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Apresentação do PowerPoint - Departamento de Engenharia
Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Seminário Princípios básicos sobre sensores e sistemas de aquisição de dados HMC, 2008 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Sensores e transdutores “Strictly speaking, a sensor is a device that receives a signal or stimulus and responds with an electrical signal, while a transducer is a converter of one type of energy into another. In practice, however, the terms are often used interchangeably.” Sensor Technology Handbook, edited by Jon Wilson, Elsevier, 2005 :Excerpted from Practical Design Techniques for Sensor Signal Conditioning, Analog Devices, Inc., www.analog.com. HMC, 2008 2 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Sensores e transdutores wikianswers.com A sensor is a device that responds to a physical stimulus (as heat, light, sound, pressure, magnetism, or a particular motion) and transmits a resulting impulse (a signal relating to the quantity being measured). (…) Often the words transducer and sensor are used synonymously. HMC, 2008 3 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Sensores e transdutores forum answers.yahoo.com “Finally, here is the definition that I, personally, like the best. A sensor collects information from the real world. A transducer only converts energy from one form to another.” HMC, 2008 4 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Sensores e transdutores ISAT253 Transducer: a device that changes (transduces) the signal to or from an electrical domain as a voltage or current. Sensor: also called detector, a device that senses a physical or chemical stimulus and converts it into a signal that can be electrical, mechanical, or optical HMC, 2008 5 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Sensores e transdutores Definição mais genérica de transdutores/sensores “Transducer - A device for translating the magnitude of one quantity into another quantity.” (O sensor poderá ser considerado a extensão do transdutor, com uma configuração geométrica adequada para a medida, com amplificação, conversão A/D …) HMC, 2008 6 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Sensores e transdutores Sentidos humanos versus sensores Segundo Gardner HMC, 2008 7 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Porquê sensores? Para quantificar os efeitos dos fenómenos físicos na natureza, que o ser humano (em alguns casos )percebe através dos seus próprios sensores, de forma qualitativa: -Para informar -Para controlar processos HMC, 2008 8 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Porquê sensores? Sistema de medição Segundo Gardner HMC, 2008 9 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Porquê sensores? Segundo Gardner HMC, 2008 10 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Porquê sensores? Sistema de medição e controlo Segundo Gardner HMC, 2008 11 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Porquê sensores? Sistemas de controlo -Malha aberta - Malha fechada ->necessita de sensores! HMC, 2008 12 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Porquê sensores? Sistema de controlo em malha aberta Exemplo: Controlo de velocidade de motor Sabendo a característica tensão versus velocidade, podemos calcular a tensão necessária para uma determinada velocidade: Cálculo de U Velocidade Desejada (Referência) HMC, 2008 Tensão necessária Motor Velocidade real 13 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Porquê sensores? Relação pode não ser tão directa e simples. Relação altera-se com a carga a que está sujeito o actuador Controlo pode ser impreciso HMC, 2008 Característica típica de motor brushless usado em ventiladores de PCs, Maxim Integrated Products, APPLICATION NOTE 809 Rev Up Your Fan Speed Control Designs, retirado de www.maxim-ic.com em Março2009 14 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Porquê sensores? Sistema de controlo em malha fechada “Medir a velocidade real e corrigir” Velocidade real Erro - Velocidade Desejada (Referência) HMC, 2008 Controlador Tensão necessária Motor 15 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Porquê Sensores? HMC, 2008 16 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Sensores: Só Eléctricos/Electrónicos? -Pigmento termocrómico / fotocrómico -termómetro de mercúrio -fibra óptica -filme fotográfico comvencional HMC, 2008 17 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Classificação de sensores Segundo a grandeza a medir : Temperatura, fluxo de calor, força/aceleração/choque, deslocamento, velocidade, luz, raios-x, pH, humidade, açúcar, álcool, campo magnético, corrente eléctrica, etc. HMC, 2008 18 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Classificação de sensores Segundo a forma de energia que convertem: HMC, 2008 Segundo Gardner 19 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Classificação de sensores Sensores activos ou auto-geradores: Geram um sinal eléctrico em proporção á grandeza medida Exemplos: Piezoeléctricos, termopares Sensores passivos ou moduladores: requerem alimentação e modulam sinal eléctrico fornecido conforme grandeza medida Exemplos: termístores, extensómetros HMC, 2008 Segundo Gardner 20 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Classificação de sensores Analógicos: Fornecem sinal proporcional à grandeza medida, numa escala contínua Digitais: Fornecem Informação tipo sim/não OU impulsos (encoders, sinais digitaisde frequência proporcional à grandeza medida) ou informação analógica digitalizada onde pára o sensor e começa o transdutor (ou vice-versa)? onde pára o sensor/transdutor e começa o sistema de medida? HMC, 2008 Segundo Gardner 21 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Sistema de medida típico Grandeza Sensor Condicionamento Visualização HMC, 2008 A/D Registo Processamento Transmissão (para controlo, p.ex.) 22 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Sistema de medida típico Retirado de www.scribd.com em Março 2009, Akram Ahmed Habib HMC, 2008 23 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Condicionamento Modificação e amplificação do sinal (autogerado ou modulado) do sensor. Tipo de condicionamento depende fortemente do tipo de sensor em presença HMC, 2008 24 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Condicionamento – Exemplos Sensores resistivos (exibem resistência eléctrica que varia com grandeza a medir) HMC, 2008 25 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Condicionamento – Exemplos – Sensor resistivo Segundo Sensor Technology Handbook HMC, 2008 26 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Condicionamento – Exemplos – Sensor resistivo Ponte de Wheatstone Segundo Sensor Technology Handbook HMC, 2008 27 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Conversão A/D Quantificação do sinal analógico em 1 de N níveis em que N= 2n Com n: nº de bits do conversor HMC, 2008 28 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Wikipedia HMC, 2008 29 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Como funciona? Segundo Gardner HMC, 2008 30 Universidade do Minho Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Como funciona? Segundo Sensor Technology Handbook HMC, 2008 31
