Aula sobre Sinais e Sistemas: Diferença entre Sinal Digital e Analógico

2º Aula Sinais e sistemas Objetivos de aprendizagem Ao término desta aula vocês serão capazes de compreender a diferença entre sinal digital e sinal analógico conhecer os diferentes tipos de sensores Prezadosas alunosas Nesta aula obteremos conhecimento sobre sinais de entrada e saída sensores para automação de processos e classes de instrumentos Boa aula Bons estudos 12 Automação Industrial Seções de estudo 1 Sinais de entrada e saída 2 Tipos de sensores e simbologia 1 Sinais de entrada e saída Uma das funções mais importantes da camada física é converter informação em sinais eletromagnéticos para poder enviálos num meio de transmissão Sejam estas informações uma sequência de 1s e 0s digital ou a nossa voz analógico por exemplo Em sistemas analógicos as quantidades físicas podem variar ao longo de uma faixa contínua de valores Exemplos de sistemas analógicos são a amplitude do sinal de saída de um altofalante equipamentos de gravação reprodução de fi ta magnética regulador de luminosidade dimmer 11 Sinal digital É um sinal que possui dois estados muito empregado para dizer se um sensor está ativado ou desativado ligado ou desligado ou como diz em lógica booleana se o estado é 0 ou 1 111 Exemplos de dispositivos de entrada digital Chaves fi m de curso sensores indutivos capacitivos sensores de proximidade entre outros 112 Exemplos de dispositivos de saída digital Lâmpadas contatos de contatores válvulas solenoides ventoinhas buzinas entre outros 12 Sinal analógico Diferente do sinal digital o sinal analógico trabalha não somente com dois valores mas sim com uma faixa de valores São muito empregados quando é necessário saber o valor real da grandeza aferida Os sinais analógicos são muito empregados em controladores em geral de temperatura vazão nível pressão entre outros mais Os valores de corrente e tensão de trabalho comumente encontrados neste tipo de instrumento são Tensão 0 à 10 Vcc 10 a 0 Vcc ou 10 à 10 Vcc Corrente 0 a 20 mA ou 4 à 20 mA Ao se trabalhar com um instrumento analógico é importante saber o range do equipamento o tempo de amostragem e a resolução do instrumento 2 Tipos de sensores e simbologia 21 Sensores indutivos A utilização deste tipo de sensor está relacionada ao fato deste detectar a proximidade de qualquer tipo de material metálico sem que este precise ter contato com o sensor Figura 9 Sensor Indutivo Fonte httpswwwcitisystemscombrsensorindutivopost0 Acesso em 14 abr 2020 22 Sensores capacitivos São dispositivos que detectam a proximidade de materiais orgânicos plásticos líquidos etc sem a necessidade de contato O funcionamento se baseia na variação do dielétrico do meio devido à aproximação do material e com isso sua saída varia Figura 10 Sensor capacitivo representação da atuação a e simbologia b Fonte httpswwwpasseidiretocomarquivo71087087automacaoindustrial Acesso em 14 abr 2020 23 Sensores magnéticos São dispositivos acionados devido a aproximação de um campo magnético Um exemplo prático de onde se encontra este tipo de sensor atualmente são nos portões eletrônicos Figura 11 Sensor magnético Fonte httpswwwuppersegcombralarmesensoresmagneticosensor magneticodesobreporcomfi osfi ilinhapremium Acesso em 14 abr 2020 24 Sensores óticos Fotoelétricos São sensores que possuem um modulo emissor e um receptor de luz infravermelha Utiliza fotodiodo ou fototransistor para detectar a luz infravermelha Possuem três tipos diferentes o sensor ótico por refl exão difusa sensor ótico por retrorrefl exão ou sensor ótico por barreira direta 13 Todos eles funcionam caso a luz pare de chegar no emissor A diferença será explicada nas nossas aulas Podemos observar destes sensores em sensores tipo cortina de luz para segurança de máquinas 25 Sensores ultrassônicos Este sensor emite ondas ultrassônicas que estão fora da faixa de audição dos seres humanos ao depararse com um obstáculo parte desta onda é refletida Ao chegar no receptor do sensor este calcula a diferença entre o tempo de envio e de recepção do sinal e calcula a distância do objeto por meio de um processo de linearização A vantagem neste sensor está no fato dele detectar qualquer tipo de material independentemente da cor da forma ou da constituição Figura 12 Sensor Ultrassônico Fonte Site do Fabricante Disponível em httpsbindicatorcombrsensornivel ultrassonicohtml Acesso em 14 abr 2020 26 Sensores de pressão 261 Sensores de pressão capacitivos Os sensores capacitivos possuem uma parte mecânica que é chamada de célula capacitiva e outra parte eletrônica que é chamado de circuito ressonante O esquema da célula será mostrado na figura 13 Figura 13 Sensor de pressão capacitivo Fonte Site do revendedor httpswwwinstrumaticcombrartigotransmissor depressaocomsensorcapacitivoaltaexatidaocomleituradiretae totalmentedigital Acesso em 14 abr 2020 Na área central da célula está localizado o diafragma sensor Este diafragma flexionase em função da diferença de pressões aplicadas ao lado direito e esquerdo da célula Existem dispositivos chamados diafragma isolador que tem por finalidade dar resistência contra a corrosão por conta dos fluidos do processo A pressão é diretamente transmitida ao diafragma sensor através do fluido de enchimento provocando a sua deflexão O funcionamento consiste no fato do diafragma sensor ser um eletrodo móvel e as duas estruturas adjacentes com superfície metalizada estarem fixas A deflexão do diafragma sensor é percebida através da variação da capacitância entre os dois eletrodos fixos e o móvel 262 Sensores de pressão piezoelétricos Os materiais piezoelétricos produzem tensão entre seus terminais quando uma força é aplicada a eles São muito aplicados quando há necessidade de se cumprir um dos seguintes requisitos espaço confinado para instalação de sensor medição de temperaturas muito elevadas estabilidade de sobrecarga extrema 27 Sensores de Temperatura 271 Termopares Termopares são sensores bimetálicos que criam uma tensão elétrica na faixa de milivolts ao submeter o sensor a uma variação de temperatura da temperatura de referência do instrumento Consiste basicamente na junção de dois materiais metálicos Dizemos que o sensor tem uma junta quente onde os dois metais estão soldados e uma junta fria onde temos a diferença de potencial Figura 14 Princípio de funcionamento e o sensor Fonte Google Imagens editada pelo autor Acesso em 14 abr 2020 272 Termistores Termistores são sensores que variam a sua resistência em função da temperatura Existem dois tipos de sensores o NTC Negative Temperature Coeficient e o PTC Positive Temperature Coeficient que se diferem pela forma com que acontece a variação de resistência onde no caso do NTC a resistência diminui conforme a temperatura aumenta e no caso do PTC a resistência aumenta conforme a temperatura aumenta 14 Automação Industrial Figura 15 Termoresistência PT100 Fonte httpwwwequipabrcomsensordetemperaturanovuspt100ai316 6x300mmrosca12nptcabecotegrande300cpt100ai3166x300mmrosca12 nptcabecotegrande300c8830007352novusp Acesso em 14 abr 2020 28 Sensores de Nível 281 Sensores de nível ultrassônicos A altura do nível é calculada através do cálculo do tempo entre a emissão e a recepção do pulso emitido pelo sensor Propriedades químicas e físicas do meio não infl uenciam o resultado da medição Figura 16 Funcionamento do sensor e Transmissor de Nível por ultrassom Fonte httpprofessorpucgoiasedubrSiteDocenteadminarquivosUpload 18451materialarteautomacaoindustrialpdf Acesso em 14 abr 2020 282 Sensores de nível por pressão diferencial O transmissor de pressão diferencial calcula a diferença entre a pressão em sua câmara de alta pressão e câmara de baixa pressão e precisa a altura da coluna dágua Grosso modo podemos dizer que por meio do peso da água ele estima a altura do líquido no tanque Figura 17 Medidor de pressão Fonte httpssistemaseeluspbrdocentesarquivos5840921208Aula5 Instrumentosdenivelpdf Acesso em 01 maio 2020 29 Sensores de Vazão Podemos ter sensores que utilizam vários princípios como a placa de orifício o tubo de pitot o tipo eletromagnético o tipo turbina o utilizando um sensor de pressão diferencial entre outros Detalharemos a seguir o tipo turbina 291 Tipo Turbina Consiste em um rotor montado axialmente na tubulação O rotor possui aletas pás de material metálico que fazem ele girar ao passar um fl uido na tubulação Do lado de fora um sistema composto por uma bobina e um imã permanente fi ca encarregado de receber pulsos referentes ao fl uxo magnético devido a passagem das aletas A frequência com que os pulsos são gerados desta forma são proporcionais a velocidade do fl uido que se relaciona de maneira direta com a vazão Chegamos assim ao fi nal de nossa aula Esperase que agora tenha fi cado mais claro o entendimento de vocês sobre Sinais e Sistemas Vamos então recordar Retomando a aula Almejamos que você tenha entendido sobre os diferentes tipos de sinais e a vasta gama de sensores que podem ser utilizados na automação de sistemas Vale ressaltar que nem todos os tipos de sensores estão listados nos tópicos acima visto a gama existente no mercado A escolha do sensor devese estar relacionada a aplicabilidade ao custo do projeto e a necessidade da precisão relacionada ao processo 1 Sinais de entrada e saída Neste item foi abordado de forma simplifi cada o funcionamento de um sinal digital e analógico bem como alguns exemplos de utilização 2 Tipos de sensores e simbologia Aqui foi apresentada diversos sensores seu princípio de funcionamento e a simbologia atribuída a cada um Na próxima aula estudaremos os sinais de controle existentes e sua simbologia simbologia de instrumentos Até lá 15 Disponível em httpwwwpiping designercomindexphpdisciplineselectrical instrumentation1826instrumentabbreviations Disponível em httpprofessorpucgoiasedubr SiteDocenteadminarquivosUpload18451material arteautomacaoindustrialpdf Disponível em httpwwwabramanorgbr arquivos6262pdf Vale a pena acessar ALVES J L L Instrumentação controle e automação de processos 2 ed Rio de Janeiro LTC 2010 BONALDO S A Técnicas digitais Santa Maria CTISMUFSM 2011 CAPELLI A Automação industrial controle do movimento e processos contínuos 2 ed São Paulo Érica 2010 DORF R C BISHOP R H Sistemas de controle moderno 12 ed Rio de Janeiro LTC 2013 FITZGERALD A E KINGSLEY JR C UMANS S D Máquinas elétricas 6 ed Porto Alegre Bookman 2006 Vale a pena ler Vale a pena Minhas anotações