J.P.C. GUTIERREZ - MANUTENÇÃO INDUSTRIAL/MONTAGEM, INSTALAÇÃO E MANUTENÇÃO DE SENSORES

 

Nosso conjunto de ferramentas para trabalhos de reparos de manutenção em automação industrial 

Sensores em Automação Industrial

Na área de automação industrial, os sensores têm um papel muito importante para tornar os produtos inteligentes e altamente automáticos. Estes permitem detectar, analisar, medir e processar várias mudanças como mudança de posição, comprimento, altura, aparência e deslocamento que ocorrem nos locais de produção. Esses sensores também desempenham um papel importante na previsão e prevenção de muitos eventos futuros, atendendo assim às necessidades de muitas aplicações de detecção. São vários os tipos de sensores utilizados na automação industrial: Sensores de proximidade, Sensores de visão, Sensores ultrassônicos, Sensores de posição, Sensores fotoelétricos, Sensores de temperatura, Sensores de inclinação, etc.
Posicionamento e deslocamento
Certos sensores ajudam a determinar a posição física de um dispositivo no quadro de referência do mundo. Ou seja, mede a distância percorrida por um dispositivo a partir de sua posição de referência. Com base no movimento de um dispositivo, os sensores de posição usados ​​neles são categorizados como Sensor de posição linear ou Sensor de posição angular.
Sensor de Posição Linear: Desempenha um papel importante no controle de automação, onde é necessário um posicionamento preciso (precisão). Ele mede a posição linear de um dispositivo. Um bom exemplo desse tipo de sensor é o transformador diferencial variável linear (também conhecido como LVDT). É um tipo de transformador usado para detectar e medir o deslocamento linear.
Sensor de posição angular: Este sensor geralmente chamado de sensor rotativo calcula a orientação de um objeto em relação a uma posição de referência específica, conforme expresso pela quantidade de rotação necessária para mudar de uma rotação para outra sobre um eixo específico. Ele mede a relação estabelecida por qualquer posição em relação a qualquer outra posição. Estes são usados ​​onde a confiabilidade de longo prazo é necessária.
Considerando que, com base nos princípios de detecção usados, os sensores de posição podem ser classificados em diferentes categorias.
Sensores de posição potenciométricos: Usam o efeito resistivo como princípio de detecção. É livre de desgaste, pois não possui peças de contato. Nesses tipos de sensores, o marcador de posição é anexado à parte móvel do aplicativo, cuja posição precisa ser medida. O elemento sensor é uma pista resistiva ou condutiva, onde um raspador (por exemplo) é fixado na parte do dispositivo cujo deslocamento deve ser medido. O limpador permanece em contato com a pista. À medida que o dispositivo se move, o limpador também se move e a resistência entre um ponto final da pista e o limpador muda. Isso torna a resistência uma função da posição do limpador. Neste, a mudança na resistência por unidade de mudança na posição do limpador é linear. A facilidade de usar esses sensores os torna vantajosos.
Aplicações
As aplicações para sensores de posição como um todo são amplas. Eles podem ser usados ​​em qualquer coisa, desde controle de movimento de um robô, detecção de nível de tanque ou até mesmo em equipamentos de processo de semicondutores.
Sensores de deslocamento capacitivo: São baseados no princípio dos capacitores do tipo placa ideal, onde o objeto em movimento é anexado ao dielétrico ou às placas do capacitor para gerar as mudanças na capacitância. Estes são os dispositivos capazes de medir em alta resolução a posição ou a mudança de posição de qualquer alvo condutor. Estes também podem medir a densidade ou a espessura do material não condutor. Esses tipos de sensores são encontrados em instalações de fabricação e usinagem em todo o mundo.
Aplicação
É usado no posicionamento preciso de objetos no nível nanométrico e na medição de espessura de precisão de unidades de disco, teste de linha de montagem e metrologia de máquinas-ferramenta. É amplamente utilizado em usinagem.
Transformador diferencial variável linear (LVDT): Popularmente conhecido como transformador diferencial é um dispositivo eletromagnético que produz uma tensão elétrica, que é proporcional ao deslocamento de um núcleo magnético móvel. É usado para medir o deslocamento linear do dispositivo. Estes são robustos e sem atrito. Ele opera com base no princípio do acoplamento eletromagnético e, portanto, pode medir até mesmo as mudanças infinitesimalmente pequenas no núcleo. O acoplamento eletromagnético refere-se à transferência de dados modulados de uma parte do sistema para a outra devido ao campo elétrico e magnético entre eles. É sem atrito e pode trabalhar sob altos níveis de choque e vibração.
Sensor de posição linear magnetostritivo: A magnetostricção é uma propriedade do material ferromagnético (como ferro, níquel e cobalto) de alterar seu tamanho e forma quando colocado em um campo magnético. Os sensores que trabalham com este princípio de material ferromagnético para medir a distância entre um ímã de posição e a extremidade da haste de detecção em direção ao invólucro eletrônico são chamados de sensores de posição linear magnetostritivos. Nele, o sensor de posição não toca na haste sensora, assim, as peças não se desgastam.
Aplicação
Estes sensores tornam-se um componente essencial no elevador deficiente para van ou ônibus, além de detectar a posição do cilindro em cilindros pneumáticos, detectar a posição em equipamentos de manuseio de materiais, para detectar queimaduras de semáforos e outras aplicações industriais semelhantes.
Proximidade e presença
Sensor de proximidade é um sensor que pode detectar a presença de objetos próximos sem qualquer contato físico. Eles estão disponíveis em modelos que usam oscilação de alta frequência para detectar objetos metálicos ferrosos e não ferrosos e em modelos capacitivos para detectar objetos não metálicos.
Estes convertem a informação sobre o movimento ou a presença de um objeto em um sinal elétrico. Esses sensores não têm contato direto com o objeto a ser detectado, portanto, há menos chances de desgaste do dispositivo. Estes podem ser divididos em três categorias com base no princípio de operação: sensores indutivos, sensores capacitivos, sensores fotoelétricos e sensores de campo magnético.
Sensores Indutivos: São usados ​​para detectar objetos metálicos sem nenhum contato. Estes são baseados no princípio operacional de uma bobina e um oscilador, que cria um campo eletromagnético em um ambiente fechado. Neste cenário, a presença de qualquer objeto metálico na área de operação causa amortecimento da amplitude de oscilação. O circuito de limiar identifica a subida e descida da oscilação e altera a saída do sensor. Possuem longa vida útil e são extremamente robustos.
Aplicação
Os sensores indutivos são utilizados em detectores de metais para detectar objetos metálicos sem nenhum contato físico. Eles também são usados ​​em lavagens de carros e em aplicações industriais onde a sujeira é predominante.
Sensores Capacitivos: Esses sensores de proximidade são usados ​​para detectar objetos metálicos e não metálicos. O princípio em que funciona é a variação de capacitância entre o sensor e o objeto que está sendo detectado. Um circuito eletrônico dentro do circuito começa a oscilar quando um objeto está presente a alguma distância do lado sensível do sensor. O circuito de limite identifica a ascensão e queda de tal oscilação e aciona um amplificador para operar uma carga externa. A distância de operação é regulada pelo parafuso presente na parte traseira do sensor. Esses sensores respondem da mesma forma a todos os condutores, pois não são sensíveis às mudanças de material e também não são uma boa escolha em condições de sujeira ou umidade.
Aplicação
Os sensores capacitivos são usados ​​na detecção de vazamentos em tubulações e vasos, pois podem detectar materiais metálicos e não metálicos. Eles também são usados ​​em aplicações para controlar o nível de líquidos e sólidos e em controles de empilhamento na indústria de automação.
Sensores Magnéticos: Esses sensores de proximidade funcionam na presença de um ímã permanente. Eles funcionam com base no princípio do uso de contatos reed. Um contato reed consiste em duas palhetas ferromagnéticas de baixa resistência encerradas em um bulbo de vidro cheio de gás inerte. Um contato elétrico é criado devido à atração recíproca de ambas as palhetas na presença de um campo magnético. O melhor deste sensor é que além de medir a proximidade de um dispositivo, também pode ser usado para medir a velocidade e a posição dos dispositivos.
Sensores Fotoelétricos: Um sensor fotoelétrico é um dispositivo que utiliza um transmissor de luz (geralmente infravermelho) e um receptor fotoelétrico para detectar a presença de um objeto, sua ausência e sua distância. O feixe de luz é modulado em uma frequência específica e o detector que possui um amplificador sensível à frequência responde apenas à luz modulada nessa frequência, eliminando a imagem falsa causada por uma lâmpada ou luz solar.
Aplicação
O principal objetivo de usar esses sensores é lidar com contagens desafiadoras e detectar objetos não guiados em queda livre na indústria de automação. Eles também são usados ​​para o posicionamento preciso dos objetos nas máquinas de impressão e para digitalizar periodicamente o material de destino nos canais de cor R, G, B, a fim de detectar a cor ensinada.
Detectando formas e dimensões por meio de feedback visual
Um sensor de visão é um sensor que identifica a forma, dimensão, orientação ou localização de um objeto por meio de feedback visual. Um exemplo muito bom de tais sensores é a câmera em nosso laptop. Os sensores de visão são mais flexíveis e eficientes do que as barreiras de luz e têm um design mais simples devido à configuração para um campo de aplicação especial. Muitas aplicações difíceis que exigiam vários sensores fotoelétricos ou de proximidade para seu trabalho agora podem ser tratadas com apenas um sensor de visão, a um custo baixo. Dependendo da placa gráfica em que o aplicativo está trabalhando ou da complexidade dos objetos detectados, os sensores de visão podem ser um pouco mais lentos que os sensores de proximidade. Os sensores de visão têm uma resolução fixa e geralmente requerem mais tempo de processamento e são mais lentos que as câmeras. O conteúdo de uma imagem do sensor de visão pode ser acessado por meio da API (Application Programming Interface). A desvantagem dos sensores de visão é que o conteúdo da imagem só está disponível durante a operação real. Os dois tipos de sensores de visão baseados no caminho da projeção dos raios são: projeção ortográfica e projeção em perspectiva.
Tipo de projeção ortográfica: O campo de visão deste tipo de sensor é retangular. Segue a projeção ortográfica dos raios, onde todos os raios paralelos são perpendiculares ao plano de projeção. Este tipo de projeção é adequado para sensores infravermelhos de alcance próximo ou telêmetros a laser. Esses sensores são baseados no conceito de que o observador está no infinito ou muito longe.
Tipo de projeção em perspectiva: O campo de visão desse tipo de sensor é trapezoidal. A projeção em perspectiva dos raios é considerada boa para sensores do tipo câmera. Neste, os raios irradiam para um único ponto do objeto a uma determinada distância. Essas aplicações de sensores dependem do fato de que o espectador está a alguma distância do objeto e não no infinito.
Os sensores de visão de aplicação
são usados ​​em câmeras para aumentar o rendimento de imagens de alta resolução e alta velocidade. Eles também são usados ​​para fins de monitoramento em diferentes câmeras de segurança em residências, escritórios, etc.
Sensores ultrassônicos — posicionamento ou proximidade
Sensores ultrassônicos usam ondas sonoras em vez de luz. Estes são considerados ideais para a detecção estável de líquidos, superfícies irregulares, objetos em ambientes sujos e objetos claros. Esses sensores usam um transdutor piezoelétrico para detectar e enviar ondas sonoras. Estes não são afetados pela cor do alvo ou poeira atmosférica, chuva, neve, etc. e podem funcionar em condições adversas. Eles funcionam bem em aplicações que requerem medições precisas entre objetos em movimento e estacionários. Algumas empresas consideram que é um tipo de sensor de proximidade, enquanto outras consideram que é um tipo de sensor de posição, pois é usado para detectar a presença de objetos próximos e usa o tempo para medir a distância. Esses sensores podem ser divididos em três tipos com base em seus modos de operação - Thru-Beam, Refletivo Difuso e Retro-Refletivo.
Thru-Beam: Baseia-se no princípio da presença de duas unidades separadas - um detector e um emissor. Neste, o som que é emitido pelo emissor é detectado pelo detector e o alvo é detectado, quando passa entre o emissor e o detector.
Refletivo Difuso: É considerado um único pacote de emissor e detector em que seus campos de visão se cruzam. Nela, o emissor emite som continuamente e quando o alvo está dentro da faixa de operação do sensor, o som emitido é refletido pelo alvo e detectado pelo detector.
Retrorrefletivo: Este tipo de sensor contém um emissor, um detector e um Retrorrefletor. O emissor e o detector estão no mesmo pacote, enquanto o retrorrefletor é colocado um pouco longe do sensor. O sensor funciona com base no princípio de que o som do emissor é refletido pelo retrorrefletor e detectado pelo detector, em vez de ser refletido diretamente do alvo para o detector.
Aplicação
Esses sensores são usados ​​para detectar objetos onde as fotocélulas normais não podem ser usadas como para medição de nível de sólidos e líquidos, detecção de diâmetro ou loop para materiais como papel, chapa de ferro e para a detecção de objetos transparentes como plástico, garrafas de vidro, plástico filtros, etc. Eles podem ser preferidos aos sensores fotoelétricos para detecção de objetos porque não são afetados por objetos coloridos, transparentes ou brilhantes.
Sensor de temperatura
Um dispositivo que coleta informações relacionadas à temperatura de uma fonte e as converte em uma forma que pode ser facilmente compreendida por um observador ou qualquer outro dispositivo. Estes são os sensores mais usados ​​no mundo atual, sendo um bom exemplo um termômetro. Esses sensores são usados ​​para medir a temperatura de um meio para que possam ser controlados. Existem dois tipos de sensores de temperatura: sensores de contato e sensores sem contato.
Sensores de contato: como o nome sugere, este sensor mede a temperatura do objeto ao qual o sensor está em contato. No entanto, tem uma limitação, ou seja, tanto o sensor quanto o objeto devem estar em equilíbrio térmico, ou seja, não deve haver nenhum fluxo de calor entre eles.
Sensores sem contato: Ao contrário dos sensores de contato, medem as radiações de calor dos ambientes dentro de uma determinada área. Estes não precisam estar em contato real com o objeto. Muitos sensores sem contato hoje em dia estão sendo usados ​​para controlar a temperatura, bem como a umidade de uma área e para tornar a área confortável para nós.
Aplicação
O sensor de temperatura é utilizado em refrigeradores e caldeiras em sistemas HVAC além de outras aplicações na indústria de Automação. Eles são usados ​​como fonte de controle de temperatura em muitas aplicações, desde energia eólica até ar comprimido.
Detecção de inclinação e ângulos
Os sensores de inclinação são usados ​​para medir a inclinação ou o ângulo de inclinação de uma máquina ou objeto em relação a um plano horizontal. Neste, o plano de referência pode ser um eixo bidimensional particular ou um plano tridimensional. Para medir a inclinação com o plano terrestre da Terra, um acelerômetro é usado.
Os mercados, hoje, possuem inúmeros dispositivos para monitorar os ângulos de inclinação, porém, estes não fornecem as informações de acordo com as necessidades da indústria. Estes podem medir o ângulo de inclinação em uma faixa angular de até 360°. Estes são livres de contato e podem ser facilmente integrados aos sistemas. Eles trabalham em níveis de precisão tão baixos quanto 0,1° e podem funcionar em faixas de temperatura estendidas de -40 a 85 °C. Estes podem ser usados ​​em condições difíceis, dentro de carcaças de metal compactas. O principal uso dos sensores de inclinação é manter a exibição de um dispositivo na posição correta conforme o usuário o segura. Eles podem ser amplamente divididos em duas categorias: sensores de inclinação proporcionais e baseados em interruptor.
Sensores de inclinação baseados em interruptor: Esses sensores são os mais básicos e têm apenas dois estados de saída. Estes podem novamente ser categorizados como - Interruptor de inclinação de mercúrio e interruptor de estrutura de esfera em gaiola. Os interruptores que possuem esferas de mercúrio dentro deles que completam o contato quando inclinados são chamados de interruptores de inclinação de mercúrio. Dependendo do número de contatos usados ​​neles, os interruptores de inclinação de mercúrio podem ser SPST e SPDT. Considerando que, no caso de trocas de estrutura Ball in a Cage, uma bola metálica desempenha o papel do mercúrio. A bola evita vibrações e choques.
Sensor de inclinação proporcional: A saída desses sensores é proporcional ao grau de inclinação. Dependendo do mecanismo de inclinação, esses sensores podem ser divididos em três categorias: sensores eletrolíticos de inclinação, sensores baseados em MEM e sensores ópticos de inclinação.
Sensor de inclinação eletrolítico: semelhante a uma bateria de chumbo-ácido, este sensor contém eletrodos positivos e negativos junto com um eletrólito. Quando o sensor está em repouso, nenhum potencial é gerado, pois os eletrodos estão igualmente imersos no eletrólito, enquanto que quando o sensor está inclinado, uma diferença de potencial é gerada dependendo do nível de submersão dos eletrodos no eletrólito, permitindo assim uma melhor conectividade elétrica.
Aplicação
São utilizados em alarmes de queda, que indicam que um trabalhador caiu durante o trabalho. Eles também são usados ​​em termostatos e pressostatos.
Sensores baseados em MEM: MEMS referem-se a sistemas microeletromecânicos que integram elementos mecânicos, atuadores, sensores e componentes eletrônicos em um substrato de silício comum por meio da tecnologia de microfabricação. O movimento do objeto neste sensor descreve sua inclinação. Estes não são tão precisos quanto os sensores de inclinação eletrolíticos, no entanto, têm a opção de memória para registrar a posição anterior do objeto e também fornecem resolução média.
Aplicação
Deslocam as saídas dos sensores para níveis adequados de conversão e também são usados ​​para capotamento ou controle de estabilidade juntamente com o monitoramento de pacientes.
Sensores ópticos de inclinação: usam uma fonte de luz, detector e também lentes às vezes. Estes são menores em tamanho e detectam a intensidade da luz que incide sobre eles junto com o ângulo com o qual o feixe incide e emite sinais elétricos de acordo.
Aplicação
São usados ​​em mãos robóticas para detectar a presença de vidro de cristal líquido.
Sensores de umidade
Como o nome sugere, os sensores de umidade são usados ​​para detectar o nível de umidade (teor de umidade) no ar. Estes desempenham um papel muito importante do ponto de vista médico. Em áreas onde a umidade é extremamente baixa, a eletricidade estática é gerada, o que pode até queimar coisas, no entanto, em áreas onde há alta umidade, as coisas podem ser danificadas devido ao crescimento de bactérias e fungos. Portanto, um sensor de umidade detecta o nível de umidade e transfere essa informação para qualquer controlador de umidade para ação posterior. Novamente com base em seu princípio de funcionamento, esses sensores podem ser classificados como Capacitivos e Resistivos.
Sensores Capacitivos de Umidade: É considerada uma tecnologia madura no campo da detecção. O aumento da constante dielétrica de um sensor de umidade é diretamente proporcional à umidade relativa do ambiente circundante. Assim, o material utilizado neste sensor desempenha um papel importante.
Sensores de umidade resistivos: usam um pedaço fino de cloreto de lítio ou outros dispositivos semicondutores que medem a resistência. O material deste sensor fica úmido devido à presença de vapor d'água no ar e nos ajuda a determinar as informações de umidade. Esses sensores podem funcionar em altas temperaturas de até 212° Fahrenheit.
Aplicação
São utilizados nos sistemas HVAC para detectar o nível de umidade na indústria e em linhas de transmissão, antenas e guias de onda utilizados em telecomunicações.
Detectando vários parâmetros
Agora podemos entender o funcionamento e as vantagens de diferentes sensores para fazer seu uso correto na aplicação necessária. A maioria dos sensores discutidos acima se concentra em medir a presença ou a distância de um objeto, devido aos seus diferentes princípios de funcionamento. No entanto, também existem outros sensores, como os sensores de temperatura e umidade, que são diferentes e servem para detectar os diferentes parâmetros do ambiente. Aplicações relacionadas à automação industrial podem facilmente utilizar esses sensores, dependendo de sua necessidade e de seus princípios de funcionamento para o correto funcionamento do dispositivo.