Conjunto Didático de Sensores Bit9
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Índice 1 - Sensor de Proximidade Indutivo................................................................................ 3 2 - Sensor de Proximidade Capacitivo ........................................................................... 9 3 - Sensor Fotoelétrico por Sistema de Difusão ........................................................... 15 4 - Sensor Fotoelétrico por Sistema de Barreira .......................................................... 19 5 - Sensor Fotoelétrico por Reflexão ............................................................................ 23 6 - Encoder Linear ........................................................................................................ 27 7 - Encoder Angular...................................................................................................... 31 8 - Sensor de Pressão .................................................................................................. 37 9 - Gerador de PWM..................................................................................................... 39 10 - Conversor Analógico Digital .................................................................................. 45 11 - Conversor de Freqüência em Tensão ................................................................... 49 12 - Sensor de temperatura.......................................................................................... 53 13 - Sensor de nível...................................................................................................... 57 14 - Controle de nível de fluido (água) ......................................................................... 61 15 - Detector de Fumaça ............................................................................................. 67 16 - Detector Ultra-Sônico ............................................................................................ 71 17 - Sensor Magnético de Efeito HALL ........................................................................ 77 18 – Sensor de Umidade Relativa ................................................................................ 83 19 - Chave Magnética (Reed Swicth) ........................................................................... 85 21 - Chave de Mercúrio ................................................................................................ 89 22 – Sensor de Gás Combustível................................................................................. 93 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 1 EM BRANCO 2 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 1 - Sensor de Proximidade Indutivo Objetivos; - Familiarizar com tipo de sensores; - Verificar o funcionamento de sensor eletromagnético (indutivo). Material utilizado; - Conjunto didático de sensores (Bit9); - Multímetro digital; - Régua com medidas em milímetros. - Cabinhos de conexão; - Chapinhas metálicas de Aço Inox, Latão, Alumínio e Cobre. Introdução teórica Os sensores de proximidade indutivos detectam a aproximação de elementos metálicos sem que haja contato físico. Princípio de funcionamento – Baseia-se na geração de um campo eletromagnético de alta freqüência que é desenvolvido na face sensora. Este campo é gerado por uma bobina ressonante que faz parte de um circuito oscilador. Quando um metal aproxima-se do campo este por corrente de Foulcault absorve energia do campo e diminui a amplitude do sinal gerado no oscilador. A variação da amplitude é convertida em uma variação de tensão contínua que comparada com um valor padrão passa a atuar no estágio de saída. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 3 Na figura a seguir está mostrado exemplo de conexão de um sensor de aproximação de modelos para corrente contínua. Distância de acionamento A distância de acionamento depende da intensidade do campo eletromagnético que depende do tamanho da bobina, portanto não se pode escolher o tamanho do sensor e a distância de acionamento ao mesmo tempo. Distância sensora (S) È a distância em que, aproximando-se o acionador da face sensora, o sensor muda de estado da saída. Distância sensora nominal (Sn) É a distância sensora teórica, a qual utiliza o alvo padrão como acionamento e não considera as variações causadas pela industrialização, temperatura de operação e tensão de alimentação. O valor em que os sensores de proximidade indutivos são especificados. Distância sensora real (St) Valor influenciado pela industrialização, especificado em temperatura ambiente (20°C) e tensão de operação nominal possui desvio de 20% sobre a distância sensora nominal. 0,9 Sn < = Sr < = 1.1 Sn Distância sensora efetiva (Su) Valor influenciado pela temperatura de operação, e possui um desvio máximo de 10% sobre a distancia sensor real (Sr). 0,9 Sr < = Su < = 1,1 Sr, ou seja, 0,81 Sn, = Su< = 1,21 Sn 4 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental Distância sensora operacional (As) É a distância em que seguramente pode-se operar considerando-se todas as variações de industrialização e variação de temperatura. 0 < = As , = 0,81 Sn Material do acionador A distância sensora nominal varia com o tipo de metal, ou seja, é especificada para o ferro ou aço e necessita ser multiplicada por um fator de correção para outros materiais. Material Aço Inox Latão Alumínio Cobre Fator 0,85 0,50 0,40 0,30 Histerese É a característica do efeito existente entre o acionamento de desacionamento do sensor quando o alvo metálico se se aproxima da face sensora e se afasta da face sensora. Este efeito é expresso em porcentagem da distância sensora (exemplo = 3%). É importante que exista a histerese entre o ponto de acionamento e desacionamento do sensor para que no caso de uma possível vibração do sensor ocasione uma oscilação na saída do acionador. histerese = Dd − Da x100(%) Sn Onde; Da = distância em que o sensor é acionado Dd = distância em que o sensor desaciona Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 5 Parte experimental 1 – Ligar a chave do Conjunto Didático de sensores. A chave de acionamento está localizado na lateral direita do kit. 2 – Localizar o Sensor de Proximidade Indutivo no Conjunto Didático de Sensores conforme está ilustrado na figura. 3 – Conectar o voltímetro ao borne do sensor indutivo e meça a tensão de saída. Vs = ___________V 4 – Pegar uma chapinha metálica qualquer e aproxime na parte sensora do dispositivo e meça a tensão de saída. Vs = ___________V 5 – Observar o indicador de funcionamento do sensor (LED) localizado na parte posterior do sensor. Dependendo do tipo de sensor, o LED aceso pode indicar a tensão de saída; Zero volt ou a tensão VCC. 6 – Observar o sensor com o voltímetro conectado ao borne de saída e aproxime a chapinha metálica na superfície do sensor. 7 – Que característica este tipo de sensor possui? Descreva a característica da tensão de saída deste sensor indutivo. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 6 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 8 – Conectar a saída do sensor ao Buzzer (Acionamento de segurança) localizado na parte superior esquerda do kit. 9 – Pegar um pedaço de metal e aproxime-o a face sensora do sensor indutivo e observe o sinal sonoro do Buzzer. 10 – Experimentar com outros tipos de metais. 11 – Pegar uma régua graduada e meça a distância de acionamento dos materiais pedidos na tabela a seguir. 12 – Descrever as características observadas em cada tipo de materiais sobre a superfície do sensor indutivo. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 7 13 – Que característica observou-se quando se aproximou um pedaço de plástico na superfície do sensor indutivo? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 14 – Descrever um exemplo de aplicação industrial do sensor indutivo. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 15 – Fazer a conclusão da experimentação. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... .......................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 8 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 2 - Sensor de Proximidade Capacitivo Objetivos; - Familiarizar com tipo de sensores; - Verificar o funcionamento de sensor capacitivo. Material utilizado; - Conjunto didático de sensores (Bit9); - Multímetro digital; - Régua com medidas em milímetros. - Cabinhos de conexão; - Chapinhas metálicas de Aço Inox, Latão, Alumínio, Papelão, Plástico. Introdução teórica Os sensores de proximidade capacitivos detectam a aproximação de materiais orgânicos, plásticos, pós, madeiras, vidros, papéis, metais etc. Princípio de funcionamento O sensor capacitivo baseia-se num oscilador de alta freqüência controlado por capacitor. O conjunto de placas do capacitor é montado na face sensora, formando a região sensora. Quando um material aproxima desta região provoca uma alteração no dielétrico, variando a capacitância que por sua vez altera a amplitude do sinal gerado pelo oscilador. Esta variação de amplitude do sinal é convertida em uma variação contínua que passa por um comparador com um valor padrão que atua no estagio de saída. O aspecto construtivo do sensor é semelhante ao indutivo. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 9 Aplicações O sensor capacitivo é aplicável principalmente em controle de nível em silos de líquidos ou materiais não metálicos e metálicos em sistemas de contagem e controle. Distância de acionamento Posicionando-se o capacitor do oscilador na parte frontal do sensor tem-se a formação de face sensora que é a principal área de região sensora (região que se torna sensível a penetração de materiais). Ajuste de distância Devido a grande variação de distância sensora para os vários tipos de materiais, os sensores estão providos de um ajuste de sensibilidade, o que permite detectar certos materiais por meios de outros. Por exemplo, pode-se detectar água dentro de um tubo de PVC etc. Não foi possível detectar nenhum material no seu interior através de uma superfície metálica. 10 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental Parte experimental 1 – Ligar a chave do Conjunto Didático de sensores. A chave de acionamento está localizado na lateral direita do kit. 2 – Localizar o Sensor de Proximidade Capacitivo no Conjunto Didático de Sensores conforme está ilustrado na figura. 3 – Conectar o voltímetro ao borne do sensor indutivo e meça a tensão de saída. Vs = ___________V 4 – Pegar uma chapinha metálica qualquer e aproxime na parte sensora do dispositivo e meça a tensão de saída. Vs = ___________V 5 – Observar o indicador de funcionamento do sensor (LED) localizado na parte posterior do sensor. 6 – Repetir o item 4 aplicando um pedaço de papelão. Vs = ___________V Observação: Quando o Conjunto Didático está energizado, todos os sensores e instrumentos estão também energizados. Neste caso, poderá acionar o sensor de proximidade Indutiva. 7 – Pegar o pedaço de papelão e aproxime na superfície do Sensor Indutivo ao lado e observe a saída por meio do diodo LED localizado na parte posterior do sensor. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 11 8 – Que característica observa-se nesta comparação de sensibilidade entre o Sensor de proximidade Capacitiva e Sensor de Proximidade Indutiva? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 9 – Conectar a saída do sensor ao Buzzer (Acionamento de segurança) localizado na parte superior esquerda do kit. 10 – Pegar um pedaço de Papelão ou Metal e aproxime-o a face sensora do Sensor de Proximidade Capacitiva e observe o sinal sonoro do Buzzer. 11 – Experimentar com outros tipos de Materiais. 12 – Pegar uma régua graduada e meça a distancia de acionamento dos materiais pedidos na tabela a seguir. 12 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 13 – Descrever as características observadas em cada tipo de materiais sobre a superfície do Sensor de Proximidade Capacitivo. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 14 – Que característica observou-se quando se aproximou um pedaço de Papelão na superfície do sensor indutivo? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 15 – Que solução seria necessária para que um Sensor de Proximidade Capacitiva se fosse montada de forma embutida. Esquematize no espaço a seguir a solução a forma correta de montagem não embutida. 16– Descrever um exemplo de aplicação industrial do Sensor de proximidade Capacitiva. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 17 – Fazer a conclusão da experimentação. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 13 EM BRANCO 14 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 3 - Sensor Fotoelétrico por Sistema de Difusão Objetivos; - Familiarizar com sensores fotoelétricos; - Observar o funcionamento de um sensor fotoelétrico por difusão; Material utilizado; - Conjunto didático de sensores (Bit9); - Multímetro digital; - Cabinhos de conexão; - Materiais reflexivos; Papel, Papelão, Metal, Pano branco. Introdução teórica Os sensores ópticos detectam quase todos os materiais comparando-se com os indutivos e capacitivos, apresentando uma distância de operação maior. O transmissor é composto de um diodo emissor de luz infravermelha (invisível) que transmite “flash” em uma determinada freqüência. O receptor é composto por um foto-transistor, sensível à luz infravermelha, que em conjunto com um filtro só recebe sinais na freqüência dos “flashs”, tomando assim a recepção imune a iluminação ambiente. O sinal é detectado pelo foto-transistor e selecionado por um filtro passa faixa. Após a seleção do sinal pelo filtro é convertido em tensão DC e passa por um comparador acionando a saída. O sistema de transmissão e recepção de luz infravermelha pode ser aplicado das seguintes maneiras; • Sistemas de barreira • Sistema por reflexão • Sistema por difusão Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 15 Na figura a seguir está mostrado um sensor fotoelétrico que pode atuar num sistema por reflexão e por difusão. Sistema por difusão Também o transistor e o receptor estão no mesmo invólucro, sendo que o acionamento ocorre quando o objeto aproxima-se da região de sensibilidade, refletindo para o receptor o feixe de luz recebido do transmissor. A distância sensora é definida diretamente para cada um dos modos de construção. A distância para os modelos de difusão são referenciados a um padrão, normalmente o papel cartão (kodak gray card) com dimensão de 100x100mm, 90% de refletividade. Como regularmente a lei da reflexão de luz, a distância de funcionamento deste modelo varia de acordo com a cor, rugosidade, dimensões e formas dos objetos detectados. A tabela mostra os fatores de correção para distância sensora de acordo com os tipos de materiais detectados. MATERIAL Papel branco Metal polido Pano branco Papelão 16 FATOR 1 1,2...1,8 0,6 0,5 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental Parte experimental 1 – Ligar a chave do Conjunto Didático de sensores. A chave de acionamento está localizado na lateral direita do kit. 2 – Localizar o Sensor Fotoelétrico Reflexivo (difusão) no Conjunto Didático de Sensores conforme está ilustrado na figura. 3 – Conectar o voltímetro ao borne do sensor reflexivo e meça a tensão de saída. Vs = ___________V 4 – Pegar um pedaço de papel branco e aproxime na parte sensora do dispositivo e meça a tensão de saída. Vs = ___________V 5 – Observar o indicador de funcionamento do sensor (LED) localizado na parte posterior do sensor. 6 – Repetir o item 4 aplicando um pedaço de papelão. Vs = ___________V 7 – Pegar o pedaço de papelão e aproxime na superfície do Sensor fotoelétrico e observe a saída por meio do diodo LED localizado na parte posterior do sensor. 8 – Repetir a operação 7 empregando outros tipos de materiais de superfície clara ou escura de superfície diferente. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 17 9 – Escrever os resultados obtidos com diversos tipos de materiais utilizados como obstáculos do sensor. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 10 – Conectar a saída do sensor fotoelétrico por difusão ao Buzzer, acionamento de segurança, localizado na parte superior esquerda do kit. O indicador de funcionamento sonoro facilita a verificação do acionamento do sensor. 11 – Pegar um pedaço de Papelão branco ou Metal com superfície reflexiva e aproxime-o a face do sensor fotoelétrico e observe o sinal sonoro do Buzzer. 12 – Experimentar com outros tipos de Materiais reflexivos. 13 - Descrever as características observadas nos diversos tipos de materiais reflexivas empregadas nesta experiência. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 14– Descrever um exemplo de aplicação industrial do Sensor fotoelétrico tipo reflexivo ou por difusão. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 15 – Fazer a conclusão da experimentação. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 18 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 4 - Sensor Fotoelétrico por Sistema de Barreira Objetivos; - Familiarizar com tipo de sensores; - Verificar o funcionamento de sensor fotoelétrico por sistema de barreira. Material utilizado; - Conjunto didático de sensores (Bit9); - Multímetro digital; - Cabinhos de conexão; - Materiais opacos para barreira luminosa, papelão, chapa metálica. Introdução teórica O sensor de barreira é semelhante ao reflexivo. A diferença é que o transmissor e receptor estão separados entre si. O transmissor e o receptor estão em unidades distintas e devem ser dispostos um em frente ao outro de modo que o receptor possa constantemente receber a luz do transmissor. O acionamento da saída ocorrerá quando o objeto interromper a recepção da luz. Barreira é a distância entre o transmissor e o receptor. Existem modelos de sensor óptico de barreira para até 100m. O transmissor e o receptor podem se alimentados por fontes distintas. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 19 Parte experimental 1 – Ligue a chave do Conjunto Didático de sensores. A chave de acionamento está localizado na lateral direita do kit. 2 – Localizar o Sensor Fotoelétrico por barreira no Conjunto Didático de Sensores conforme está ilustrado na figura. 3– Ajustar a tensão de saída da tensão de referência para 10VDC com auxílio de um voltímetro. 4– Aplicar a tensão de referencia de 10V ao Sensor Óptico indicado por TRANSMISSOR por meio de cabinhos de conexão. 5– Conectar o voltímetro ao borne indicado por sensor Óptico Barreira. Pode-se utilizar o voltímetro indicado por Voltímetros/Analisador localizado no painel do Conjunto Didático. 6 – Medir a tensão de saída e anote-o Vs = _____________V 7– Observar o indicador de funcionamento do sensor (LED) localizado na parte posterior do sensor. 20 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 8 – Colocar um objeto (pedaço de papelão) entre o transmissor e receptor. Observe o indicador de funcionamento do sensor (LED) localizado na parte 9 – Manter o objeto entre o TX e RX e meça a tensão de saída do Receptor. Vs = ___________V 10 – Pegar outros tipos de materiais e coloque entre o transmissor e receptor e observe o indicador de funcionamento do sensor (LED) localizado na parte posterior do sensor. 11 – Há possibilidade de visualizar a luz emitida em pulsos pelo transmissor Óptico infravermelho? Escreva qual a característica desta luz. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 12 – Conectar a saída do sensor fotoelétrico por difusão ao Buzzer, acionamento de segurança, localizado na parte superior esquerda do kit. O indicador de funcionamento sonoro facilita a verificação do acionamento do sensor. 13 – Pegar um pedaço de Papelão ou Metal e posicione entre o transmissor e o receptor. Observe a sinalização por meio do Buzzer. Verifique o acionamento por meio do Led do sensor receptor. 14 – Experimentar com outros tipos de Materiais opacos. 15 - Descrever as características observadas neste tipo de sensor de barreira. .......................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 21 16 – Que fatores podem influenciar no mau funcionamento de um sensor de barreira. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 17– Descrever um exemplo de aplicação industrial do Sensor fotoelétrico tipo reflexivo ou por difusão. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 18 – Fazer a conclusão da experimentação. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 22 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 5 - Sensor Fotoelétrico por Reflexão Objetivos; - Familiarizar com tipo de sensores; - Verificar o funcionamento de sensor fotoelétrico por sistema por reflexão. Material utilizado; - Conjunto didático de sensores (Bit9); - Multímetro digital; - Cabinhos de conexão; - Materiais opacos para barreira luminosa, papelão, chapa metálica. Introdução teórica Sistema por reflexão Neste sistema o transmissor e o receptor estão na mesma unidade. O feixe de luz é enviado ao receptor somente por intermédio de um espelho prismático, onde o acionamento ocorre quando o objeto interrompe o feixe de luz. Reflexão é a distância entre o sensor e o espelho prismático. Esta distância é normalmente definida para um determinado tamanho de espelho, quanto maior o espelho maior a distância de funcionamento. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 23 Parte experimental 1 – Ligue a chave do Conjunto Didático de sensores. A chave de acionamento está localizado na lateral direita do kit. 2 – Localizar o Sensor Fotoelétrico por barreira Óptico no Conjunto Didático de Sensores conforme está ilustrado na figura. O conjunto constitui cinco sensores de recepção e transmissão de luz Infravermelha conjugada. 3 – Conectar o voltímetro ao borne de saída do primeiro sensor. Meça a tensão de saída. Vs = _____________V. 4 – Manter o voltímetro conectado na saída 1. Coloque um objeto entre o sensor e o espelho prismático e meça novamente a tensão de saída. Vs = _____________V 5 – Que característica se observa na tensão de saída com a interferência de um obstáculo entre o sensor e o espelho prismático? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 6 – O sensor apresenta um nível de tensão de VCC na saída quando não há obstáculo entre o sensor e o espelho prismático. A afirmativa é correta? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 24 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 7 – Descrever a diferença existente entre um acionamento por difusão e por reflexão. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 8 – Manter o voltímetro conectado na saída 1 do sensor. Pegue um objeto (lápis ou caneta) e deslize vagarosamente de cima para baixo, aproximadamente 5 centímetros do sensor e observe a atuação do sensor. 9 – Repetir a operação e certifique o ponto em que ocorre a reflexão, receptor de infravermelho. 10 – Conectar o Buzzer na saída 1 do sensor. Sendo a saída estar com tensão de VCC, o buzzer estará ativado. Ao colocar um obstáculo no sensor o “apito” cessará. 11 – Deslizar um objeto (lápis ou caneta) no sensor e observe o ponto de reflexão da luz infravermelha do sensor. 12 – Fazer um teste nos demais sensores, repetindo a operação anterior (item 11). 13 – Experimentar atuar os sensores com outros tipos de materiais. 14 – Fazer a conclusão da experimentação. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 25 EM BRANCO 26 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 6 - Encoder Linear Objetivos; - Familiarizar com tipo de encoder; - Verificar o funcionamento de um encoder linear. Material utilizado; - Conjunto didático de sensores (Bit9); - Osciloscópio de duplo traço; - Multímetro digital; - Régua graduada em mm; - Cabinhos de conexão; Introdução teórica Régua linear também é conhecida como transdutor que possui um sensor óptico composto por duas partes; emissora e receptora o qual apoiada em duas barras que permitem um deslizamento uniforme sobre uma escala de furos que permitem assegura a resolução linear do dispositivo. A régua linear ou encoder linear tem como função fornecer dados de controle de movimento de máquinas, com menor erro possível fuso e de movimento. Características principais de um encoder linear são; • Graduação, Precisão, Curso útil, Forma de sinal de saída. Existem diversos tipos de encoder linear, para variadas aplicações onde se necessita precisão de leitura em sistemas de posicionamento com resoluções de um ou cinco micrometros. Na figura está mostrado um encoder linear (kit BIT9). Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 27 Parte experimental 1 – Ligar a chave do Conjunto Didático de sensores. A chave de acionamento está localizado na lateral direita do kit. 2 – Localizar o a régua linear (encoder) no Conjunto Didático de Sensores conforme está ilustrado na figura. O sensor da régua possui um transmissor e receptor conjugado de luz infravermelha. 3 – Conectar o voltímetro ao borne de saída do primeiro sensor indicado pelo borne Pulso. 4 – Posicionar o sensor de forma que a régua corte o feixe de luz, ou seja, posicione fora do furo da régua e meça a tensão de saída (pulso). Quando o sensor permanece parado, dependendo da posição do sensor, a saída pode ser zero volts ou nível de tensão positiva. 5 – Medir a tensão de saída. Vs =____________V. 6 – Manter o voltímetro conectado na saída indicada por Pulso e mova o sensor de forma que a tensão de saída mude para outro valor. 7 – Medir a tensão de saída. Vs = ___________V. 8 – De acordo com as tensões medidas nos itens 5 e 7 o que podemos afirmar quando ao funcionamento do sensor (quando o sensor passa pelo furo do encoder). ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 28 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 9 – Pegar uma régua graduada em mm medir o comprimento da régua do encoder. Comprimento do encoder linear= ______________mm 10 – Contar o número de furo da régua do encoder. Número de furos do encoder = ____________ 11 – Determinar a resolução do encoder linear utilizando a seguinte expressão. R= N C = (mm) R = resolução N = nº de furos do encoder C = comprimento da régua do encoder Resolução do encoder = ______________ 12 – Conectar o voltímetro na saída do encoder e mova o sensor e conte 10 pulsos por meio da tensão de saída. 13 – Determinar a posição do sensor com os dados obtidos nos itens 11 e 12. Para determinar quantos mm o encoder linear se deslocou, basta contar o número de pulsos do bit (tensão de saída) de passos e multiplicar pela resolução do encoder linear. Posição (mm) = ________mm 14 – Pegar a régua graduada em mm e confira os valores obtidos pelo cálculo com a medida. 15 – Conectar a ponta de prova do osciloscópio na saída indicada por Pulso. Ajuste a base de tempo de forma a observar a forma de onda na tela. 14 – Posicionar o sensor na referencia zero (totalmente para a direita). 15 – Mover o sensor para esquerda de forma a observar a forma de onda na tela do osciloscópio. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 29 16 – Tentar lembrar a forma de onda observada na tela do osciloscópio e desenhe no espaço abaixo. 17 – Descrever uma aplicação do encoder linear (régua linear). ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 18 – Fazer a conclusão da experimentação descrevendo as características observadas neste tipo de encoder linear. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 30 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 7 - Encoder Angular Objetivos; - Familiarizar com tipo de encoder; - Verificar o funcionamento de um Encoder Angular. Material utilizado; - Conjunto didático de sensores (Bit9); - Osciloscópio de duplo traço; - Cabinhos de conexão; Introdução teórica Na industria a aplicação dos sensores ópticos, na maioria das vezes é feita por meio dos encoders que podem ser implementados de forma muito simples. Onde um disco perfurado permite a passagem ou não do feixe de luz. Desta forma a posição ou velocidade é registrada contando-se o número de pulsos gerados. No caso de haver necessidade de saber o sentido de rotação, pode-se implementar o disco com duas fileiras de furos defasados, utilizando-se 2 sensores. Sob rotação, haverá a seqüência 0-1-0-1 nas duas fileiras, entretanto se num sentido a fileira mais próxima do centro estará adiantada em relação a segunda e vice versa. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 31 Existe ainda a possibilidade de obter-se a posição exata (ângulo de rotação) por meio de confecção adequada do disco com n fileiras de furos. Neste caso tem-se um código binário de n bits relativo a uma determinada posição. Este tipo de dispositivo é chamado de encoder absoluto. Na figura a seguir está mostrado o encoder angular do conjunto didático. O encoder angular está acoplado a um motor DC, cuja velocidade é determinada pela tensão aplicada na entrada indicada por Velocidade. Quando o motor gira, o encoder acompanha o movimento do motor, portanto, é possível medir a velocidade e o sentido de giro do motor. O encoder possui dois sensores com disco perfurada de único furo que determinam direção e controle. Quando o bit de controle (passo) sai do nível 0 para o nível 1 (borda de subida), com o bit de direção em nível 0, o motor está girando no sentido anti-horário. Quanto o bit de controle (passo) sai do nível 0 para o nível 1 (borda de subida), com o bit de direção em nível 1, o motor está girando no sentido horário. Para saber a resolução do encoder utiliza-se a seguinte expressão: Para saber quantos graus o motor girou, basta contar o número de pulsos do bit de passos e multiplicar pela resolução do encoder. Posição (em graus) = números de pulsos de passo x resolução do encoder. 32 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental Parte experimental 1 – Ligue a chave do Conjunto Didático de sensores. A chave de acionamento está localizado na lateral direita do kit. 2 – Localizar o encoder angular no Conjunto Didático de Sensores conforme está ilustrado na figura. 3 – Conectar a tensão DC (Tensão de Referencia 0 – 10V) ao borne indicado por Velocidade. 4 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na saída indicada por Controle e a ponta de prova do canal 2 na saída indicada por Direção. O borne indicado por Velocidade é a entrada da tensão do motor de corrente contínua acoplada ao disco perfurado do sensor angular. 5 – Variar a tensão de referencia de 0 volts a 10 volts e observe o disco perfurado do sensor girar. 6 – Manter a tensão de 10 volts na entrada indicada pelo borne Velocidade. 7 – Posicionar o feixe do canal um e canal dois do osciloscópio de forma a observar os dois sinais simultâneos na tela. 8 – Ajustar a base de tempo do osciloscópio de forma a observar de três a cinco ciclos do sinal na tela. 9 – Desenhar a seguir a figura do sinal observado na tela do osciloscópio. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 33 10 – Desenhar na parte superior da tela o sinal de controle e na parte inferior o sinal de direção respeitando as suas fases. 11 – Calcular a freqüência do sinal de controle com auxílio de osciloscópio. f= 1 (Hz) T f = freqüência, T = período Freqüência = ________Hz (ciclos) 12 – Reduzir a tensão de referência para 0 volts de forma que o disco fique parado. 13 – Contar o numero de furos do disco e anote a seguir. Número de furos = _____________ 14 – Determinar a resolução do encoder utilizando a seguinte expressão; Resolução do encoder = __________Graus. 15 – Com os dados obtidos nos itens 11 e 13, determine o número de giros do encoder. Números de giros do encoder = _________ 34 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 16 – Determinar o número de ciclos do sinal de controle para cada giro do disco do sensor e anote a seguir. Um giro completo do disco = __________ ciclos. 17 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio na saída indicada por Controle e a ponta de prova do canal 2 na saída indicada por Direção. 18 – Variar a tensão de referência do encoder conforme está pedido na tabela e complete-os a seguir. 20 – Descrever uma das aplicações industriais deste tipo de encoder. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 21 – Fazer a conclusão desta experimentação descrevendo as características observadas no sensor angular. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 35 EM BRANCO 36 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 8 - Sensor de Pressão Objetivos; - Familiarizar com tipo de sensor de pressão; - Verificar o funcionamento de um Sensor de pressão (Strain Gauge). Material utilizado; - Conjunto didático de sensores (Bit9); - Multímetro de duplo traço; - Mini compressor de ar ou bomba de pressão. - Cabinhos de conexão; Introdução teórica Medidas de pressão são amplamente empregadas em diversas áreas, como em pesquisa e desenvolvimento. Na indústria de refrigeração, medidas de pressão são freqüentemente utilizadas no estudo de compressores. Existem diversos tipos de sensores de pressão pneumáticos e hidráulicos. Os medidores de pressão dependem da propriedade do fluido, densidade, viscosidade e temperatura. O sensor de pressão pneumática (Bit9) é constituído de um componente de silício piezelétrico (STRAIN GAUGE) que altera a resistência elétrica quando esta sofre deformação mecânica. O sensor mede pressão de 0 a 7BAR (0 a 100psi), e fornece a sua saída uma tensão de 0 a 60mV. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 37 Parte experimental 1 – Ligue a chave do Conjunto Didático de sensores. A chave de acionamento está localizado na lateral direita do kit. 2 – Localizar o sensor de pressão no Conjunto Didático de Sensores conforme está ilustrado na figura. 3 – Pegar um multímetro e selecione a função para medir tensão elétrica. Ajuste a escala para medir tensão de 1V. 4 – Conectar o voltímetro na saída ao borne localizado abaixo do sensor de pressão. 5 – Aplicar a mangueira do “mini compressor” ou a bomba de ar à entrada do sensor. 6 – Aplicar o ar na entrada do sensor de pressão e observe a tensão de saída. Para maior segurança e para não prejudicar o sensor, recomenda-se a utilização de pressão inferior a 6BAR (86,4psi). 7 – “Bombear” o ar na entrada novamente e registre a tensão máxima obtida na saída do sensor. Vs = _____________mV. Para elaborar uma escala de pressão, será necessário dimensionar o furo de entrada, distância do condutor, tipo de fluido, temperatura e outros parâmetros que influem na medida. 8 – Fazer a conclusão da experimentação descrevendo as características do sensor de pressão. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 38 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 9 - Gerador de PWM Objetivos; - Familiarizar com circuito gerador de PWM; - Verificar o funcionamento de um gerador de PWM (Modulação por Largura de Pulso). Material utilizado; - Conjunto didático de sensores (Bit9); - Osciloscópio de duplo traço. - Cabinhos de conexão; Introdução teórica Modulação por PWM O sistema de modulação de pulso (MLP) é conhecido de PWM (pulse width modulation) ou PDM (Pulse Duration Modulation). Este sistema de modulação consiste nas variações de amostragem dos pulsos que ocorrem na largura, cuja duração depende diretamente na proporção da amplitude do sinal de amostragem. A modulação por largura de pulso pode ser feita de três formas distintas; • Modulação por desvio de borda direita • Modulação por desvio de borda esquerda • Modulação por desvio simétrico A modulação consiste em somar à função uma onda dente de serra (bordo único) ou triangular (bordo simétrico). Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 39 Na figura a seguir está mostrado um gráfico do tipo de modulação. A largura máxima do pulso não deveria ser limitada para ultrapassar o limite do pulso vizinho, quando as variáveis em questão são multiplexadas. Na figura a seguir está mostrado um sinal modulante e o resultado da modulação, ou seja, sinal modulado em PWM. Circuito modulador PWM Basicamente a modulação por largura de pulso consiste em somar a função uma onda triangular ou dente de serra de borda única a uma onda modulante e resultar numa onda quadrada relativa a sua soma. A figura a seguir mostra um sinal modulante sendo somado com o sinal dente de serra (bordo esquerdo). Não tendo um sinal de informação “somado” com a tensão Vdc, pode-se obter a modulação da largura do pulso por meio de ajuste desta tensão de referência (trigger). 40 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental Parte experimental 1 – Ligar a chave do Conjunto Didático de sensores. A chave de acionamento está localizado na lateral direita do kit. 2 – Localizar o Gerador de PWM no Conjunto Didático de Sensores conforme está ilustrado na figura. 3 – Conectar ao borne de entrada indicado por % Ligado do Gerador de PWM à tensão de referência 0 -10V conforme a figura mostrada no item 2. 4 – Conectar a ponta de prova do canal 1 do osciloscópio à saída ao borne indicado pelo sinal . 5 – Girar o potenciômetro da tensão de referência vagarosamente de forma a observar 10% de Duty cycle (ciclo de trabalho = Ton) na tela do osciloscópio. 6 – Para melhor visualização do sinal, ajustar a base de tempo do osciloscópio de forma a observar três a cinco ciclos na tela 7 – Desenhar a forma de onda com 10% de Ton observada no espaço a seguir. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 41 8 – Medir a tensão de referência para o duty cycle de 10%. Tensão de referência = ___________V 9 – Ajustar a tensão de referência de forma a obter 50% de Duty cycle (Ton) do sinal de saída. Desenhe a forma da onda observada na tela do osciloscópio. 10 – Medir a tensão de referência. Tensão de referência = _________V. 11 – Ajustar a tensão de referência de forma a observar 80% de duty cycle e Desenhe a forma de onda observada. 12 – Medir a tensão de referência. Tensão de referência = __________V 42 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental Observe-se que o duty cycle do sinal é proporcional á tensão aplicada no borne de entrada % ligado. 13 – Variar a tensão de referência de forma a observar a variação de duty cycle de 10% a 90%. 14 – Registrar o valor da tensão mínima e máxima para esta variação. Duty cycle 10% = ________V Duty cycle 90% = ________V O gerador de PWM pode ser utilizado, por exemplo, para controlar a velocidade de motor, luminosidade de uma lâmpada, fonte chaveada, conversores de freqüência e outras aplicações. 15 – Fazer a conclusão com as características observadas no gerador de PWM desta experimentação. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 43 EM BRANCO 44 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 10 - Conversor Analógico Digital Objetivos; - Familiarizar com conversor analógico digital; - Verificar o funcionamento de um conversor Analógico Digital. Material utilizado; - Conjunto didático de sensores (Bit9); - Multímetro digital; - Cabinhos de conexão; Introdução teórica Os conversores analógicos para sinais digitais (A/D) são dispositivos que convertem um sinal analógico num sinal digital equivalente. Existem muitas formas de se realizar essa conversão, são diversas forma de conversão a saber: • Integração (rampa simples, rampa dupla) • Aproximação sucessiva • Tipo paralelo ou Flash • Tipo contagem de pulso Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 45 Parte experimental 1 – Ligue a chave do Conjunto Didático de sensores. A chave de acionamento está localizado na lateral direita do kit. 2 – Localizar o Conversor A/D no Conjunto Didático de Sensores conforme está ilustrado na figura. 3 – Conectar ao borne de entrada do conversor A/D ao borne de Tensão de referência conforme está mostrado na figura. 4 – Mudar a chave do conversor A/D indicado por VU/BIN para VU. A chave na posição VU os leds existentes no painel Conversor AD se acenderá indicando o nível de conversão da tensão DC em oito níveis luminosos. A chave na posição BIN os leds acenderão conforme os números binários da tensão convertida em oito dígitos. 5 – Girar o potenciômetro da tensão de referência vagarosamente de forma a observar os leds indicadores acenderem. 6 – Girar o potenciômetro de forma que um led acenda. Meça a tensão da tensão aplicada na entrada do conversor. Vent. = __________V 7 – Variar a tensão de entrada e de acordo com o número de led acesos meça a tensão e anote na tabela a seguir. 46 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 8 – Posicionar o potenciômetro da tensão de referência para 0 volts. 9 – Mudar a chave VU/BIN para BIN. 10 – Variar lentamente a tensão de referência de 0 a 10 Volts (máximo) e observe a combinação binária dos leds indicadores mostrados no painel. 11 – Ajustar o potenciômetro da tensão de referência de modo a observar o número um em binário no painel do conversor A/D e meça a tensão de entrada. Vent = __________V 12 – Ajustar novamente a tensão de entrada de forma a obter o número dois em binário e meça a tensão de entrada. Vent = __________V 13 – Variar a tensão de entrada e de acordo com os leds acesos em binário, meça a tensão e anote na tabela a seguir. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 47 14 – Converter os valores binários obtidos na tabela em decimal e anote-o. 15 – Observar os valores dos números binários da tabela, escrever a resolução deste conversor analógico para digital. Resolução de conversão = __________mV 16 – Descrever uma aplicação do conversor analógico digital utilizado em instrumentação. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 17 – Fazer uma conclusão de acordo com as características observadas na experimentação. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 48 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 11 - Conversor de Freqüência em Tensão Objetivos; - Familiarizar com conversor analógico digital; - Verificar o funcionamento de um conversor Analógico Digital. Material utilizado; - Conjunto didático de sensores (Bit9); - Multímetro digital; - Frequêncimetro; - Cabinhos de conexão; Introdução teórica O circuito conversor de freqüência para tensão pode ser utilizado para demodular um sinal de FM de um sistema qualquer. Pode ser utilizado em instrumentação com freqüêncimetro analógico de baixa freqüência e em outras aplicações tais como em VCO etc. Na figura a seguir está ilustrado um circuito típico de um conversor de freqüência para tensão utilizando um circuito integrado LM131. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 49 Parte experimental 1 – Ligar a chave do Conjunto Didático de sensores. A chave de acionamento está localizado na lateral direita do kit. 2 – Localizar o Conversor Freqüência/Tensão, Frequêncimetro, Tensão de Referência e Encoder Angular no Conjunto Didático de Sensores conforme está mostrado na figura. 3 – Fazer a conexão dos circuitos conforme está mostrado na figura apresentada no item 2. Esta conexão permite obter sinal digital pulsado em freqüência do encoder para converter em tensão no conversor de freqüência em tensão e permitir a medida de freqüência de seu sinal. 4 – Pressionar o botão indicado por MODO do painel Contador/Freqüêncimetro escolha a função freq 1. Esta opção permite medir a freqüência do sinal aplicado na entrada Pulso. 5 – Ajustar o potenciômetro da tensão de referência de modo a obter o máximo de rotação do motor (sensor angular) e observe o valor da freqüência medida no freqüêncímetro do painel. Freqüência máxima = ___________Hz. (ciclos) 50 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 6 – Reduzir a tensão de referência aplicada ao motor sensor de forma a obter a menor freqüência mantendo o disco girando e registre a freqüência mínima do sinal do encoder. Freqüência mínima = ___________Hz. (ciclos) 7 – Conectar um voltímetro na saída do conversor de freqüência em tensão ao borne indicado por Saída. Utilize o voltímetro do painel indicado por Voltímetros/Analizador localizado na parte superior direita do conjunto didático. 8 – Conecte a tensão na entrada ao borne indicado por A, B, C, ou D. Pressione o botão indicado por Sel. e selecione o voltímetro A, B, C, ou C. 9 – Ajustar a rotação do encoder de forma a obter as freqüências pedidas na tabela 1. Meça a tensão de saída do conversor de freqüência/tensão. Registre a tensão de saída na tabela. 10 – Observar os valores das tensões medidas. Pode-se afirmar que a conversão foi de forma linear? Justifique. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 11 – Fazer a conclusão descrevendo uma aplicação do conversor de freqüência em tensão na instrumentação. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 51 EM BRANCO 52 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 12 - Sensor de temperatura Objetivos; - Familiarizar com conversor de temperatura em tensão; - Verificar o funcionamento de um conversor de temperatura em tensão. Material utilizado; - Conjunto didático de sensores (Bit9); - Multímetro digital; - Cabinhos de conexão; Introdução teórica O sensor de temperatura semicondutora integrada serie LM35 fornece uma saída de tensão linear proporcional a temperatura centígrado. O circuito é construído de forma a funcionar em graus Kelvin cobrindo uma faixa de -55ºC à +150ºC de temperatura. O sensor de temperatura pode apresentar formatos de modelos diferentes com encapsulamento idêntico aos transistores. Tensão de saída = + 1,5V para 150ºC. Tensão de saída = - 0,5V para – 55ºC. A tensão de saída é de 10mV para cada grau Celsius, então para 25ºC teremos 0,25Volt na saída do sensor. Se esta tensão for aplicada a um circuito amplificador de ganho ajustável, pode-se obter uma tensão de referência que permite uma leitura direta da temperatura, por exemplo: saída de 0,25V x ganho 10 = 2,5V. Onde 2,5V = 25ºC e 10V = 100ºC. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 53 Parte experimental 1 – Ligar a chave do Conjunto Didático de sensores. A chave de acionamento está localizado na lateral direita do kit. 2 – Localizar o Controle de aquecimento no Conjunto Didático de Sensores conforme está ilustrado na figura. 3 – Conectar ao borne de Acionamento do painel de Controle de Aquecimento a Tensão de Referência conforme está mostrado na figura. O sensor de temperatura está conectado a um amplificador de forma que a sua saída pode fornecer de 0Volt a 10Volts no borne indicado por Sensor de Temperatura. 4 – Manter a tensão de referencia em 0 Volt de modo a manter o aquecedor fria. 5 – Conectar o voltímetro na saída ao borne indicado por Sensor de Temperatura. 6 – Variar levemente a tensão de referência de modo que a saída do sensor indique uma tensão de 1V aproximadamente. Para reduzir a temperatura, desligue a tensão de alimentação, tensão de referência da resistência da lâmpada, ou reduza-o para 0 volt. 7 – Aumentar a tensão de referência para 10V, meça a tensão de saída o sensor de temperatura. Vs = ___________V. 54 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 8 – Manter o voltímetro conectado na saída do sensor de temperatura. 9 – Reduzir a tensão de referência para 0 Volt, ou desconecte a alimentação do filamento aquecedor da lâmpada e observe a tensão de saída. À medida que a temperatura da resistência vai diminuindo, a tensão de saída do sensor também deverá reduzir-se. 10 – Considerar a tensão de alimentação de 10Volts sobre o filamento da lâmpada tenha a temperatura de 100º Celsius. 11 – Supondo utilizar-se um “mostrador” analógico de um voltímetro com escala de 0V a 10VDC, Montar um termômetro de 0 a100ºC utilize o mostrador analógico sugerido. 11 – Fazer a conclusão da experimentação com as características observadas no sensor de temperatura. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 55 EM BRANCO 56 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 13 - Sensor de nível Objetivos; - Familiarizar com sensor de nível. - Verificar o funcionamento de sensor de nível em fluidos. Material utilizado; - Conjunto didático de sensores (Bit9); - Kit didático de controle de nível; - Multímetro digital; - Água destilada ou filtrada potável. - Cabinhos de conexão; Introdução teórica Um sensor de nível de água, baseado em dois eletrodos de um material inoxidável isolado entre si por uma camada acrílica onde o conteúdo líquido e a superfície acrílica constituem o dielétrico. O circuito elétrico deste tipo de sensor é semelhante ao sensor de proximidade Capacitiva. Com a presença do fluído no interior do recipiente, o valor da capacitância entre os eletrodos se alteram. A variação da freqüência produzida no oscilador em função da variação da capacitância é convertida em tensão contínua. A medida em que o fluido se eleva no recipiente, a tensão de saída também aumenta. A escala relativa máxima é de 10V para 1000 mililitros de água. Recomenda-se a utilização de água destilada para executar a experimentação, A água destilada não contém elementos químicos que podem oxidar os elementos que constituem o sistema, tais como bomba d`água, sensores etc. Sempre que terminar a experimentação, drenar totalmente a água do recipiente antes de guardar o equipamento. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 57 Parte experimental 1 – Ligar a chave do Conjunto Didático de sensores. A chave de acionamento está localizado na lateral direita do kit. 2 – Pegar o kit didático de Controle de Nível, conforme está mostrado na figura a seguir. O sensor de nível utilizado nesta experiência tem como finalidade a compreensão do seu funcionamento. Para um projeto profissional existem no mercado inúmeros tipos e formatos de sensores de nível que podem ser utilizadas em inúmeras finalidades. 3 – Ligar o módulo de controle de nível na tomada, observando com atenção se a chave de seleção 110/220V está compatível com a tensão da rede; 4 – Fechar a válvula de dreno (escape de água) do recipiente superior indicado por caixa d`água A. 5 – Encher o recipiente A (caixa d`água A) com água filtrada até atingir aproximadamente 800ml. 6 – Utilizar um voltímetro com fundo de escala ajustado para medir tensões maiores que 10Volts. Meça a tensão de saída do sensor S1 (recipiente A cheio de a água) ao borne Azul. Tensão com recipiente cheio : _________V. 7 – Fechar a válvula de escape do recipiente B (caixa d`água B). Esta válvula é de esvaziamento do fluído do sistema. 58 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 8 – Abrir a válvula de escape de a água da caixa A e deixe fluir para a caixa de a água B localizada na parte inferior. 9 – Medir a tensão de saída do sensor S1 com a caixa de a água vazia. Tensão com recipiente vazio : _________V. 8 - Com os valores das tensões do sensor para o “tanque” cheio e vazio, determinar a relação aproximada de volts/ml: Tensão = __________ (volt/ml) Para repetir o processo de enchimento de a água da caixa inferior para o superior faça a seguinte ligação para bombear a água para a caixa superior. 9 – Conectar o borne da tensão positiva da bomba de a água ao borne positivo da tensão de referencia do conjunto de sensor conforme ilustra a figura. 10 – Variar a tensão de referencia de forma que a bomba funcione transferindo a água do recipiente inferior para o recipiente superior. Repita a operação das medições das tensões para confirmação . 11 – O sensor empregado nesta experiência pode funcionar submerso no fluído. Explicar esta afirmação. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 12 – Descrever qual o tipo de sensor pode ser utilizado para verificar o nível de água sem que o sensor esteja imerso no fluido? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 59 13 – Com base na afirmação da questão anterior (12) sobre o sensor de nível, esquematize o desenho do sistema utilizando um sensor de nível que possa ser instalado na parte externa da caixa de a água (d`água). 14 – Fazer a conclusão da experimentação descrevendo as características do sistema de sensor utilizado. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 60 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 14 - Controle de nível de fluido (água) Objetivo; - Analisar o funcionamento de um sensor de nível de fluídos (água). Material utilizado; - Conjunto didático de sensores (Bit9); - Kit didático de controle de nível; - Multímetro digital; - Água destilada ou filtrada potável. - Cabinhos de conexão; Introdução teórica Os sensores eletrônicos permitem a automação de um sistema de abastecimento de água em caixas de águas de edifícios. O sistema automático permite manter o nível de abastecimento de água constante independente da vazão da água consumida. O controle de nível é composto por dois reservatórios. O sensor medidor de nível do fluido está localizado em cada reservatório. Entre o reservatório superior e o inferior possui uma válvula de escape (dreno) comandada manualmente. O reservatório inferior possui uma bomba d´água que transfere líquido do reservatório inferior para o reservatório superior. O sensor de nível fornece uma tensão de 0 a 10V proporcional ao nível de líquido do reservatório. Recomenda-se a utilização de água destilada para executar a experimentação, A água destilada não contém elementos químicos que podem oxidar os elementos que constituem o sistema, tais como bomba d`água, sensores etc. Sempre que terminar a experimentação, drenar totalmente a água do recipiente e manter totalmente seco antes de guardar o equipamento. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 61 Parte experimental 1 – Ligar a chave do Conjunto Didático de sensores. A chave de acionamento está localizado na lateral direita do kit. 2 – Pegar o kit didático de Controle de Nível, conforme está mostrado na figura a seguir. O sensor de nível utilizado nesta experiência tem como finalidade a compreensão do seu funcionamento. Para um projeto profissional existem no mercado inúmeros tipos e formatos de sensores de nível que podem ser utilizadas em inúmeras finalidades. 3 – Ligar o módulo de controle de nível na tomada, observando com atenção se a chave de seleção 110/220V está compatível com a tensão da rede; 4 – Fechar a válvula de dreno (escape de água) do recipiente superior indicado por caixa d`água A. 5 – Encher o recipiente A (caixa d`água A) com água filtrada até atingir aproximadamente 800ml. 6 – Utilizar um voltímetro com fundo de escala ajustado para medir tensões maiores que 10Volts. Meça a tensão de saída do sensor S1 (recipiente A cheio de a água) ao borne Azul. Tensão com recipiente cheio : _________V. 7 – Fechar a válvula de escape do recipiente B (caixa d`água B). Esta válvula é de esvaziamento do fluído do sistema. 62 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 8 – Abrir a válvula de escape de a água da caixa A e deixe fluir para a caixa de a água B localizada na parte inferior. 9 – Com auxílio de um voltímetro, medir a tensão de saída do sensor S1 com a caixa de a água vazia. Tensão com recipiente vazio : _________V. 8 - Com os valores das tensões do sensor para o “tanque” cheio e vazio, determine a relação aproximada de volts/ml: Tensão = __________ (volt/ml) Situação problema. Um condomínio residencial necessita de um sistema que permite abastecer uma caixa de a água instalada no topo do prédio. Há um reservatório de a água no subsolo. O sistema deve manter o nível de abastecimento de a água constante independente da vazão de a água consumida. Analise do comparador 9 – Montar o circuito comparador conforme a figura abaixo a seguir. 10 – Aplicar as tensões pedidas na tabela e anote a tensão de saída. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 63 11 – Com base nos resultados das medidas obtidas com os comparadores, montar o circuito para acionar o motor da bomba de a água do sistema de bombeamento de a água do prédio. 12 – Considerando Volt/ml, ou seja 1000ml = 10000 litros d`água total da caixa d`água do prédio. Esquematize um sistema que mantenha a caixa d`água abastecida em aproximadamente 6000 litros de a água. 13 – Utilizar os circuitos comparadores existentes no conjunto de sensores para elaborar o esquemático deste projeto. Faça uma conexão realimentada de forma que o motor ligue ou desligue no nível d`água estabelecida, no caso (6000 litros). 6000 litros = 600ml 1 4 – Montar o circuito elaborado. 1 5 – Observar se o reservatório A (caixa A) está cheia. Caso esteja vazia, conectar a tensão de referência de +10 Volts ao motor da bomba de forma que bombeie a água do reservatório A para B. 64 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental Ao terminar a montagem chame o seu instrutor para a verificação e coloque o circuito para funcionar. 14 – Abrir a válvula de dreno 1 (Simulação da vazão de a água consumida). 15 – Observar se o nível de a água do reservatório A ao atingir aproximadamente 600ml o que corresponde a 6000 litros, o motor da bomba inicia a abastecer de a água. 16 – Caso isso não ocorra, reajuste as tensões dos comparadores de forma a obter o resultado esperado. 17 – Fazer uma conclusão descrevendo as características observadas neste experimento. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 65 EM BRANCO 66 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 15 - Detector de Fumaça Objetivos; - Conhecer um sensor de fumaça. - Verificar o funcionamento de um sensor de fumaça. Material utilizado; - Módulo: Sensor Óptico de Fumaça; - Modulo de fonte de alimentação; - Multímetro digital; - Isqueiro a gás e um material para produzir fumaça. - Cabinhos de conexão; Introdução teórica Detector de fumaça de ionização. Os detectores de fumaça de ionização usam uma câmara de ionização e uma fonte de radiação ionizante para detectar fumaça. Este tipo de detector de fumaça é o mais comum por não ser caro e por identificar melhores as menores quantias de fumaça produzidas por chamas de fogo. Dentro de um detector de ionização há uma pequena quantidade (talvez 1/5000 de um grama) de amerício-241. O elemento radioativo amerício tem meia vida de 432 anos, e é uma boa fonte de partículas alfa. Outro modo de falar sobre a quantidade de amerício no detector é dizer que um detector típico contém 0,9 microcurie de amerício-241. Um curie é uma unidade de medida para material nuclear. O sensor de fumaça é constituído por uma câmara de ionização e um circuito eletrônico que registra a corrente elétrica da câmara de ionização. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 67 Câmara de ionização O câmara de ionização é basicamente constituído por duas placas metálicas separadas entre si por um espaço formando um dielétrico, o ar. Na superfície de uma das placas está colocada uma fonte de radiação iônica, o amerício-241. As partículas alfa geradas pelo amerício ionizam os átomos do ar (oxigênio e o nitrogênio) no interior da câmara. Os íons do ar contidos na câmara desprendem os elétrons da camada de valência e se torna condutor elétrico. A tensão positiva da placa atrai os elétrons desprendidos pela radiação do amerício fluindo através da carga R produzindo uma queda de tensão Vs. Quando a fumaça entra na câmara, as partículas da fumaça se unem com os íons e se neutraliza. A corrente circulante anteriormente é interrompida cessando a queda de tensão sobre o resistor (R). A variação da tensão sobre o resitor R é aplicada a um circuito eletrônico que dispara o alarme. Após o disparo do alarme, será necessário que toda a fumaça do interior da câmara se dissipe para que o dispositivo esteja pronto para o próximo disparo quando na presença de fumaça. O módulo sensor de fumaça do kit bit9 está mostrado na figura a seguir. 68 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental Parte experimental 1 – Pegue o kit sensor óptico de Fumaça. 2 – Pegar o módulo didático Sensor óptico de Fumaça e conecte a alimentação conforme o diagrama a seguir. 3 – Observar os bornes de alimentação da fonte. Conecte a alimentação +12V e a terra (GND) da fonte de alimentação ao borne +12V e à terra do modulo Sensor de Fumaça. 4 – Pressionar o botão Teste e observe o acionamento do alarme. 5 – Pegar um multímetro e selecione a opção para medir resistência elétrica. A saída corresponde ao contato NA (normalmente aberta) de uma chave que, quando o alarme acionar, a chave de contato fecha (relé). 6 – Ajustar o ohmímetro para medir continuidade e coloque aos bornes do sensor indicado por Saída. 7 – Pegar um pedaço de papel e acenda-o com auxílio de isqueiro. Apague o fogo de forma a produzir fumaça. Cuidado ao acender fogo! Descuido ou brincadeira pode produzir incêndios de grandes proporções. Os acidentes acontecem quando menos se espera. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 69 8 – Posicionar o sensor de fumaça na posição vertical conforme está mostrado na figura a seguir. 9 – Colocar o papel com fumaça na parte inferior até que o alarme dispare. 10 – Observar o fechamento da chave indicado pelos bornes, Saída, por meio da escala do Ohmímetro. 11 – A chave do relé do detector de fumaça poderá ser utilizado para outras finalidades do alarme. 12 – Fazer uma conclusão escrevendo aplicações deste tipo de sensor na área industrial com as características observadas nesta experimentação. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 70 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 16 - Detector Ultra-Sônico Objetivo; - Conhecer um sensor ultra-sônico. - Verificar o funcionamento de um sensor ultra-sônico. Material utilizado; - Módulo: Sensor Ultra-Sônico; - Modulo de fonte de alimentação; - Multímetro digital; - anteparo refletor ultra-sônico. - Cabinhos de conexão; Introdução teórica Ultra-som Existem diversas aplicações do ultra-som na industria, medicina e aparelhos domésticos. As ondas ultra-sônicas são geradas por transdutores ultra-sônicos. O transdutor é constituído basicamente por uma fina camada de cristal de quartzo colocado sobre dois terminais. Quando aplicamos um esforço mecânico sobre a superfície do cristal, este esforço mecânico (pressão) converte em energia elétrica. Uma energia elétrica aplicada nos terminais do eletrodo, a tensão elétrica produz deformação na estrutura do cristal (dimensão) produzindo ondas sônicas. Este fenômeno é chamado de efeito piezelétrico. O ar não é um bom condutor para as vibrações mecânicas. As ondas de ultra-som sofrem grande atenuação ou amortecimento no meio em que se propaga. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 71 Este amortecimento mecânico é chamado “Dumping”. As freqüências mais altas sofrem maior amortecimento do que as frequencias mais baixas. Um sistema de ultra-som deverá operar com freqüência adequada para cada tipo de aplicação. Um sistema ultra-sônico pode funcionar com freqüências compreendidas de 20kHz a 100kHz (baixa freqüência), 100kHz a 10MHz (alta freqüência). Na figura abaixo está mostrado o receptor e transmissor ultra-sônico. Se posicionarmos os sensores ultra-sônicos de forma a formar um ângulo conforme está mostrado a figura, o feixe de ultra-som se propagará até encontrar algum obstáculo. As vibrações mecânicas do ar ao encontrar um obstáculo serão refletidas e retornará até o receptor de forma que será possível calcular a distância do anteparo. Pode-se também utilizar um único sensor ultra-sônico colocado de forma que possa emitir e receber o mesmo sinal refletido em um obstáculo. A emissão é feita de modo pulsado com duração bem determinada . O aparelho emite ultra-sons em forma de pulsos de ondas que atingem o objeto, sendo refletidas sobre a forma de eco e voltando ao aparelho receptor. Com base no tempo entre a emissão e a recepção, é calculada a distância. O ultra-som é empregado em diversas áreas. Na mecânica, para medidas de densidade de fluidos, cavidades em metais, medidores de distâncias etc. Na segurança, o ultra-som é utilizado para detectar presença de corpos em recintos, alarme de presença em carros etc. O uso do ultra-som de baixa intensidade em medicina, para diagnóstico, se baseia na reflexão das ondas ultra-sônicas. O diagnóstico com ultra-som é mais seguro porque as ondas não são radiações ionizantes como os raios-x e por isso há a preferência em uso nos exames pré-natais. 72 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental Parte experimental 1 – Pegue o módulo didático de Sensor Ultra-Sônico. 2 – Manter o cabo de alimentação da fonte desconectada da rede elétrica. 3 – Fazer a conexão dos módulos conforme o diagrama de conexão. Confira cuidadosamente as conexões se estão corretamente ligadas. 4 – Conectar o cabo da alimentação da fonte de alimentação à rede elétrica. 5 – Conectar a ponta de prova do osciloscópio na saída do oscilador (40kHz) e confira a freqüência de oscilação com ajuda do osciloscópio. Freqüência de oscilação medida = ___________Hz. 6 – Ajustar o período (Time/Div) de forma a observar três a quatro ciclos na tela do osciloscópio. Desenhe a forma de onda observada na tela do osciloscópio Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 73 7 – Uma onda ultra-sônica pode atingir até 10MegaHertz. Justifique esta afirmativa. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 8 – Que efeito ocorre numa onda ultra-sônica quando se propaga em um meio (ar, fluido, sólido etc)? ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 9 – Descrever o que é efeito Doppler. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 10 – Conectar um voltímetro para medir VDC ao borne indicado por SAÍDA AMPLIFICADOR do circuito receptor de Ultra-som conforme ilustra a Figura a seguir. 11 – Colocar um obstáculo qualquer no ponto indicado no painel do módulo e registre a tensão de saída. Vdc de saída = ____________Volts 12 – Manter o obstáculo no ponto indicado. 13 – Conectar a ponta de prova do osciloscópio ao borne indicado por SINAL DO RECEPTOR. 14 – Observar a forma de onda na tela do osciloscópio. 74 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 15 – Desenhar a forma de onda observada na tela do osciloscópio. 16 – Comparar a forma de onda transmitida e a onda recebida. A freqüência de trabalho do sensor depende do sentido de corte e da espessura do cristal piezelétrico. Um emissor de 40kHz possui uma espessura específica para oscilação nesta freqüência. À medida que a freqüência de trabalho cresce a espessura do cristal diminui. O receptor ultra-sônico de cristal, quando recebe as ondas mecânicas, ele entra em ressonância e gera tensão senoidal. Na freqüência de ressonância a tensão é máxima. 17 – Descrever porquê uma onda quadrada aplicada num transmissor converte em onda senoidal no receptor. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 18 – Descrever aplicações do sensor ultra-sônico nos diversos segmentos da industria. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 19 – Fazer a conclusão das características observadas desta experimentação com o sensor ultra-sônico. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 75 EM BRANCO 76 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 17 - Sensor Magnético de Efeito HALL Objetivos; - Conhecer um sensor de efeito HALL;. - Verificar o funcionamento de um sensor de efeito HALL. Material utilizado; - Módulo: Sensor de Efeito Hall; - Modulo de fonte de alimentação; - Osciloscópio de duplo traço; - Multímetro digital; - Cabinhos de conexão; Introdução teórica Efeito Hall O efeito Hall foi descoberto em 1879, por Edwin Herbert Hall. Quando um condutor é submetido a um campo magnético perpendicular a direção da corrente elétrica, uma diferença de potencial surge nas laterais deste condutor na presença do campo magnético. Este efeito ocorre devido a cargas elétricas tenderem a desviar-se de sua trajetória por causa da força de Lorentz. Desta forma cria-se um acúmulo de cargas nas superfícies laterais do condutor produzindo uma diferença de potencial. Parte da corrente elétrica se desloca para a lateral e as lacunas de portadores positivos para a outra. O acúmulo de cargas elétricas iguais nas laterais do semicondutor cria-se uma diferença de potencial chamado tensão Hall. O efeito Hall existir em qualquer material condutor, entretanto nos semicondutores o efeito é mais intenso. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 77 Quando uma corrente flui pelo semicondutor e é cortado por um campo magnético perpendicular à sua superfície, pode causar uma diferença de potencial em uma direção perpendicular tanto ao campo magnético quanto à corrente I. Caso há a mudança do sentido do campo magnético sobre o semicondutor, a polaridade da tensão HALL também muda. O sensor Hall é um elemento sensitivo em campo magnético magnéticos contínuos ou alternados. Na figura a seguir está mostrado o aspecto do sensor Hall (semicondutor). Esta característica do semicondutor de efeito Hall possui grande vantagem na sua aplicação. O sensor de efeito Hall é utilizado na industria automobilística, sistema de automação industrial, medidores de campo magnético, sistema aeroespacial e em inúmeras aplicações. A maioria dos instrumentos de medidas magnética (Gaussímetro) utiliza sensores de efeito HALL. 78 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental Parte experimental 1 – Pegue o módulo didático Sensor de Efeito Hall. 2 – Fazer a conexão dos módulos conforme o diagrama de conexão. Confira cuidadosamente as conexões se estão corretamente ligadas. 3 – Posicionar o potenciômetro R6 totalmente para o sentido anti-horário. 4 – Conectar o voltímetro para medir tensão ao borne indicado por SAÍDA DO SENSOR. Posicione o ímã fora do sensor Hall. Observe a figura a seguir. 5 – Medir a tensão de saída do sensor. Vs (sensor Hall) = __________Volt. (Sem o efeito do campo magnético) 6 – Girar o disco de acrílico (cuidadosamente) e posicionar sobre o sensor Hall e meça a tensão de saída. Vs (sensor Hall) = _________Volt. (Com efeito do campo magnético) Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 79 7 – Manter o potenciômetro R6 totalmente para o sentido anti-horário. 8 – Conectar o voltímetro ao borne indicado por SAÍDA AMPLIFICADA . Posicione o ímã fora de ação do sensor Hall. Meça a tensão de saída. Vs (amplificada) = __________Volt. (Sem o efeito do campo magnético) 9 – Girar o disco de acrílico (cuidadosamente) e posicione sobre o sensor Hall e meça a tensão de saída. Vs (amplificada) = _________Volt. (Com efeito do campo magnético) 10 – Conectar a ponta de prova do osciloscópio ao borne indicado por SAÍDA AMPLIFICADA e o terminal terra ao GND. 11 – Girar vagarosamente o potenciômetro R6 no sentido horário até a metade de seu curso. O disco do motor irá girar. Observe o sinal de saída registrada na tela do osciloscópio. 12 – Ajustar a base de tempo do osciloscópio de forma a observar três a cinco ciclos na tela. 13 – Reproduzir a forma de onda observada na tela do osciloscópio a seguir. 14 – Determinar a freqüência do sinal por meio de osciloscópio. Freqüência do sinal = _____________Hz. 80 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 15 – Ajustar o potenciômetro R6 para o máximo e Calcule a freqüência do sinal de saída. Freqüência do sinal = _____________Hz. 16 – Descrever uma das aplicações do efeito Hall na industria. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 17 – Fazer a conclusão com as características observadas nesta experimentação com o sensor de efeito Hall. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 81 EM BRANCO 82 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 18 – Sensor de Umidade Relativa Objetivos; - Conhecer um sensor de umidade relativa;. - Verificar o funcionamento de um sensor de umidade relativa. Material utilizado; - Módulo: SENSOR DE UMIDADE RELATIVA; - Modulo de fonte de alimentação; - Multímetro digital; - Pedaço de madeira úmida. - Cabinhos de conexão; Introdução teórica Existem diversos tipos de sensor de umidade relativa. O processo de medição divide-se em vários grupos; medição por resistividade, capacidade, ionização etc. O sensor apresentado neste módulo é do tipo medição da resistividade elétrica. A construção do dispositivo sensor é adequada para medir a umidade relativa de madeiras. Existem outros tipos de medidores que não destrutivos que não precisam introduzir o eletrodo na madeira. Existem sensores de umidade relativa para medir superfície de alvenaria, superfície de lavoura etc. A maioria desses sensores mede a resistência elétrica do material a ser medido. A unidade de medida da umidade relativa é UR (%). Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 83 Parte experimental 1 – Pegar o módulo didático SENSOR DE UMIDADE RELATIVA. 2 – Fazer a conexão dos módulos conforme o diagrama de conexão. Confira cuidadosamente as conexões se estão corretamente ligadas. 3 – Conectar a ponta do sensor ao borne indicado por B1 e B2 respeitando as polaridades. Plug RCA vermelho com vermelho e preto com o preto. 4 – Conectar o voltímetro para medir tensão aos bornes; ponta positiva ao indicado por B3 e a ponta negativa ao indicado por B4. 5 – Pegar um pedaço de madeira molhada e espetar o eletrodo e anote a tensão de saída do sensor. Vs = _________mV 6 – Conectar a saída indicada pelos bornes B3 e B4 ao galvanômetro. B3 ao positivo e B4 ao negativo do galvanômetro. 7 – Espetar o eletrodo na madeira úmida e registrar o valor da % de UR medida. __________UR (%) 8 – Fazer a conclusão descrevendo as características observadas neste tipo de sensor de umidade relativa utilizada em madeira, papel ou papelão. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 84 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 19 - Chave Magnética (Reed Swicth) Objetivos; - Familiarizar com chave magnética. - Observar o funcionamento da chave magnética. Material utilizado; - Módulo: Chave de mercúrio e Chaves Magnéticas; - Modulo de fonte de alimentação; - Multímetro digital; - Cabinhos de conexão; Introdução teórica “Reed switch” O reed switch é uma chave acionada por um campo magnético. Foi inventado no laboratório Bell Telephone por W.B. Elwood. Esta chave magnética é constituída de um par e contatos ferro magnético hermeticamente fechado dentro de um bulbo de vidro. O contato pode ser normalmente aberto ou fechado. A chave abre ou fecha na presença de um campo magnético aplicado sobre o componente. Para funcionar como rele, o reed switch é colocado no interior de uma bobina. Os dois contatos magnéticos existentes no invólucro são eletricamente condutivos que estão separadas por uma distancia onde a chave se abre. Os reed switch pode ser simples ou múltiplos com contatos normalmente abertos ou fechados. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 85 Parte experimental 1 – Pegar o módulo didático; Chave de Mercúrio e Chaves Magnéticas. 2 – Localizar as chaves magnéticas (reed switch) no modulo chaves magnéticas. 3 – Posicionar o ímã no centro do cursor conforme mostra a figura a seguir. 4 – Conectar o ohmímetro ao borne indicado por S2 e medir a resistência elétrica (chave magnética aberta). Resistência da chave = _________Ω, Sem a presença do campo magnético. 5 – Mover o ímã sobre o reed switch e observe a indicação do ohmímetro e registre o valor da resistência ôhmica. Resistência da chave = _________Ω, Com a presença do campo magnético. 6 – Repetir o item 4 e 5 com o reed switch S3. Resistência da chave = _________Ω, Sem a presença do campo magnético. Resistência da chave = _________Ω, Com a presença do campo magnético. 86 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 7 – Montar o circuito indicador de funcionamento de a figura a seguir. Observe o painel e procure os bornes correspondentes à conexão dos diodos LEDs. 8 – Mover o ímã sobre o reed switch e observe a indicação dos LEDs quando as chaves se atuam. Nota-se que a chave acionamento das chaves se efetua sem o contato mecânico. A chave aciona-se somente com a presença do campo magnético. 9 – Escrever uma aplicação do sensor magnético como chave num sistema de automação industrial. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 10 – Fazer a conclusão da experimentação descrevendo a característica da chave magnética (reed switch). ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 87 EM BRANCO 88 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 21 - Chave de Mercúrio Objetivos; - Familiarizar com chave de mercúrio. - Observar o funcionamento da chave de mercúrio. Material utilizado; - Módulo: Chave de mercúrio e Chaves Magnéticas; - Modulo de fonte de alimentação; - Multímetro digital; - Cabinhos de conexão; Introdução teórica Chave de mercúrio Mercúrio é um metal líquido à temperatura ambiente. O símbolo Hg, como todos os símbolos químicos, vem do latim "hydrargyrum" que significa prata líquida. O mercúrio é um elemento químico de número atômico 80 (80 prótons e 80 elétrons) e massa atômica 200,5 u. À temperatura ambiente, encontra-se no estado líquido. Ele e o gálio são os únicos metais líquidos à temperatura ambiente. É um metal prateado que na temperatura normal é líquido e inodoro. É um bom condutor de eletricidade. É utilizado em instrumentos de medidas; termômetros e barômetros, como catalisador em reações químicas, chaves eletrônicas, lâmpadas fluorescentes etc. Na figura está mostrado um sensor de mercúrio empregado em medidor de inclinarão; “enclinômetros”. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 89 Parte experimental 1 – Pegar o módulo didático; Chave de Mercúrio e Chaves Magnéticas. 2 – Localizar as chaves de mercúrio no modulo. 3 – Inclinar a chave magnética para a esquerda. 4 – Conectar o ohmímetro ao borne da direita entre B e C e medir a resistência elétrica (chave de mercúrio aberto). Resistência da chave = _________Ω, Sem o contato com o mercúrio. 5 – Inclinar a chave para a direita e observe a indicação do ohmímetro e registre o valor da resistência ôhmica. Resistência da chave = _________Ω, Com o contato com o mercúrio. 6 – Repetir o item 4 e 5 mudando o ohmímetro para a chave indicado pelos bornes A e B. Resistência da chave = _________Ω, Sem o contato com o mercúrio. Resistência da chave = _________Ω, Com o contato com o mercúrio. 90 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 7 – Montar o circuito indicador de funcionamento de a figura a seguir. Observe o painel e procure os bornes correspondentes à conexão dos diodos LEDs. 8 – Inclinar o sensor (Chave) de forma a fechar ou abrir as chaves de mercúrio. Observar o indicador de funcionamento, LEDs acenderem quando as chaves atuarem. Nota-se que a chave aciona somente com a inclinação do sensor. 9 – Escrever uma aplicação da chave de mercúrio em um sistema automobilístico. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 10 – Fazer a conclusão descrevendo a característica da chave de mercúrio feita nesta experimentação. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 91 EM BRANCO 92 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 22 – Sensor de Gás Combustível Objetivos; - Familiarizar com sensor de gás. - Observar o funcionamento de um sensor de gás combustível. Material utilizado; - Módulo: Sensor de Gás Combustível. - Modulo de fonte de alimentação; - Multímetro digital; - Cabinhos de conexão; Introdução teórica Gás Um gás é o conteúdo da fase gasosa, no qual a matéria tem forma e volume variáveis. Nos gases, as moléculas se movem livremente e com grande velocidade. A força de coesão é mínima e a de repulsão é enorme. A Física classifica os gases em duas categorias: os gases perfeitos ou ideais os gases reais. Na verdade, nenhum gás é perfeito. Só pode ser tratado como tal, um gás em muito baixa pressão e temperatura. Outra classificação possível para os gases é aquela que considera os efeitos para a saúde humana, quando inalados. Assim, há os inofensivos (oxigênio, hélio), quando dispersos em quantidade normal na atmosfera. Os considerados venenosos (capazes de matar). Tóxicos: ácido cianídrico (produz a morte quase instantaneamente), amoníaco do anidro sulfuroso, benzina, iodacetona, cianuretos alcalinos de potássio, sódio etc. Asfixiantes: que provocam a cessação das trocas orgânicas (provocando a redução do teor de oxigênio e o conseqüente aumento de gás carbônico no sangue) tais como oxicloreto, tetraclorossulfureto de carbono, cloroformiato de metila clorado, bromo, fosgeno. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 93 Detector de gás Normalmente os sensores de gás combustível podem funcionar como sensor de fumaça. Este tipo de sensor é constituído de um micro tubo de cerâmica AL2O3 e impregnado com uma camada sensitiva de Metal de Dióxido (SnO2) fixado por um terminal condutor sobre a camada deste metal. Em caso de sensor de temperatura, os dispositivos contem um micro indutor de uma liga metálica de níquel-cromo (Ni-Cr). Alguns sensores de gás de semicondutor podem ser sensíveis à temperatura, e em outros tipos de fluidos em forma gasosa como álcool, benzina e gases de cozinha etc. Na figura abaixo a seguir está mostrado sensor de gás combustível. Características: - Sensor de gás de semicondutor. - Tensão de trabalho: 3 a 15VDC - Potencia total :750mW. - Faixa de temperatura: -20° C a +40°C. 94 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental Parte experimental 1 – Pegar o módulo didático; Sensor de Gás Combustível. 2 – Conectar a tensão de alimentação ao módulo: Sensor de Gás Combustível conforme o diagrama. 3 – Conectar um voltímetro aos bornes indicado por SAIDA e GND. Medir a tensão de Saída. Tensão de saída = __________Volts 4 – Manter o voltímetro aos bornes indicado por SAÍDA e GND. Pegar um isqueiro e pressionar o dispositivo de gás e injetar o gás (sem acender) no interior do sensor, conforme está ilustrado a figura a seguir. 5 – Aguardar alguns segundos e observar a tensão na Saída do sensor. Anote o valor da tensão de saída. Vs = __________Volts. Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental 95 6 – Repetir a operação pelo menos duas vezes. Medir a tensão de saída sem o gás e com o gás. Para repetir a nova operação com a injeção de gás será necessário esperar por alguns minutos de forma que o gás já presente no interior da câmara se dissipe. Do contrário, o dispositivo não estará pronto para ativar novamente. 7 – Repetir a operação novamente. Vs (sem gás) = _________ Volts Vs (com gás) = __________Volts. 8 – Escrever uma das aplicações do dispositivo sensor de gás na industria química ou em ambiente industrial que trabalha com gases nocivos à saúde. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 9 – Fazer a conclusão da experimentação descrevendo a característica observada num sensor de gás combustível. ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... 96 Conjunto Didático de Sensores – Parte experimental
