Tipos de sensores muito utilizados em aplicações eletrônicas

O sensor eletrônico é o componente responsável por unir o mundo real ao mundo virtual.

Com ele podemos adquirir informações físicas ao nosso redor e manipular os dados através de um equipamento. É o que ocorre em um sistema de aquisição de dados.

O estudo detalhado dos seus diferentes tipos, com todas as características, é de fundamental importância nos sistemas de controle. As grandezas físicas precisam variar dentro de limites bem definidos.

Temos sensores ativos e passivos, que diferem pelas seguintes características:

  • Ativos: geram diretamente um sinal elétrico em resposta a um estímulo. Ele retira energia do processo.
  • Passivos: exige excitação de uma fonte externa de energia. Em função do estímulo, o sinal de excitação é modificado pelo sensor, para produzir um sinal de saída. Ele retira ou fornece energia ao processo.

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Características dos sensores

Como a maioria dos sensores é do tipo elétrico, ele percebe a grandeza física e entrega na saída uma tensão ou corrente elétrica proporcional a esta grandeza.

A aparência física simples pode enganar e fazer você pensar que não precisa verificar detalhes que devem ser observados a depender da aplicação.

Algumas características gerais, mesmo que não seja sensor eletrônico:

  • Desvio: quando a saída varia sem ocorrer variação na entrada;
  • Erro: existe um valor real e o valor que medimos. A diferença “Vm – Vr” é o erro;
  • Repetitividade: quantidade de medições realizadas nas mesmas condições de operação;
  • Função resposta: o quanto a saída varia em função da quantidade medida.
  • Sensibilidade: o quanto a saída varia se variarmos a entrada por uma unidade.
  • Zona morta: o sensor não responde à uma faixa (zona morta) de leitura da variável.
  • Resolução: incremento mínimo de variação da grandeza detectado pelo sensor.
  • Tempo de resposta: o quão rápido a saída responde a uma variação na entrada;
  • Linearidade: quando a sensibilidade fica constante para todos os valores da variável física;
  • Estabilidade: repetição de resultados;
  • Coeficiente de temperatura: característica comum a todos os sensores, é a alteração da reposta do sensor por unidade de temperatura.

Tipos físicos comuns usados como sensor eletrônico

tipos de sensor eletrônico
Crédito da imagem: https://www.electrical4u.com/images/sensor-2-16-01-14.jpg

Aprendemos em aulas de física conceitos como capacitância, indutância e ótica que podem não deixar claro como aplica-los. O ensino tradicional do jeito que é não mostra como aplicar, nem na faculdade.

Parece que o foco continua a ser formar teóricos, feras em cálculo. Aqui nesta parte você verá, de forma bem direta, a física aplicada ao sensor eletrônico. E claro, dicas práticas!


Sensor indutivo

É composto por quatro elementos: bobina, oscilador, circuito de sincronização e a saída. A bobina produz o campo eletromagnético responsável por detectar um objeto metálico.

Ele pode ser colocado em suporte de metal, mas sem obstruir a região ao redor e acima da sua superfície de detecção.

Ao redor da bobina pode haver um encapsulamento metálico para limitar o campo magnético lateral, o que evita interferências. Se não tiver o encapsulamento, atentar para não colocar o sensor indutivo próximo a partes metálicas que podem interferir no fluxo magnético.

Ao colocar estes sensores adjacentes (lado a lado), observar os seguintes pontos:

  • Se tiver encapsulamento metálico de proteção das bobinas, dar um espaço entre eles não inferior a 2x (duas vezes) o diâmetro do sensor.
  • Se não tiver encapsulamento metálico de proteção das bobinas, dar um espaço entre eles não inferior 3x (três vezes) o diâmetro do sensor.

Ao colocar este sensor em frente a outro, observar os seguintes pontos:

  • Se tiver encapsulamento metálico de proteção das bobinas, dar um espaço entre eles não inferior a 4x (quatro vezes) a distância máxima de detecção do sensor.
  • Se não tiver encapsulamento metálico de proteção das bobinas, dar um espaço entre eles não inferior a 6x (seis vezes) a distância máxima de detecção do sensor.

Ele pode ser utilizado para detectar muitos elementos, como: brocas partidas; enlatados; válvulas abertas ou fechadas; sentido de rotação.


Sensor capacitivo

Parecidos com o indutivo, o sensor capacitivo produz um campo eletrostático, em vez do eletromagnético. Além dos metálicos, ele detecta também os não metálicos, como papel, vidro e tecido.

Quanto maior a capacidade dielétrica do material do objeto a ser detectado, mais fácil será a detecção. Assim, o sensor eletrônico capacitivo é especificado em função do objeto detectado.

Umidade pode provocar a operação do sensor quando você não quer que ele opera, então ele não deve ser colocado em ambientes úmidos.

Estão disponíveis em variados tamanhos e configurações. Como exemplos das muitas aplicações, podem detectar:

  • Embalagens de papel e líquidos dentro destas;
  • Nível de líquidos em silos.

Sensor fotoelétrico

Ele emite uma luz modulada que é refletida ou interrompida pelo objeto a ser detectado. É composto por:

  • Emissor de luz;
  • Receptor para detectar a luz que é emitida pelo objeto;
  • Eletrônica para amplificar o sinal detectado, o que é necessário para ativar a saída.

A luz emitida é modulada em frequência específica para reduzir a interferência da luz ambiente na capacidade de detecção deste sensor eletrônico.

Por possuírem grande campo de detecção, se eles ficarem próximos, um poderá interferir no outro. Evita-se interferências ao respeitar distâncias mínimas entre eles, como nos exemplos abaixo (modelo – distância):

  • M12 – 250 mm
  • K31 – 500 mm
  • k40 – 750 mm
  • L18 – 150 mm
  • L50 – 30 mm

Os mais comuns são os que tem o emissor e o receptor encapsulados na mesma peça. São conhecidos como sensor fotoelétrico de reflexão difusa. Abaixo, algumas aplicações do sensor fotoelétrico:

  • Contar e orientar objetos;
  • Verificar existência de tampas em garrafas;
  • Verificar etiquetas e passagens de objetos.

Contaminação ambiental

A luz necessária para o correto funcionamento do sistema pode depender da contaminação ambiental, comum em indústrias.

A luz utilizada por uma fotocélula é diretamente influenciada por elementos como sujeira, pó e fumo, só para citar alguns contaminantes. Dependendo do nível de contaminação ambiente, pode até ser necessário aumentar o ganho do sensor.

Existem alguns níveis de contaminação, com algumas características específicas em cada nível, como:

  • Pode não afetar diretamente o local da fotocélula;
  • Presença de umidade elevada ou vapor;
  • Partículas pesadas no ar;
  • Sujeiras na lente do sensor.

Sensor de temperatura

sensor de temperatura é um sensor eletrônico
Alguns tipos de sensores de temperatura. Crédito da imagem: https://logismarketcl.cdnwm.com/ip/comind-sensores-de-temperatura-sensores-de-temperatura-termocuplas-y-termorresistencias-1179312-FGR.jpg

Abaixo, vantagens e desvantagens de alguns sensores de temperatura:

Termopar

  • Vantagens: amplo espectro de temperaturas; simples e barato; não precisa de alimentação.
  • Desvantagens: não linear; tensão de saída reduzida; pouco estável; baixa sensibilidade.

Junção PN

  • Vantagens: saída (sinal) elevada; barato; muito linear;
  • Desvantagens: resposta lenta; temperatura limitada; configurações limitadas; precisa de alimentação; autoaquecimento.

RTD (detector resistivo de temperatura)

  • Vantagens: é estável; mais linear do que o termopar;
  • Desvantagens: é caro; precisa de alimentação; autoaquecimento; pouca variação de temperatura.

Termistor

  • Vantagens: saída (sinal) elevada; resposta rápida;
  • Desvantagens: não linear; autoaquecimento; precisa de alimentação; temperatura limitada.

Sensor ultrassônico

Emite pulsos ultrassônicos que são refletidos pelo objeto. O eco resultante dos pulsos emitidos pelo objeto é recebido pelo sensor, que o converte em sinal elétrico.

Algumas aplicações: medir diâmetro de rolos; detectar quebra de fios; medir densidades; detectar pessoas. Vantagens e desvantagens:

  • Um custo mais alto do que outros tipos de sensores;
  • Existência de zona morta próxima da face sensora;
  • Alguns materiais que absorvem o som, como tecido, espuma e borracha, são difíceis de serem detectados.

As tecnologias de detecção vistas até aqui são utilizadas amplamente, do hobby às mais importantes aplicações industriais.

Para ter uma fonte oficial para projetos de circuitos você deve buscar o datasheet do sensor. Assim você terá acesso a gráficos de resposta, características físicas, especificações e muito mais.

Veja aqui um datasheet de um sensor de temperatura, com circuitos para aplicações.

Conclusão: é obrigatório saber pelo menos o básico sobre sensor eletrônico e suas aplicações.

o mundo com sensor eletrônico

A real situação? Precisamos do sensor eletrônico para atuarmos sobre o mundo real e melhorá-lo. Seja na medicina, na indústria ou na sua casa, saber o básico é obrigatório caso você seja da área.

O assunto sensores é um dos mais vastos da área tecnológica e assim seria impossível abordar tudo aqui. Você teve uma visão geral.