltrica.
Figura 3: Funcionamento das chaves.
Existem vrios tipos de chaves que podem ser utilizadas com essa
finalidade, mas encontramos alguns modelos que possuem aplicaes mais
especficas.
Figura 4: Chaves variadas.
O modelo DIP um conjuntos de pequenas chaves, montadas numinvlucro semelhante aos de CI, sua maior vantagem a fcil montagem numa
matriz de contatos, onde suas dimenses so reduzidas e seus pinos encaixam-
se perfeitamente. Cada chave montada uma do lado da outra e seus contatos
encontram-se posicionados no corpo do componente. So encontradas em
verses que podem possuir de 1 a 16 chaves. Algumas chaves DIP possuem a
palavra ON escrita em seu corpo, isso indica a posio em que as chaves devem
estar parra se encontram fechadas.
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Figura 5: Chaves DIP.
O modelo tact-switch so pequenas chaves que encontramos em
diversos equipamentos eletrnicos. So um pouco maiores em relao ao DIP,
mas tambm podem ser montados em uma matriz de contatos.
Possuem 4 terminais e apenas um contato. Analisando a imagem abaixo,
vemos qus so formadas por duas tiras de metal com um boto entre elas.
Quando pressionarmos o boto, as duas tiras de metal entram em contato e
conduzem a corrente eltrica.
Figura 6: Chave "tact-switch" e seu esquema interno.
Outras modelo interessantes so as chaves de fim-de-curso, elas
possuem uma haste longa, que quando pressionada alterado seu valor lgico
(se normal a chave fica em 0, quando pressionada fica em 1, ou vice-versa,
depende do modelo). Por serem grandes, dificultam o uso em uma matriz de
contatos, sendo que para utiliz-las devemos soldar fios aos seus terminais.
Podem ser acionadas sem a necessidade de se fazer muita forca, o que facilita o
seu uso como sensor de posio.
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Figura 7: Chaves "fim-de-curso".
Esse modelo tambm pode ser encontrado uma trava. Uma chave com
trava ao ser pressionada, permanece fechada ou aberta ate que seja pressionada
novamente. Os modelos sem trava possuem um estado normal de operao
(fechado ou aberto) e quando a haste pressionadas, ela inverte seu estado, mas
quando soltamos a haste, ela volta ao seu estado normal. Os botes de mouses e
teclados so exemplos chaves sem travas.
Ao utilizar uma chave como sensor digital, podemos lig-las de duasformas, com resistor de pull-up ou com resistor de pull-down. Falaremos aqui
apenas a forma pull-up, pois essa a mais simples, segura, e onde teremos
menores chances de ocorrer problemas relacionado a correntes excessivas.
Figura 8: Chave ligada com resistor pull-up.
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No resistor de pull-up, quando a chave esta aberta sua sada ligada em
um resistor que est conectado a tenso de alimentao, isso faz com que
tenhamos um nvel Alto na sada do circuito, pois corrente que flui pelo resistor vai
direto para a sada do circuito.
Quando a chave for fechada, teremos na sada um nvel lgico Baixo (0 V),
pois a chave far com que a corrente flua direto para o terra (GND).
Figura 9: Utilizando chaves digitais. As setas indicam o sentido da corrente eltrica que passapelo resistor.
E importante que o resistor utilizado tenha um valor alto, para que a
corrente de sada do circuito seja baixa, pois os circuitos digitais so sensveis a
correntes eltricas e podem ser danificados. Usando o circuito acima como
exemplo, aplicaremos os valores na formula abaixo para verificar a corrente de
sada.
Teremos na sada uma corrente de 0,5 mA, que no causara dano a
nenhum circuito. recomendado que utilizemos sempre um resistor de valor
prximo ou ate mesmo superior a 10k, para garantir que no haja nenhumproblema com o circuito.
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As chaves no so mecanismos perfeitos e, podem gerar alguns
problemas durante sua utilizao. Os mais freqente o mal-contato ao acion-
las. Ao fecharmos uma chave, os seus contatos no se conectam imediatamente,
isso pode gerar um leve mal contato logo apos fech-la, isso pode fazer com que
na sada do circuito o sinal fique instvel, gerando pulsos indesejveis.
Podemos resolver esse problema utilizando um capacitor, devemos lig-lo
entre a sada do circuito e o terra (GND) da alimentao.
Figura 10: Chave digital com capacitor.
Esse no um procedimento obrigatrio, mas em alguns circuitos
eletrnicos ele pode ser necessrio. Quando fechamos a chave, o capacitor
comear a descarregar, mas caso ocorra um mal-contato e a chave reabrir por
um breve instante, a tenso voltara a 5V, que no caso ir recarregar o capacitor,
evitando que a tenso suba imediatamente.
Figura 11: O mal-contato que pode ocorrer com a chave aliviado pelo capacitor.
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Chave magntica
A chave magntica (tambm conhecida como reed switch) uma chave
digital que acionada por um ima.
Figura 12: Chave magntica
So dois contatos de metal que em seu estado normal encontram-se
aberto. Mas com a presena de um campo magntico, os contatos se fecham
podendo conduzir uma corrente eltrica. Os contatos ficam dentro de uma
cpsula de vidro, isolado-se da corroso atmosfrica.
Figura 13: Funcionamento da chave magntica.
Sua aplicao mais comum em sistemas de alarme. So posicionados
nos batentes de portas e janelas, onde um ima e colocado na porta de modo que,
enquanto ela permanecer fechada, a chave tambm estar, mas se a porta for
aberta, o ima se afastara da chave, que se abre disparando o alarme.
A chave magntica relativamente frgil, sendo necessrios alguns
cuidados durante sua utilizao. Se for preciso dobrar seus terminais, para mont-
la em uma placa de circuito impresso, devemos faz-lo com uma boa distancia dasua cpsula, para que ele poder ser danificado.
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Figura 14: Modo correto de dobrar os terminais da chave magntica.
Podemos utilizar a chave magntica do mesmo modo que as chaves
digitais.
Figura 15: Chave magntica ligada com resistor de pull-up.
Lembrando que, enquanto a chave magntica estiver aberta, haver uma
tenso de 5 V na sada, e ao aproximarmos um ima da chave, ela ser fechada,
gerando uma tenso de sada do igual a 0V.
No esquecendo tambm que, assim como as chaves comuns, podem
ocorrer algum mal-contato durante sua utilizao, no caso, tambm podemos
utilizar um capacitor para regularizar a tenso neste tipo de sensor.
Par ptico
O par ptico constitudo por um LED emissor de infravermelho e um
fototransistor. So muito utilizados na transmisso de dados sem fio, no
isolamento entre circuitos eltricos e funcionarem como sensores de posio.
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Os controles remotos de TV, teclados e mouses sem fio utilizam um LED
que envia os dados em forma de luz infravermelha, esses dados em forma de
sinais so captados por um fototransistor e depois processados por outro circuito
eletrnico, que faz a interpretao de acordo com a informao recebida.
Esse mesmo princpio de transmisso de dados citado acima, a base de
funcionamento para esses sensor fazer o isolamento entre circuitos eltricos. Ao
invs de fazer a comunicao entre dois aparelhos distantes um do outro, fazem
isso dentro de um mesmo circuito. Como no ha contato eltrico entre o emissor e
o receptor, os dois circuitos ficam eletricamente isolados.
Nesse modelos o LED e o fototransistor so montados em um nico
componente, com o formato de um circuito integrado e chamado de isolador ouacoplador ptico.
Figura 16: Isolamento realizado pelo acoplador ptico.
O sensor ptico tambm pode ser utilizados como sensores de posio. No
caso o par ptico se comporta como uma chave acionada por luz infravermelha.
Essa aplicao utilizada em vrios equipamentos, como um leitor que verifica a
presena de disquete no computador ou se ha papel numa impressora.
Tambm so muito utilizados em sistemas de alarme, onde os pares
pticos so montados em locais em que se deseja monitorar. O emissor colocado a uma certa distancia do receptor, e caso o feixe de luz infravermelha
seja interrompido, o alarme acionado.
Dependendo da aplicao, podemos encontrar os pares pticos em vrios
formatos. Para o uso como sensores de posio em equipamentos eletrnicos,
podemos encontrar o LED e o fototransistor montados em uma estrutura
formando um nico componente. Tambm podemos encontr-los separados,
sendo necessrio mont-los para poder serem utilizados como chaves pticas.
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Figura 17: Pares pticos. 1-Par ptico montado em uma nica pea. 2-LED emissor deinfravermelho. 3-Fototransistor.
O LED emissor de infravermelho possui todas as caractersticas de um
LED comum, mas algumas de suas diferenas est no fato de emitir uma luz no
visvel ao ser humano e de sua queda de tenso menor do que a de outros tipos
(1,2V aproximadamente).
O fototransistor um transistor acionado pela presena de luz, (nos
transistores comuns, uma corrente no terminal da Base que o aciona). Devido a
isso, ele no possui um terminal para a Base, o que lhe gera um formato
semelhante ao de um LED.
Na figura abaixo, vemos a simbologia e pelagens desses componentes,lembrando que, a pinagem do fototransistor pode variar de acordo com o modelo
utilizado, portanto devemos sempre checar as especificaes do componente.
Figura 18: Pinagem e smbolos do LED e do fototransistor.
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Ao utilizar o sensor ptico, no modelo em que temos os dois componentes
numa peca s, teremos 4 terminais.
O LED e o fototransistor ficam de frente um para o outro, onde que um
pequeno corte numa das pecas indica qual e o lado do LED emissor. Alguns
modelos ainda indicam o LED pintando a sua parte superior numa cor mais clara
do que o resto do corpo.
Figura 19: Pinagem do par ptico em pea nica.
recomendado que o LED infravermelho deva ser acionado com
alimentao de corrente um pouco alta, para termos um maior alcance da chave
ptica.
Atravs da formula abaixo, podemos calcular o resistor que dever ser
ligado em serie com uma alimentao de 5V, para que tenhamos uma corrente de
20mA no LED, lembrando que ha uma queda de tenso de 1,2V no LED.
Temos ento que, 190 no um valor comercial, e o que mais se aproxima
disso 220 , alem do que, esse valor se enquadra na tolerncia do componente(5% ou 10% acima ou abaixo do valor indicado).
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Para utilizar o par ptico como um sensor de posio, o fototransistor ser
considerado uma chave. Quando a luz emitida pelo LED estiver atuando no
fototransistor, ele ser fechado conduzindo uma corrente eltrica, gerando na
sada do circuito um nvel lgico Baixo. Mas se a luz for barrado por algum
material, ou se o LED mudar de direo ou for desligado, o fototransistor deixara
de conduzir gerando na sada um nvel de tenso Alto.
Figura 20: Circuito para a utilizao do par ptico.
Resumindo o circuito acima, o fototransistor vai opera basicamente em doismodos de acordo com a luz que incidida sobre ele: ligado (como uma chave
fechada) ou desligado (em aberto), conseqentemente gerando na sada apenas
dois nveis de tenso possveis.
Figura 21: Funcionamento do par ptico.
Para o melhor funcionamento desse circuito recomendando colocar o
fototransistor de modo que ele no fique exposto diretamente a luz do Sol, pois a
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luz do ambiente pode fazer com que ele seja acionado. No caso de haver
problemas com interferncia da luz ambiente, devemos diminuir a sensibilidade
do fototransistor, reduzindo o valor do resistor R1.
Com dois pares pticos, podemos medir a velocidade de um objeto mvel.
Colocamos os componentes no percurso do objeto, a uma distancia conhecida
um do outro, de modo que ele interfira na passagem da luz. Quando o objeto
passar pelo primeiro par ptico, dever ser acionado um timer (Timer um modo
de contar usado em CI's), que ser desligado quando o objeto passar pelo
segundo par ptico. Como sabemos a distancia entre os pares pticos e o tempo
que o objeto levou para percorrer essa distancia, podemos calcular a sua
velocidade.
Figura 22: Utilizando o par ptico para medir a velocidade de um corpo.
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Sensores Analgicos
Os analgicos so os mais comuns, possuem essa denominao pois sebaseiam em sinais analgicos, ou seja, para cada nvel da condio medida,
haver um nvel de tenso correspondente.
Figura 23: Um exemplo de sinal analgico.
Considerando um sensor analgico ideal, a variao de uma determinada
condio (temperatura, luminosidade, etc.), dever haver uma variao de mesma
proporo de alguma de suas propriedades (tenso ou resistncia), j nos
sensores reais essa considerao no pode ser feita, pois vrios fatores
influenciam o seu funcionamento como a temperatura e a umidade do ambiente
que podem gerar erros de medida, os materiais utilizados em sua construo que
limitam a sensibilidade e a faixa de operao do sensor.
Hoje, a grande parte dos sensores so analgicos, pois a maioria dos
parmetros que sero medidos tambm o so, como por exemplo, a luminosidade
de um ambiente, entre a luz intensa e a escurido total podemos obter infinitos
valores.
Os sensores analgicos tambm podem ser classificados pelo o modo de
como respondem s variaes. Essa resposta devera ser alguma variao da
propriedade eltrica do componente (variao de resistncia, tenso,
capacitncia, entre outros).
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Os sensores resistivos so os modelos mais comuns, so aqueles que num
circuitos se comportam como um resistores varivel, isso se deve ao fato de que,
sobre certas propriedades fsicas ou qumicas (luminosidade, temperatura, entre
outros) o valor de sua resistncia muda, dentre esse modelo podemos destacar o
LDR, o termistor, o sensor de peso e o potencimetro.
J os sensores piezeltricos so feitos com materiais que, quando
submetidos a certas presses ou vibraes, geram uma tenso (como alguns
tipos de microfone e o sensor de vibrao).
Temos tambm os sensores capacitivos, onde a variao de determinada
condio gera uma variao na capacitncia do componente, e com isso,
podemos ocasionar a mudana da tenso ou da freqncia do sinal de sada dosensor. Alguns modelos deste tipo de sensor so os acelermetros e o sensor de
umidade.
Existem sensores que possuem um funcionamento mais complexo, eles se
baseiam em outras propriedades e possuem circuitos internos especficos para
gerar um sinal de sada adequado, podemos dar como exemplos o sensor de
distancia e o sensor de temperatura LM60, esses sensores utilizam circuitos
integrados para realizar a leitura, mas sua resposta ainda fornecida em formade um sinal analgico.
LDR
O LDR (Light Dependent Resistor Resistor Dependente de Luz)
exemplo mais comum de sensor resistivo.
Figura 24: LDR
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um componente que, quando uma variao na luminosidade que incide
sobre gera uma variao na sua resistncia.
Podemos ver uma aplicao deste tipo de sensor na iluminao publica,
para que, de acordo com a claridade do ambiente, as lmpadas sejam acionadas
ou desligadas automaticamente. Tambm so utilizados em cmeras, onde
servem para medir o nvel de luz do ambiente, permitindo assim termos o controle
do tempo de exposio para a captura de imagem.
um componente que no possui pinagem correta, ou seja, as ligaes de
seus terminais podem ser feitos de qualquer forma. Em esquemas eletrnicos so
representados com o seguinte smbolo:
Figura 25: Smbolos do LDR utilizados em esquemas eletrnicos. esquerda a simbologia americana e direita a europia.
Sua composio dado por sulfeto de cdmio (CdS), um material
semicondutor, que disposto num traado em forma de ondas na superfcie do
componente. Tem a propriedade de diminuir sua resistncia passagem da
corrente eltrica quando a luminosidade em que est submetido aumenta.
Esse fato pode ser comprovado utilizando um multmetro. Em um ambiente
escuro, mediremos no componente uma alta (valores que podem chegar prximos
ou ate superiores a 1 M), mas se aumentarmos gradativamente a intensidade da
luz, veremos que sua resistncia comeara a diminuir, podendo chegar a valores
prximos de 1 k.
Vale lembrar que os valores medidos podem ser influenciados por vrios
fatores, como o componente utilizado, a quantidade de luz no ambiente e o
prprio multmetro. Abaixo veremos um exemplo do grfico de resposta de um
LDR.
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Figura 26: Grfico da resposta do LDR.
Para fazermos a medida da luminosidade de um ambiente com o LDR,
precisamos fazer com que sua variao de resistncia seja convertida numa
variao de tenso. Essa variao de tenso poder ser interpretada por um
circuito externo, que ir tomar as devidas providncias conforme suas
necessidades. Conectar o LDR atravs de um divisor de tenso o meio mais
fcil.
Um divisor de tenso composto por dois resistores ligados em serie, onde
a tenso no ponto entre esses dois resistores depende das suas resistncias e da
tenso de alimentao.
Figura 27: Divisor de tenso.
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O clculo da tenso entre os resistores (Vr) pode ser feito atravs da
seguinte frmula:
Podemos substituir um dos dois resistores do divisor de tenso por um
LDR, j que o mesmo tambm considerado um resistor (lembrando que o LDR
um sensor, mas devido sua propriedade de possuir e variar sua resistncia,
tambm pode ser considerado um resistor varivel). Na Figura 5, se colocarmos
o LDR no lugar de R2 teremos um circuito em que a tenso Vr aumenta conforme
luminosidade do ambiente fica mais intensa.
Uma forma de confirmar isso, atravs da frmula acima, ou seja,
conforme a intensidade de luz que incide sobre o LDR cresce, sua resistncia
diminui, fazendo com que o valor de Vr aumente. Para este tipo de aplicao,
recomendado de que, no lugar de R1 seja colocado um resistor que possua um
valor que fique entre os valores mximo e mnimo do LDR, mas isso no regra,
podemos colocar outros valores, contudo, devemos observar como esse resistorir influenciar no valor de sada.
Figura 28: Divisor de tenso com o LDR.
Tambm possvel trocar a posio do LDR, ao invs de colocar no lugar
de R2, podemos coloc-lo no lugar do R1. A diferena que teremos um circuitocom funcionamento contrario, ou seja, o valor da tenso Vr ir aumentar quando
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a luminosidade do ambiente diminui. Pra confirmar isso, com a frmula do divisor
de tenso, podemos que, quanto menor o valor de R1, menor ser o valor de Vr.
Figura 29: Divisor de tenso com o LDR.
Termistor
O termistor outro modelo de sensor resistivo muito comum, pois um
componente capaz de medir variaes de temperatura. Por ter essa capacidadede medio, deve estar sobre constante monitoramento, j que essa sua
caracterstica existem muitas aplicaes importantes como o funcionamento de
maquinas, realizao de experimentos ou fabricao de diversos tipos de
produtos.
Figura 30: Modelos de termistores
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Termistores de alta qualidade so utilizados em setores importantes como
na medicina (durante a realizao de diagnsticos e tratamentos), no setor
automotivo (monitorar a temperatura do motor e dos sistemas de lubrificao) e
ate no setor aeroespacial. Tambm empregado em sistemas de ar
condicionado.
O termistor tambm no possui uma pinagem especifica, e representado
em circuitos (de acordo com a simbologia europia) da seguinte forma:
Figura 31: Smbolo do termistor em esquemaseletrnicos.
Existem dois tipos de termistores, o NTC e PTC, so classificados de
acordo com sua resposta em funo da temperatura.
Os modelos mais comuns so os termistores NTC (Negative Temperature
Coefficient Coeficiente de Temperatura Negativo), so feitos de materiais
semicondutores simples, recebem essa nomenclatura pois sua resistncia diminui
quando a temperatura aumenta, ou seja, possuem um coeficiente de temperatura
negativo.
Os termistores PTC (Positive Temperature Coefficient Coeficiente de
Temperatura Positivo) so menos usados, pois sua constituio e feita de
elementos mais complexos, portanto, mais caros. Seu funcionamento o
contrario dos NTC, ou seja, ao aumentar a temperatura sua resistncia tambm
aumente.
O PTC mais utilizado para proteger circuitos eletrnicos de excessos de
correntes, substituindo os fusveis tradicionais, normalmente, sua resistncia a
passagem da corrente eltrica pequena, e apenas uma pequena quantidade da
energia eltrica transformada em calor, mas se a corrente aumenta, a
quantidade de energia dissipada em forma de calor ser maior, assim a
temperatura do componente tambm sobe, aumentando sua resistncia a
passagem da corrente.
Esse efeito e importante para evitar surtos de corrente, que acontecemgeralmente em motores eltricos.
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Figura 32: Supresso de surtos com um termistor PTC.
Existem vrios tipos de termistores, com diferentes curvas de resposta,
temperaturas mximas e mnimas de operao e outras caractersticas, que
temos disponveis, devemos escolher aquele que seja adequado para a aplicao
em que ser submetido.
Abaixo temos um exemplo de grfico mostrando como a resistncia dos
termistores NTC e PTC variam de acordo com a temperatura.
Figura 33: Grfico de resposta dos termistores NTC e PTC.
Sempre devemos levar em contar de que um termistor possui uma faixa
limite de operao. A temperatura certa para a sua utilizao varia de acordo com
o fabricante, mas caso no seja possvel obter essa informao, o recomendado
no expor o componente acima de 100 C.
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Por ser um sensor resistivo podemos lig-lo com um circuito divisor de
tenso, e assim fazer a medio da temperatura, pois a tenso resultante nesse
circuito ser correspondente a temperatura do ambiente.
Substituindo R2 por um termistor NTC, vemos que com aumento da
temperatura, haver um aumento da tenso em Vr, isso comprovado com a
formula do divisor de tenso, pois quanto menor for o valor de R2, maior ser a
tenso de sada (Vr).
Podemos colocar um resistor de qualquer valor no lugar de R1, mas
recomendado de no seja com o valor muito baixo, para que a corrente eltrica no
divisor de tenso no seja alta. interessante colocar um resistor que possua
mesmo valor da resistncia do termistor quando em temperatura ambiente, dessemodo e nestas condies, a sada do divisor de tenso dever ser
aproximadamente a metade da tenso de alimentao.
Figura 34: Divisor de tenso com termistor.
Ao colocarmos o termistor no lugar de R1, o divisor de tenso se trabalhara
de forma contraria, ou seja, a tenso de sada aumentara quando a temperatura
diminuir.
Figura 35: Divisor de tenso com termistor.
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Podemos dizer que esse o mtodo mais simples e eficaz de verificao
da temperatura ambiente atravs de um termistor. A tenso entre o termistor e o
resistor (Vr) pode ser utilizada como referencia para um circuito externo, onde
ser possvel monitorar a temperatura do ambiente, de uma determinada peca ou
de um processo e realizar certas aes, como por exemplo exibir o valor da
temperatura em um display ou emitir um sinal de alerta.
Sensor de Peso
O sensor de peso outro modelo de sensor resistivo e de fcil aplicao.Com ele podemos medir o peso de um objeto ou uma forca aplicada sobre ele.
Muito utilizado em industrias alimentcias, fazendo a monitorao da
entrada de matria-prima e a sada do produto acabado, sendo assim possvel
evitar desperdcios e realizar certos processos de forma mais eficiente. Outra
aplicao, que com modelos mais avanados desses sensores so criados
sistemas de tato artificial para robs, dando a eles percepo de toque de
superfcies e texturas.
Sua construo pode ser feita de vrias formas, mas os modelos mais
comuns e onde sua utilizao mais simples so os resistivos.
Seu principio de funcionamento simples: quanto maior a forca exercida
sobre ele, menor ser a resistncia entre seus terminais.
Mostraremos como exemplos dois sensores de peso que esto disponveis
no mercado, o IESP-12 e o SF-4 (produzidos pela CUI Inc.). Possuem muitas
caractersticas semelhantes como tenso de alimentao, limites de operao e
resposta em funo do peso, mas so bem diferentes fisicamente.
Figura 36: Sensores de peso IESP-12 e SF4.
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Logo abaixo veremos um grfico do comportamento deste tipo de sensor e
a primeira concluso que j podemos chegar de que sua resposta no
proporcional a forca que exercida sobre ele.
Figura 37: Grfico de resposta dos sensores de peso IESP-12 e SF-4.
Vemos que a faixa de maior sensibilidade de ambos est entre 200g e
1000g e, acima deste peso, fica cada vez mais difcil obter um valor preciso. Isso
devido ao fato desses sensores serem destinados apenas ao uso genrico, pois
para aplicaes que necessitem de mais preciso, devem ser utilizados sensores
dedicados.
Alguns cuidados devem ser tomados ao se trabalhar com esse tipo desensor, como por exemplo, devemos levar em conta que eles apresentam limites
de operao, tomar cuidado com a voltagem (alimentao pode ser feita com uma
tenso entre 3 e 6V) e a corrente conduzida (a corrente no deve ser superior a
20mA).
Tambm deve-se tomar cuidado com a fora exercida sobre eles, o IESP-
12 suporta at no mximo 4 Kg e o SF-4 suporta ate 3 Kg (o recomendado que
o peso no seja superior a 1,5 Kg para aumentar a vida til dos sensores),lembrando que os sensores perdem muito de sua sensibilidade em valores altos.
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Outro cuidado importante que no se deve manter um peso apoiado
sobre o sensor durante muito tempo, pois geralmente so destinados ao uso
intermitente e uma fora exercida por um perodo muito longo pode causar
impreciso nas leituras ou estrag-los permanentemente.
Existem outros modelos deste tipo de sensor, e caso seja usado um
diferente, basta procurar suas especificaes que so disponibilizadas no site do
fabricante e assim, saber quais so seus limites de operao e a alimentao
adequada.
Como qualquer sensor resistivo, podemos monitorar a resposta do sensor
de peso atravs de um divisor de tenso. Lembrando que devemos tomar
cuidado, pois a corrente que flui por ele no poder ser maior que 20mA.Para exemplo, vamos definir uma alimentao com tenso de 5V e calcular
o valor do resistor que ser colocado em serie com o sensor para que tenhamos
uma corrente mxima de 5mA no circuito quando a resistncia do sensor de peso
for muito baixa.
Vale lembrar que esse valor no obrigatrio, podemos trabalhar com
outros resistores, mas recomendado utilizar valores maiores para que a corrente
no danifique o componente.
Termos duas maneiras de ligar o sensor na forma de um divisor de tenso.Se for colocado na posio de R2, veremos que quanto maior o peso sobre o
sensor, menor ser sua resistncia, resultando e uma maior tenso (Vr) entre os
dois componentes.
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Figura 38: Divisor de tenso comsensor de peso.
Se for colocado na posio de R1, acontecera o inverso, quanto maior for o
peso sobre o sensor, menor ser a tenso entre os dois componentes.
Figura 39: Divisor de tenso comsensor de peso
Podemos usa esse sensor para construir uma balana (lembrando-se de
respeitar seus limites de capacidade mxima e de no deix-lo durante muito
tempo embaixo de algum peso), pode ser usado como sensor de toque em um
rob ou em algum sistema eletrnico, mas para essa utilizao deve haver uma
sensibilidade muito grande na variao do sinal do divisor de tenso para que o
sistema responda a uma pequena forca exercida sobre o sensor.
Potencimetro
A principal aplicao do potencimetro de ajustar algum parmetro comovolume do aparelho de som, por exemplo, mas tambm podemos utiliz-lo como
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um sensor de posio, como em robs ou equipamento indstrias, onde so
destinados a informar a angulao exata de um brao mecnico.
Outra aplicao seria em monitorar o funcionamento da suspenso de um
carro de corrida, em que, de acordo com as informaes recebidas do
potencimetro que acompanha o movimento dos amortecedores, um sistema de
controle regula a dureza da suspenso de acordo com as condies da pista.
Figura 40: Modelos de potencimetros.
Sua simbologia em circuitos de acordo com os padres americanos e
europeus, so:
Figura 41: Simbologia do potencimetro, esquerdaa americana e direita a europia.
O potencimetro pode ser utilizado em aplicaes que envolvamfenmenos puramente mecnicos como o deslocamentos, movimentos e outros.
Atravs desse componente e possvel transformar em caracterstica eltrica a
mudana de uma varivel mecnica (mudana do angulo ou de uma altura).
O potencimetro composto por uma faixa de material resistivo
(normalmente grafite) ligada entre seus dois terminais externos. Temos tambm
um cursor ligado diretamente ao terminal central do potencimetro que desliza
sobre o material resistivo. Esse cursor pode ser movimentado atravs de um eixorotativo ou um pino de plstico ou metal.
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Figura 42: Interior do potencimetro, detalhando suas partesprincipais.
Ao alterarmos a posio do cursor, alteramos a resistncia entre o terminal
central e os dois terminais externos do potencimetro, mas o valor da resistncia
total do potencimetro (que fica entre seus terminais externos) ser sempre
constante.
Figura 43: Resistncia medida entre os terminais dopotencimetro em diferentes posies do cursor.
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Normalmente o valor da resistncia total do potencimetro mostrada em
seu prprio corpo, mas tambm podemos obter medindo a resistncia entre os
dois terminais externos com um multmetro.
O potencimetro pode ser mais claramente definido como sendo um divisor
de tenso varivel.
Podemos tambm classificar os potencimetros de acordo com o modo de
como podemos alterar a posio do cursor, ou seja, de como podemos variar sua
resistncia. Podemos classific-los em lineares, multivolta ou angulares.
Figura 44: Modelos de potencimetros. 1-Potencimetro angular.
2-Potencimetro multivolta. 3-Potencimetro linear.
O mais comuns so os potencimetros angulares, podemos encontr-los
especialmente em aparelhos de som. Nesses potencimetros, o cursor
geralmente esta ligado a um eixo, de modo que ele acompanha o seu movimento.
Tambm pode ser usado como sensores de posio angular, indicando por
exemplo o deslocamento de uma engrenagem ou a inclinao de uma rampa.
Possui uma restrio de giro (ou curso) em 270.
Os modelos multivolta so uma variao dos angulares, difceis de
encontrar no mercado, eles possibilitam varias voltas do inicio ao fim do curso, o
que os torna prticos para aplicaes em robs e outros sistemas mecnicos,
onde seja necessrio monitorar a movimentao de alguma estrutura.
Os potencimetros lineares so muito utilizados em equipamentos de
mixagem e equalizadores de udio, pois permite uma leitura mais fcil para
operador. Nele o cursor ligado a um pequeno pino de plstico (ou de metal) e
movimentado junto com ele. Uma outra aplicao trabalhar como sensor de
movimento linear, onde podemos verificar a compresso de uma mola.
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Outra classificao que tambm podemos ter dos potencimetros em
relao a sua configurao interna. Os mais comuns so os potencimetros
simples, que apresentam apenas uma faixa de material resistivo e um cursor e
possuem 3 terminais, mas em aplicaes onde e necessrio controlar dois
divisores de tenso simultaneamente, utilizamos o potencimetro duplo (dual-
gang em ingls).
Ele apresenta duas faixas de material resistivo, dois cursores e possui 6
terminais. Quando movemos pino do potencimetro, os dois cursores so
deslocados simultaneamente, como ter dois potencimetros distintos que
compartilham o mesmo controle de posio do cursor.
Os potencimetros duplos angulares possuem duas divises com 3terminais (pinos) cada, com isso fica fcil identificar cada um. Os trs terminais
dianteiros correspondem a um potencimetro, os 3 terminais traseiros so
destinados ao outro.
Figura 45: Potencimetros angulares duplos.
Para usarmos um potencimetro como sensor de posio devemos ligarum dos terminais da extremidade com uma tenso positiva e o outro com uma
tenso negativa, sendo que a tenso do terminal central vai variar entre esses
dois valores de tenso.
A tenso mxima com a qual podemos alimentar o potencimetro vai
depender da potencia de que ele capaz de dissipar e de sua resistncia mxima
(resistncia total, medida entre os terminais externos) . Geralmente um
potencimetro comum capaz de dissipar 0,5W de potncia. Como exemplo
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para calcular a tenso mxima, suponhamos um potencimetro de 1 k, a relao
entre potencia, tenso e resistncia dada pela formula:
Descobrimos atravs do clculo que podemos alimentar esse
potencimetro com uma tenso continua de no mximo 22,4 Volts.
Alem da tenso, outro cuidado que devemos toma de nunca ligar o
terminal central do potencimetro na alimentao, pois correremos o risco de
causar um curto-circuito na fonte de alimentao.
Outra recomendao de que o terminal central no seja ligado
diretamente ao circuito eletrnico, antes ele deve passar por um Amplificador
Operacional configurado como seguidor de voltagem ou buffer (onde o ganho
normalmente 1). Fazemos isso pois, dependendo do circuito em que ser
conectado o terminal central, podem ocorrer desequilbrios no divisor de tenso
que so gerados pelo potencimetro, mas ao utilizarmos um buffer, o AmpOpconsegue fornecer uma corrente de ate algumas dezenas de miliampres sem
afetar sinal de entrada, e ento, sada do AmpOp pode ser ligada a um outro
circuito eletrnico.
Figura 46: Potencimetro com Amplificador Operacionalconfigurado como seguidor de voltagem.
Podemos usar potencimetros em vrias aplicaes que envolvamdeslocamento lineares ou angulares. Uma aplicao bem til e utiliz-lo na
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medio do volume de um tanque. utilizamos um potencimetro angular com uma
bia presa no seu eixo atravs de uma haste, assim a resposta do potencimetro
ir variar de acordo com a posio da bia dentro do tanque, atravs de um
circuito que ir interpretar essa resposta, mostrar o volume em litros numa tela de
cristal liquido.
Figura 47: Utilizando um potencimetro paramonitorar o volume de um tanque.
Microfone
O microfone e um componente captador de som que a converter as
vibraes sonoras em sinais eltricos. So usados em diversas aplicaes como
por exemplo aparelhos telefnicos, equipamentos de gravao e sensores de
distancia baseados em ultra-som.
Figura 48: Modelos de microfones.
Vin
GND
Circuito de
interpretao
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Existem diversos tipos de microfones, utilizados em vrios tipos de
aplicao.
Os dinmicos so os mais simples, apresentam um funcionamento
parecido com os dos alto-falantes (a captao do som faz vibrar um diafragma,
esse, induz uma corrente varivel em uma bobina eletromagntica, nos alto-
falantes acontece exatamente o oposto).
Outro modelo muito comum so os capacitivos, so baseados em
capacitores variveis.
Um dos modelos mais complexos so os parablicos (destinados a
espionagem) e modelos baseados na refrao de raios laser numa lamina de
vidro.O microfone de eletreto o modelo mais comum, sendo utilizados desde
aparelhos telefnicos ate em microfones de alta qualidade. Suas vantagens so
seu preo acessvel e sua fcil utilizao.
Figura 49: Microfones de eletreto.
A maioria dos microfones possuem um diafragma, uma pelcula fina e
flexvel que vibra quando as ondas sonoras atuam sobre ela. Um microfone
caracterizado de acordo com modo que essa vibrao convertida num sinal
eltrico.
Nos microfones de eletreto e nos capacitivos, existe uma pequena placa de
metal alem do diafragma, e essas duas peas juntas formam um capacitor. A
vibrao do diafragma faz com que a distancia entre ele e a placa de metal varie,
o que faz conseqentemente que a capacitncia desse conjunto tambm tenha
uma variao.
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Como a carga armazenada pelo capacitor se manter constante, temos que
a voltagem entre o diafragma e a placa de metal varia, e de acordo com a
formula:
Q = C V
Onde Q a carga (medido em Coulomb), C capacitncia (medida em
Farad) e V a tenso.
O sinal eltrico que resulta da variao dessa voltagem reproduz fielmente
a vibrao do diafragma, podendo assim, ser amplificado e reproduzido por um
alto-falante.
A diferena entre o microfone de eletreto e o capacitivo que, o eletreto
em seu diafragma possui uma fina pelcula de eletreto (material que quando
eletrizado manter sua carga permanentemente). Isso permite que esses
microfones operem com tenses baixas, diferente dos microfones capacitivos que
precisam de algumas dezenas de Volts.
Figura 50: Interior do microfone de eletreto,detalhando suas partes principais.
Alem disso, internamente esse microfone possui um FET (Field Effect
Transistor, traduzindo, Transistor de Efeito de Campo) que tem a funo de
funcionar como um buffer, eliminando problemas de impedncia e capacitncia
que podem ocorrer durante a conexo com o destino final do sinal. A fonte de
tenso necessria para utilizar o microfone se destina a alimentar esse transistor.
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O microfone de eletreto possui uma pinagem especifica devido a sua
construo. Seus terminais devem ser ligados de modo certo para no ocasionar
danos ao componente.
Olhando a parte inferior do microfone, onde esto os seus dois terminais,
notamos que eles so diferentes. Um terminal totalmente isolado, o outro possui
extenses direcionadas a carcaa do microfone. Esse terminal que possui a
extenso o terminal negativo e o que esta isolado o positivo.
Figura 51: O terminal do microfone que possui extenses sua carcaa o terminal negativo.
Um microfone de eletreto, necessita de componentes extras para serutilizado. Primeiramente necessrio aliment-lo por causa de seu transistor
interno. Entre o terminal positivo e a alimentao do microfone (podendo ser de
5V), devemos colocar um resistor que limitara a corrente que passa pelo
microfone.
o terminal positivo do microfone que ser ligado ao receptor do sinal, e
como esse terminal tambm estar ligado na alimentao, precisaremos separar
o sinal que alimenta o circuito (VDC), do sinal AC gerado pelo microfone. Paraisso utilizamos um capacitor, pois o mesmo um componente que bloqueia
sinais contnuos e deixa passar sinais variveis. A denominao de um capacitor
nesta funo e de "capacitor de desacoplamento".
Na sada desse capacitor ento, teremos um sinal varivel que reproduz as
vibraes do diafragma causadas pelas ondas sonoras.
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Figura 52: Esquema bsico para a ligao de ummicrofone de eletreto.
O sinal gerado ento, poder ser encaminhado para um amplificador,
transmissor de radiofreqncia ou outro circuito analgico, mas esse sinal ainda
no o ideal para ser aplicado num conversor A/D ou ser monitorado por outro
circuito. Primeiramente devemos adequar a tenso de repouso desse sinal, logo
aps devemos amplific-lo.
A tenso de repouso (Vrep), tambm conhecida como nvel DC ou Offset,
a tenso que aparece na sada do circuito quando nenhum som captado pelomicrofone, e quando as ondas sonoras fazem vibrar o diafragma, gerado um
sinal varivel.
Por se tratar de um sinal alternado, sua tenso varia acima e abaixo da
tenso de repouso (Vrep). Na figura acima (Figura 30), podemos considerar a
tenso de repouso como sendo. Quando o microfone captar algum som, haver
um sinal que ir variar entre um valor Maximo e um valor mnimo.
Figura 53: O sinal de sada do circuito correspondeao som captado pelo microfone.
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A maioria dos conversores A/D no conseguem ler tenses negativas,
sendo necessrio fazer com que a tenso de repouso tenha um valor alto, e
assim, fazer com que o valor mnimo do sinal analgico possa ser maior que 0 V.
Assim, o sinal de sada do microfone estar dentro dos valores de leitura
de um conversor.
Figura 54: Conforme a imagem acima, devemos aumentar a tenso de repouso do circuito, paraque o valor mnimo do sinal seja um pouco maior que 0V.
Desse modo, podemos implementar no circuito acima um divisor de tenso.
Colocando na sada do circuito um divisor de tenso, quando o microfone captar
algum som, a tenso de sada vai variar de acordo com o sinal captado, e quandoo sensor estiver em repouso, a sada do circuito ser a tenso no divisor de
tenso.
Figura 55: Utilizando um divisor de tenso para adequara tenso de repouso.
Pelo fato do sinal de sada do microfone ser baixo (picos entre 10 e 20mV), podemos ter um valor baixo como tenso de repouso.
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O nvel de tenso de repouso do circuito pode ser calculado pela formula
utilizada nos divisores de tenso. Utilizando o esquema acima, com seus
respectivos valores de alimentao e resistncia, teremos uma tenso de repouso
de 37 mV (0,037 V), isso pode ser comprovado pela formula:
Levando em considerao que o valor de um sinal sonoro capturado pelo
microfone varia entre 10 e 20 mV, teremos um sinal adequado para sua utilizao
em outros circuitos, pois quando o microfone estiver captando, o sinal de sada ir
variar no mximo entre 20 mV e 60 mV, levando em conta que o sinal fraco pode
ser amplificado.
O processo de amplificao bem interessante, pois a diferena entre os
valores mnimo e mximo do sinal original muito baixa. Assim sendo, adiferena entre um som fraco e um forte bem pequena, mas com a amplificao
do sinal, a diferena fica mais perceptvel.
Figura 56:Amplificao de um sinal fraco.
O mtodo mais fcil de se realizar uma amplificao atravs de um
Amplificador Operacional (AmpOp). No exemplo abaixo utilizamos um circuito
integrado LM324N. Existem outros modelos de CI's, como tambm existem vrios
mtodos para se fazer uma amplificao.
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Aps o sinal do microfone de ser ajustado atravs do divisor de tenso, ele
ser aplicado na entrada positiva do AmpOp. Um resistor (no caso R1) ser ligado
entre a sada e a entrada negativa, e um outro resistor (R2), de valor menor, ligara
a entrada negativa ao 0V da alimentao.
Figura 57: Circuito integrado LM324, sua pinageme esquema da configurao de amplificador.
Ser atravs dos resistores que ser determinado o ganho desse circuito,
isso de acordo com a seguinte formula:
Considerando que o sinal de um microfone tem um pico de tenso
aproximadamente igual 60 mV, iremos amplific-lo com um ganho de
aproximadamente 25 vezes, e assim, obter um sinal de ate 1,5 V.
Utilizando um resistor de 18 k no lugar de R1 e um resistor de 750 no
lugar de R2, proporcionaremos o ganho especificado anteriormente. Vale lembrar
que, caso necessrio, ainda possvel amplificar mais o sinal.
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Figura 58: Sinal de sada do circuito utilizado como microfone.
Feito todo esse processo, temos agora um sinal que pode ser utilizados poroutros circuitos. Como todo o sinal foi amplificado, fcil observar que a tenso
de repouso tambm esta mais alta (algo prximo de 1V). Lembrando que, quando
o nvel sonoro for o valor mximo que o microfone pode suportar, o sinal
resultante ir variar entre um valor pouco acima de 0,5 V e um pouco abaixo de
1,5 V.
Veremos agora como ficou o esquema final do circuito necessrio para a
utilizao do microfone.
Figura 59: Circuito recomendado para a utilizao do microfone.
Alguns cuidados devem ser tomados durante a soldagem do microfone,
necessrio ficar atento em relao a sua pinagem, levar em conta que os
terminais de alguns microfones de eletreto so pequenas reas de metal (o queno caso dificulta a soldagem do componente diretamente em uma placa).
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recomendado que o microfone seja soldado atravs de fios, ou ate
mesmo com pernas de resistores e capacitores (que normalmente so grandes),
podemos cort-las e sold-las nos terminais do microfone.
Uma aplicao pratica do microfone em um sistema de acionamento
controlado por som. Nesse caso utilizamos o microfone para monitorar o volume
de som no ambiente, e quando houver um rudo, uma palma ou uma fala mais
alta, maior do que limite definido, algum circuito seja acionado.
Sensor de vibrao
um componente capta uma vibrao e a converte em um sinal eltrico.
Seu funcionamento semelhante ao de um microfone, a diferena e de que,
enquanto que no microfone as vibraes so causadas pelas ondas sonoras, no
sensor de vibrao destina-se a vibrao de estruturas.
Figura 60: Sensor de vibrao.
Sua principal aplicao em equipamentos industriais, verificando o
funcionamento de maquinas, motores, ou qualquer equipamento que produza ou
utilize algum movimento para seu funcionamento. O monitoramento desses
sensores nos aparelhos permite identificar com antecedncia problemas e falhas
que podem se tornar graves, isso possibilita maior eficincia na linha de produo
e evita perdas desnecessrias.
Normalmente so construdos com materiais piezeltricos, materiais que
possuem a capacidade de gerar uma tenso, quando submetidos a um esforo
mecnico (cristais como quartzo por exemplo).
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Esse fenmeno ocorre pois, quando o cristal esta em repouso, todas as
cargas eltricas positivas e negativas esto simetricamente distribudas, o que
gera uma carga neutra, mas quando uma forca exercida sobre o cristal, essa
simetria quebrada, desencadeando uma distribuio irregular das cargas
fazendo surgir uma tenso. Em casos extremos, essa tenso gerada pode atingir
valores bem altos (na casa de alguns milhares de volts).
Figura 61: Funcionamento do sensor de vibrao.
Os materiais piezeltricos so utilizados em varias reas devido a sua
capacidade de gerar tenso atravs de esforos mecnicos. Alem de sensores de
vibrao, podemos encontr-los em captadores para instrumentos de cordas,
microfones piezeltricos, receptores de ultra-som e ate mesmo em isqueiros.
Tambm podemos realizar o processo inverso, ou seja, gerar uma
compresso do tamanho do cristal ao aplicarmos uma tenso sobre o material.
Esse processo utilizado na construo um boxe (dispositivo que converte um
sinal eltrico em um sinal sonoro).
Esses materiais no so bons condutores de eletricidade, apesar degerarem grandes tenses, e para ser usado adequadamente, se aplica uma
camada metlica em cada extremidade do cristal.
A representao simblica desse componente conforme a figura abaixo:
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Figura 62: Smbolo dosensor de vibrao.
Precisamos de componentes extra para verificar a vibrao captada por
esse sensor.
Pelo fato do sensor de vibrao utilizado ser composto apenas por um
cristal piezeltrico com dois eletrodos, ou seja, sem nenhum componente
eletrnico a mais, no se necessrio aliment-lo.
Um dos terminais do sensor ser a origem do sinal do sensor, que ser
monitorado por um circuito externo, o outro terminal deve ser ligado ao negativo
da alimentao, mas tudo isso deve ser feito depois de ser previamente
adequado.
Primeiramente de isolar o sensor de qualquer sinal DC que possa ser
originado. Fazemos isso utilizando um capacitor de desacoplamento, o colocando
no terminal de sada do sinal do sensor.
Figura 63: Esquema bsico para a utilizao do sensorde vibrao.
O valor do capacitor utilizado irrelevante. A tenso de sada ps capacitor
ser um sinal que corresponde a vibrao captada pelo sensor, mais ainda no
um sinal que possa ser monitorado diretamente atravs de alguns circuitos. Do
mesmo jeito que foi feito com o microfone, devemos adequar a tenso de repouso
(Vrep), para que o valor mnimo do sinal sempre esteja acima de 0V.
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Figura 64: Devemos aumentar a tenso de repouso do circuito, para termos um sinalcom o valor mnimo um pouco maior que 0 V.
Do mesmo modo que foi feito com o microfone, utilizaremos um divisor de
tenso, mas no caso do sensor de vibrao, o circuito dever ser planejado de
modo que a tenso de repouso seja de 900 mV (0,9 V).
Figura 65: Circuito com o divisor de tenso para adequar atenso de repouso.
Utilizando os valores d tenso de alimentao, das resistncias do circuito
acima, e a formula do divisor de tenso, podemos calcular a vamos calcular a
tenso de repouso.
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Desse modo podemos ver que teremos uma tenso de repouso adequada
para utilizao em vrios circuitos, mas circuito para a utilizao do sensor de
vibrao ainda no esta completo.
Lembrando que os cristais piezeltricos no sensor de vibrao podem gerar
tenses muito altas, devemos proteger o circuito que vai receber o sensor contra
tenses excessivas, pois a maioria desses circuitos no suportam essas tenses
altas.
Para isso utilizamos o diodo Zener, um dos mtodos mais eficazes para
esse tipo de processo. O Zener um pouco diferentes dos diodos comuns, so
construdos de modo que possibilitam conduzir corrente nos dois sentidos, direto
e reverso. Nos dois tipos a conduo comea a ocorrer com tenses de 1Vaproximadamente.
Figura 66: Diodos Zener e seu smbolo utilizado em esquemas eletrnicos.
No modo direto (tenso positiva no anodo e a negativa no catodo), ele
conduz a corrente como um diodo comum, variando conforme o modelo do diodo.
Ao ser polarizado inversamente (tenso negativa no anodo positiva no
catodo), ele ainda capaz de conduzir a corrente (diferente dos diodos comuns),mas a conduo s ser feita acima de uma tenso conhecida.
Cada modelo de diodo Zener possui uma tenso de conduo reversa
prpria, que variam de algumas unidades a algumas dezenas de Volts.
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Figura 67: Utilizao de um diodo Zener.
Todo diodo possui uma pequena marca de cor diferente do resto do seu
corpo, que fica prxima de um dos terminais, essa marca indicando o terminal docatodo.
Figura 68: Identificando os terminais do diodo.
Os diodos Zener so utilizados para limitar ou regular a tenso de um
circuito eletrnico devido sua capacidade de conduzir apenas acima de uma
tenso determinada.
Afim de proteger a entrada de qualquer tenso exagerada, utilizaremos um
diodo Zener que, em modo reverso, comea a conduzir quando estiver acima deuma tenso de 4,3 V. Para isso, devemos ligar o catodo no divisor de tenso, e
aterrar o anodo (ligado ao terminal negativo da alimentao).
Quando um sinal que tenha uma tenso mxima superior a 4,3 V, o diodo
comear a conduzir, estabilizando a tenso em 4,3 V.
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Figura 69 Proteo exercida pelo diodo Zener.
Cumprindo todas essas etapas, teremos um sinal que pode ser monitorado
atravs de um circuito externo. Abaixo vemos os esquema necessrio para se
utilizar o sensor de vibrao.
Figura 70 Circuito recomendado para a utilizaode um sensor de vibrao.
Com o circuito acima, podemos utilizar um sensor de vibrao de forma
simples e sem o risco de danificar os componentes.
Sensor de distncia
Muito utilizado em linhas de produo automatizadas, o controle de
posicionamento, medio das dimenses dos objetos e verificao de danos e
falhas dos produtos, so as aplicaes em que o sensor mais se destaca.
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Figura 71: Sensor de distncia.
Alem dos ambientes industriais, esses sensores esto presente em alguns
automveis, auxiliando no estacionamento do veculo, e ate controlarautomaticamente a distancia em relao ao carro da frente.
Tambm so muito utilizados em robs, os possibilitando monitorar o
ambiente e assim, evitar choques e/ou quedas.
Encontramos vrios modelos disponveis no mercado desse tipo de sensor,
temos os sensores baseados em radar, ultra-som, laser ou infravermelho.
Os baseados em radar e ultra-som costumar ser caros e relativamente
difceis de operar. Eles emitem um pulso de radio ou de som e calculam o tempo
para que esse pulso seja refletido e retorne ao sensor. As respectivas velocidade
do pulso emitido so 300000 Km/s para o radio e 1200 Km/h para o som,
aproximadamente, com isso ento, possvel calcular a distancia do objeto reflete
o pulso.
Figura 72: Funcionamento do sensor de radar e de sonar.
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Os sensores pticos utilizam raios laser ou infravermelho, e seu
funcionamento baseado no principio da triangulao.
emitido um feixe de luz por um diodo laser ou um LED infravermelho, e
ao ser refletido por algum objeto, esse raio detectado por um PSD (Position
Sensing Device Dispositivo de Monitoramento de Posio), e de acordo com a
distancia do objeto, esse raio incide em diferentes modo no PSD.
Figura 73: Funcionamento do sensor de distncia.
O PSD composto por vrios componentes que so sensveis a luz ( como
fotodiodos). Um modulo de processamento monitora sua resposta, podendo
identificar a posio exata em que o raio incidiu no componente. Como essa
posio depende da distancia do objeto que refletiu o feixe de luz, o modulo
processa esses sinais e produz uma sada que corresponde a essa distancia.
Figura 74: Funcionamento do PSD (Position Sensing Device).
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O sensor de distancia ptico que utilizemos como exemplo, ser o
GP2Y0A21YK, fabricado pela Sharp, que um modelo que baseia na
triangulao do infravermelho.
Esse componente rene todas as funes necessrias para um sensor de
distancia, como emissor de infravermelho, PSD e modulo de processamento.
Quando ligado adequadamente, o modulo de processamento do sensor
gera um sinal de sada, em que sua tenso vai variar de acordo com a distancia
do objeto.
O grfico abaixo esta disponvel no manual do componente, e com ele,
podemos verificar o comportamento do sensor.
Figura 75: Grfico de resposta do sensor de distncia Sharp GP2Y0A21YK.
Vemos que o sensor pode facilmente identificar objetos que esto a uma
distancia de 5 a 80 cm, e quando a distancia entre o sensor e o objeto se manter
estvel, a tenso de sada do sensor ser constante. Outra observao que pode
ser feita que, quanto mais distante do objeto, menor ser a tenso na sada do
sensor.
O sensor j no vai funcionar bem em distancias acima de 80 cm, devido
ao fato da variao da tenso ficar cada vez menor. O uso do sensor tambm no
recomendado e para distancias menores que 5 cm, pois o sinal em sua sada
pode no corresponde a distancia real do objeto.
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A utilizao desse sensor simples, atravs da figura abaixo, podemos ver
que ele possui semente trs terminais de conexo.
Figura 76: Pinagem do sensor de distncia GP2Y0A21YK.
A alimentao deve ser feita ligando o terminal V+ uma fonte de
alimentao de 5V, e o terminal GNT deve ser ligado ao terra (ou o 0V da
alimentao). Devemos tomar cuidado para que tenso no seja superior ou
inferior a 5 V, pois correremos risco de queima ou mal funcionamento do
componente. O terminal que sobrou a sada do sensor, a tenso desse terminal
corresponde a distancia de algum objeto na frente do sensor, desse modo, essesinal poder ser utilizada por um circuito externo.
Sensor de temperatura LM60
O LM60 um dos sensores de temperatura analgicos mais comuns,
possui um encapsulamento TO-92 (normalmente usado para transistores), mas
esse componente um circuito integrado.
Figura 77: Sensor de temperatura LM60.
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Seu principio de funcionamento bem semelhante ao do termistor, pois
tambm se baseia no fato de que o comportamento dos materiais semicondutores
dependem da temperatura.
A vantagem de ser um circuito integrado de que geralmente no
precisam de componente extra, podendo ser ligado diretamente no circuito que ir
fazer a monitorao do sinal, o que facilita muito sua utilizao.
Ao trabalharmos com um sensor LM60, devemos tomar cuidado em
relao a sua pinagem, pois uma conexo errada pode danificar totalmente o
componente, outro detalhe importante, que sua alimentao pode ser feita com
tenso entre 3 e 9 V.
Observando a imagem abaixo, podemos ver que seus terminais sofacilmente identificados.
Figura 78: Pinagem do LM60.
Outra vantagem que facilita muito a utilizao de um sensor de temperatura
em forma de CI, de sua resposta ser extremamente linear. A calibrao desse
sensor feito de modo que, ao se elevar a temperatura em 1C, a tenso de
sada do componente aumenta em 6,25 mV.
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Figura 79: Grfico de resposta do LM60.
De acordo com o fabricante, a tenso de sada pode variar no mximo
1205mV ( equivalente a 125C) at o mnimo de 174mV ( equivalente a 40C),
embora esses valores possam no ser exatos.
Em mdia a preciso desse sensor e de aproximadamente 3C, ou seja, se
a temperatura do ambiente for de exatamente 25C, a resposta do sensor poder
ser um valor entre 22 e 28C.
Um procedimento recomendado, mas no obrigatrio, e amplificar o sinal
de sada do sensor, para melhor visualizao da mudana do sinal de acordo com
a temperatura. Vemos as vantagens desse procedimento quando comparamos
um sinal normal em amplificado, em uma mesma variao da temperatura, a
tenso do sinal amplificado ira variar mais do que o sinal normal, permitindo
termos leituras mais precisas e uma melhor visualizao no grfico. Isso pode ser
feito utilizando um AmpOp (para exemplo usaremos um LM324N), em uma
configurao onde ganho seja aproximadamente 1,5.
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Figura 80: Circuito recomendado para a utilizao do LM60.
Na entrada positiva do AmpOp dever ser aplicado diretamente o sinal do
LM60, entre a entrada negativa e a sada do AmpOp colocaremos um resistor de
1 k, e entre a entrada negativa e terra (GND), colocaremos um resistor de 2,2
k.
Segundo o esquema da figura acima (Figura 56), teremos o circuito
necessrio para a conexo do sensor de temperatura LM60 a uma entradaanalgica atravs de um AmpOp, onde o ganho ser de aproximadamente 1,5.
O LM60 pode ser usado em quase todas as aplicaes de um termistor,
mas pelo fato de ser um CI, pode ser utilizado mais facilmente, j que seu sinal de
sada corresponde claramente a temperatura detectada.
vlido lembrar que existem outros modelos de circuito interado que
fazem o papel de sensor de temperatura, so classificados de acordo com o seu
sinal de sada, digitais e analgicos.
Os mais simples so os analgicos, eles possuem um sinal de sada cuja
tenso corresponde a temperatura do ambiente. Esse sinal pode ser utilizado por
um outro circuito analgico, ou ser convertido em digital para ser monitorado por
um circuito digital, por exemplo, um microcontrolador.
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Figura 81: Sada de um sensor analgico.
Os sensores de temperatura digitais possuem uma resposta diferente, seus
procedimentos de monitorao de temperatura so parecidos com os de um
analgico, ou seja, existe a gerao de um sinal analgico, em tenso
corresponde a uma temperatura do ambiente, mas diferena esta no fato de que,no prprio CI, esse sinal convertido num sinal digital.
Figura 82: Sada de um sensor digital.
O sinal digital menos sujeito a interferncias, e pode ser lido mais
facilmente por um circuito digital. Uma das desvantagens de que esse sinal no
pode ser utilizado por um circuito analgico, e tambm, sua aplicao um
pouco mais complicada.
Acelermetro
So dispositivos que medem a acelerao sofrida por um corpo. Os
acelermetros possuem diversas aplicaes, mas a mais conhecida em
automveis, especialmente em air-bags. Nesse caso, o acelermetro monitora a
acelerao do veiculo, e quando ocorre uma desacelerao muito grande,
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caracterizando um acidente, ele acionado, ativando o circuito que controla o air-
bag.
Figura 83:Acelermetros.
Tambm podem ser aplicados em sismmetros, monitorando abalos
ssmicos, em cmeras digitais na estabilizao automtica da imagem, entreoutras aplicaes.
Recentemente esto sendo aplicados para a proteo de HD's de
notebook. Quando o acelermetro detecta que o aparelho esta em queda livre, as
cabeas de leitura do HD se afastam do disco rgido, evitando que todos os dados
presentes nele sejam perdidos no impacto.
Da mesma forma do sensor de distancia e o sensor de temperatura LM60,
os acelermetros so compostos por vrios componentes em uma nica peca epodem ser construdos de vrias maneiras. Temos um modelo que utiliza os
mesmos materiais piezeltricos encontrados nos sensores de vibrao, possuem
alguns cristais microscpicos que so comprimidos por forcas de acelerao e
geram uma certa voltagem.
Outro mtodo comum para a construo de acelermetros esta em
monitorar variaes de capacitncia, possuindo um principio de funcionamento
parecido com alguns tipos de microfone. Esses modelos so compostos por trs
placas, formando dois capacitores, uma dessas placas mvel, e conforme a
acelerao, comeam a se movimentar, variando a capacitncia do conjunto. Um
modulo de processamento monitora esses capacitores e faz a interpretao da
acelerao atravs da variao entre os capacitores.
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Figura 84: Funcionamento dos acelermetros capacitivos.
Esses modelos foram desenvolvidos utilizando a tecnologia MEMS (Micro-
Electro-Mechanical Systems Sistemas Micro-Eletro-Mecanicos), Essa recente
tecnologia permite construir estruturas mecnicas e eletrnicas em escalas
microscopias. Isso permite integrar essas estruturas em CI's e construir
componentes pequenos, com alto desempenho e baixo custo.
Figura 85: Interior do acelermetro: acima encontra-se a estrutura MEMS que identificaaceleraes e no centro o mdulo de processamento.
Os classificao dos acelermetros tambm podem ser dada de acordo
com a forma de seu sinal de sada. Nos analgicos, temos na sada um valor de
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tenso que proporcional acelerao sofrida pelo sensor. Se a acelerao for
constante, a tenso na sada do acelermetro tambm ser.
Os modelos digitais, fazem a converso desse sinal analgico em digital
internamente.
Figura 86: Respostas de acelermetros analgicos e digitais.
No exemplo de aplicao, utilizaremos um modelo analgico de
acelermetro.
Devemos obter conhecimento sobre alguns conceitos importantes, para
que possamos fazer um melhor uso desse tipo de sensor.
Temos disponveis modelos que podem medir aceleraes em 1, 2 ou 3
eixos cartesianos, onde cada eixo possui uma sada prpria. Nas maioria das
aplicaes, 2 eixos so suficientes, a no ser, se for necessrio monitorar
aceleraes nas 3 dimenses.
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Figura 87: Eixos nos quais um acelermetro capaz demedir aceleraes.
Uma outra caracterstica que devemos saber o valor mximo de
acelerao em que o sensor ser submetido. Os acelermetros possuem um
limite de operao, que se for atingido pode danificar o componente. Esses
valores limites, so obtidos tendo como referencia a gravidade da Terra (g = 9,8
m/s2).
Dependendo da aplicao, os valores limites podem ser altos ou baixos,
por exemplo, acelermetros usados para disparar air-bags de automveis possui
um valor limite de aproximadamente 200g.
A sensibilidade do acelermetro est relacionada diretamente com a
preciso, pois quanto mais sensvel ele for, melhor ser sua preciso de medida
em sinais de grandes variaes.
Outro fator que devemos saber sobre acelermetros sua largura de
banda, que indica qual ser freqncia em que o sensor medira a acelerao e
enviar ao sinal de sada. Normalmente 10 leituras por segundo (10 Hz)
suficiente, mas existem aplicaes quem exigem respondas rpidas, onde a
largura de banda pode chegar na ordem de centenas de Hz. Podemos modificar
essa freqncia de leitura em alguns modelos, essa freqncia de leitura pode ser
modificada, alterando o valor do capacitor colocado na sada do sensor.
Devemos tomar muito cuidado ao trabalharmos com acelermetros, um
dos mais importante o de nunca deix-lo cair em uma superfcie dura, isso pode
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causar srios danos ao componentes. Outro cuidado importante que devemos
tomar, com relao a eletricidade esttica, pois muitos componentes so
sensveis as descargas eletrostticas. Tambm devemos saber a posio dos
eixos, para que possamos fazer a medio no eixo certo.
Sabemos que em um acelermetro analgico, o nvel de tenso de sada
equivalente acelerao submetido no componente, mas quando o no sofre
nenhuma acelerao, o nvel de sada se manter num valor constante
(normalmente, a metade da tenso de alimentao do acelermetro).
Quando submetido a uma acelerao no sentido positivo do eixo, a tenso
de sada aumenta, ate aproximadamente o valor da alimentao do sensor. Ao
sofrer uma acelerao no sentido negativo do eixo, a tenso da sada diminui ateum valor prximo de 0. Vale a pena saber que, se a acelerao for perpendicular
ao eixo, ela no detectada.
Figura 88: Exemplo do comportamento do acelermetro de acordo com a aceleraosofrida. Quando parado, a sada do eixo X permanece na tenso de repouso. Ao sofrer aceleraono sentido positivo do eixo, a tenso aumenta, quando sofrer uma acelerao no sentido negativo,
a tenso diminui e quando a acelerao ocorre perpendicular ao eixo, ela no detectada .
Alm de aceleraes dinmicas (como a de um carro), os acelermetros
pode atuar com aceleraes estticas (a da gravidade da Terra). Por exemplo, ao
posicionarmos o acelermetro de modo que algum eixo fique no sentido da
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acelerao gravitacional, o sinal de sada desse eixo ir corresponder a uma
acelerao de 1g, mesmo estando imvel.
Figura 89: Medindo a acelerao gravitacional com um acelermetro. Neste caso atenso de sada do eixo ser correspondente a uma acelerao de 9,8 m/s.
O mtodo de medir inclinaes com acelermetros, utiliza o princpio acimae um pouco de trigonometria.
Figura 90: Eixo Z do acelermetro em diferentes inclinaes.
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Para exemplo, digamos que vamos monitorando apenas o eixo Z de um
acelermetro, e ele foi posicionado num determinado angulo em relao ao solo.
Atravs da trigonometria, sabemos que, podemos dividir a acelerao em duas
componentes, uma no eixo Z (eixo que estamos monitorando) e uma no eixo X ou
Y (dependendo do posicionamento do acelermetro). A acelerao sofrida pelo
eixo Z (a) igual a acelerao da gravidade (g) vezes o cosseno do angulo
(ngulo formado entre o eixo Z e a acelerao gravitacional). A imagem abaixo
ilustra o que foi comentado.
Figura 91: Determinando a acelerao gravitacional sofrida pelo eixo Z.
Como a tenso de sada e a acelerao so proporcionais, temos que a
tenso de sada que corresponde ao eixo Z (Vsaida) igual a tenso de sada
correspondente a fora de acelerao gravitacional (Vgrav) vezes o cosseno do
angulo .
Vsaida= Vgrav cos
Podemos encontrar esse tipo de aplicao em controles de videogames, e
sistemas de controle de estabilidade de automveis, entre vrias outras
aplicaes.
Para finalizarmos o assunto, ao monitorarmos o acelermetro atravs de
um circuito externo, devemos nos lembrar de monitorar a sada de cada eixo
separadamente, e no caso dele ser utilizado com um outro circuito, devemos
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acopl-lo a um AmpOp em configurao de ganho unitrio, evitando qualquer
problema de impedncias tanto do acelermetro, quanto do circuito externo.
Sensor de presso atmosfrica
Presso atmosfrica e basicamente uma forca gerada pelo ar, que atua
sobre alguma superfcie. Com a monitorao desse fenmeno, os sistemas de
meteorologia conseguem fazer previses de tempo.
Figura 92: Sensores de presso atmosfrica.
Basicamente a previso feita da seguinte forma, se a presso de uma
regio cai, a probabilidade de que ocorram chuvas e tempestades e at mesmo,
furaces ou tornados. Quando a presso fica em um nvel alto, provavelmente o
clima estar seco e limpo.
A presso atmosfrica tambm pode variar em relao a altitude, em
regies baixas, prximas do nvel do mar, a atmosfera densa (possui uma
grande concentrao de molculas), o que faz com que a presso seja mais alta.
Em altitudes elevadas, a atmosfera fica mais rarefeita (as molculas ficam mais
afastadas umas das outras), fazendo com a presso nesses locais seja menor do
que no nvel do mar.
Uma outra aplicao bem especifica para esses tipo de sensores, est em
medir a presso do ar nos pneus dos automveis, uma informao bem valiosa
veculos de corrida, mas tambm til em carros comuns, pois pneus vazios
geram maior atrito com o asfalto, conseqentemente aumentam o consumo decombustvel e podem causar acidentes.
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Encontramos esses sensores tambm na industrias. A presso dentro de
tubulaes, caldeiras e mquinas, algo que deve ser monitorado
constantemente, pois auxilia na busca por falhas e prevenir problemas.
Podem ser classificados em trs tipos: gauge, absoluto ou diferencial. Essa
classificao feita de acordo com o tipo de referencia que o sensor utilizada
para a leitura.
Os sensores de presso gauge medem a presso do ambiente em relao
a presso atmosfrica local.
Os sensores de presso absoluta medem a presso em relao ao zero
(vcuo total). Para explicar o funcionamento desses sensores, vamos imaginar
que estamos em um carro com uma velocidade de exatos 100 km/h, entomedimos a velocidade de outros veculos em relao a nossa velocidade (100
km/h). Agora vamos imaginar que estamos medindo novamente a velocidade dos
carros, mas desta vez, parados na beira dessa estrada. Nesse caso, a velocidade
ser medida tendo como referencia o 0 km/h, pois estamos parados.
Fazendo uma analogia, o principio de funcionamento do sensor de gauge,
seria quando medssemos a velocidade dos outros veculos estando a 100 km/h e
o sensor absoluto, seria medir a velocidade enquanto estivermos parados.
Figura 93: Enquanto o sensor de presso absoluta mede em relao ao zero, o sensorgauge compara com a presso atmosfrica local.
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Os sensores diferenciais, fazem a comparao entre duas presses.
Possui duas entradas de ar, e o nvel de tenso da sada indica a diferena entre
as presses.
Figura 94: Sensor de presso
Os sensores de presso so construdos geralmente com materiais
piezoresistivos, so materiais que possuem a capacidade de variar sua
resistncia quando submetidos a um esforo mecnico. Esse efeito comum em
materiais semicondutores, como o silcio ou germnio.
. vlido saber que, o efeito piezoresistivo e diferente do efeito
piezeltrico, pois enquanto que os materiais piezeltricos geram uma tenso
quando pressionados ou deformados, os piezoresistivos alteram sua resistncia.
Figura 95: Funcionamento do sensor de presso.
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Seu principio de funcionamento se da devido a ser constitudo por duas
cmaras, que entre elas colocada uma pelcula de material piezoresistivo (o
modo de como essas cmaras so construdas define qual o tipo do sensor).
Nos sensores de presso absoluta, uma dessas cmeras fechada e a
outra aberta, onde a presso destinada a ser medida fica. A cmara fechada
contem vcuo, onde presso a ser monitorada e medida em relao a presso
zero. Esse sensor muito aplicado para medir presses baixas, menores do que
a atmosfrica.
Nos sensores de gauge as duas cmaras so abertas, onde que uma
destinada presso a ser medida, e a outra destinada entrada de ar
atmosfrico, fazendo com que a presso e medida tenha relao com a pressoatmosfrica local. No caso da presso de referncia ser a mesma da monitorada,
a forca resultante sobre o material piezoresistivo ser nula e quando uma das
presses for maior do que a outra, a pelcula ser submetida a um esforo e sua
resistncia ira mudar.
O sensor de presso diferencial tambm possui as duas cmaras abertas,
porem so destinadas as presses que sero comparadas pelo sensor. Nos
modelos piezoresistivos, essa estrutura construda utilizando a tecnologiaMEMS, o que possibilita gerar um dispositivo bem pequeno com a integrao de
todos os componentes numa nica peca.
Esses sensores so componentes frgeis, devemos tomar muito cuidado
ao trabalharmos com eles. Uma dica importante de nunca pressionar a regio
de sensibilidade do componente, pois so destinados exclusivamente a medir
presso do ar ou de algum gs, no devem ser pressionados.
Devemos tomar cuidado com ambientes muito midos, pois a umidadepode danific-lo, liquido, sujeira ou poeira podem entrar nas aberturas do sensor e
causar algum mal funcionamento.
Lembrando que todos os sensores possuem uma faixa de operao, em
que funcionam corretamente. No caso desse tipo de sensor que estamos
estudando, se a presso estiver acima ou abaixo desses valores limites, podem
ser danificados. Devemos tambm, sempre verificar a pinagem do e a
alimentao do sensor, para que o mesmo, possa funcionar corretamente.
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Ao conect-lo em algum circuito externo, recomendado que utilizemos
um AmpOp com ganho unitrio, para que a corrente de sada do sensor seja
pequena, e no cause riscos de danos.
Sabemos que um dos fatores que determinam a presso atmosfrica a
altitude. Esses sensores so capazes de detectar pequenas variaes de
presso, por isso, uma de suas aplicaes mais comuns a de medir altitudes.
Nesse aspecto, muito aplicado em aeromodelos de controle remoto, foguetes
amadores, entre outros.Dependendo do modelo do sensor, possvel detectar
variaes de menos de 1 metro.
Sensor de campo magntico
Esses sensores podem ser aplicados em muitas situaes, sendo muito
utilizado para medir campos magnticos (por exemplo, o campo magntico
terrestre ou um gerado atravs de um ima) ou uma variao nesse campo
causada por um material ferromagntico.
Figura 96: Sensores de campo magntico. O modelo da direita destinado a ser encaixado emcabos e medir correntes eltricas a partir do campo magntico produzido por elas.
. Muito utilizado em aviaes, fazendo a monitorao da direo e
inclinao atravs da medida do campo magntico terrestre, e fazer suar
est