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TOPIC 4 Fluidos, Temperatura & Sensores De Medição De Luz

Sensores De Medição do Fluido em Automação Próxima aplicação; onde os sensores são necessários é pressão de fluidos. Na automação estamos usando variedade de fluidos; ar, gás ou pode ser água ou produtos químicos ou muitos outros líquidos. É preciso medir a pressão deste fluido para a variedade de aplicação. O sensor mais comum que é usado para medição de fluido é diafragma. Funciona com base no princípio da deformação do elástico. Quando aplicamos pressão em um dos lados do diafragma, então há deformação elástica do diafragma. Esta deformação elástica pode ser sentida com o uso de medidor de estirpe, que é montado sobre o seu outro lado da superfície. E então podemos facilmente descobrir a pressão em termos de estirpe que é gerada no medidor de estirpe. Como vimos os gaúchos de estirpe podem estar mais conectados com uma ponte de Wheatstone, que está gerando os sinais necessários. Quando estamos usando dois diafragmas diferentes de natureza ondulada, podemos considerar que este é um diafragma corrugado. Quando juntamos dois diafragma ondulado juntos, estamos gerando uma cápsula. O fluido é passado através da cápsula e, em seguida, há uma deformação do diafragma corrugado superior. O deslocamento da porção superior do diafragma está em proporção com a pressão do fluido. Quando estamos integrando ou quando estamos usando várias cápsulas, então vem as folgas. Podemos ver capsule 1, cápsula 2 e cápsula 3. Várias cápsulas são integradas, são empilhadas umas sobre as outras e então podemos ter construção integrada; que é novamente utilizada para sentir a pressão do fluido. O fluido é passagem, uma vez que há um aumento da pressão do fluido, a porção superior dos abaixo irá deslocar-se, ela se moverá em direção ascendente. Uma medição mais precisa da pressão pode ser feita com bellows quando adicionamos o sensor LVDT. No nosso slide podemos ver, o sensor LVDT integrado com os bellows. LVDT como sabemos, é Linear Variável Diferencial Transformer. Quando houver aumento da pressão, as folgas se expandirão, e como as folgas estão expandindo a haste de ferro dentro do sensor LVDT irá se mover, ele irá deslocar. Como a haste de ferro está deslocando, há geração de EMF através das bobinas secundárias e que a EMF gerada através da bobina secundária é proporcional ao deslocamento da haste e deslocamento da haste é proporcional à pressão. Desta forma podemos facilmente medir a pressão usando o LVDT conectado com os folgas. Estes tipos de arranjo podem ser utilizados para medir pressões cerca de 103 108 Pa. Na indústria, precisamos medir o fluxo de vários líquidos. O líquido pode ser água; esse líquido pode ser os derivados do petróleo; ou os produtos químicos ou o líquido podem estar tendo certos elementos sólidos que chamamos de slurries também. Para medir o fluxo do líquido, o sensor muito simples e básico é o sensor do orifício. O sensor do orifício está trabalhando no princípio do Bernoulli's. Conforme o princípio do fluido fluido de Bernoulli, podemos medir a quantidade de fluidos fluidos computando a queda de pressão em toda a constrição no fluido fluido. O volume de fluxo de fluido é proporcional à raiz quadrada da diferença de pressão nas duas extremadas da constrição. Considere um fluido de alta pressão está fluindo através do tubo; já que o fluido de alta pressão entra em contato com a constrição ou seja, a placa do orifício, há obstrução ao fluido fluido. No entanto, tem uma abertura. Quando o fluido estiver se movendo através dessa abertura, a pressão vai cair mas a velocidade vai aumentar. Assim, ao medir a queda de pressão, podemos facilmente descobrir o fluxo líquido. Placa de orifício é muito simples e não tem nenhuma parte em movimento. Mas, o sensor é não-linear e a precisão é de cerca de ± 1,5. Importante limitação da placa do orifício é que; ela não funciona com slurries. Se o líquido estiver tendo partículas sólidas, as partículas sólidas ficarão obstruídas e elas se instalarão nesta região, e devido a isso pode haver entupagem da passagem do fluido. Mais um dispositivo de medição de fluxo de fluido popular é o metro de turbina. O arranjo é muito simples. Estamos tendo rotor multiblado. Como o fluido está passando sobre o rotor multiblado, o rotor girará. No medidor de turbina, estamos a ter uma bobina de recolhimento magnético. Quando uma lâmina de rotor vai chegar em estreita proximidade da bobina de recolhimento magnético, há distorção do campo magnético da bobina de recolhimento magnético. Devido à distorção, um sinal será gerado através da bobina de recolhimento magnético. Como o número de vezes que essas vibrações serão perturbadas, estamos recebendo os pulsos. A frequência de pulsos é proporcional à rotação da turbina; a frequência de pulsos é proporcional à velocidade angular da turbina; e a velocidade angular da turbina é proporcional à taxa de fluxo de fluidos. A precisão do medidor de turbina é melhor do que a placa do orifício; no entanto, o custo associado ao medidor de turbina é alto.

Perguntas de Avaliação#1 Qual das seguintes IS é um uso comum de fabricação para Sensores de Pressão Fluidos? Escolha uma resposta.

Resposta correta: Respostas químicas do petróleo Incorreto: Sabonete Handmade, Vintage Bakery

Sensores de pressão Piezoelétricos e tácteis O próximo tipo de sensor é o sensor piezoelétrico. Estes são muito úteis e amplamente utilizados na indústria. Qual é o significado de piezoeletricidade? Piezoeletricidade significa, a eletricidade resultante da pressão. Existem determinados materiais, onde na aplicação de uma força de compressão sobre esses materiais ou quando esticamos esses materiais, a carga elétrica será desenvolvida e essa carga elétrica gerará a voltagem. A geração de voltagem é proporcional à força ou à pressão que está sendo aplicada. Esses materiais estão tendo os cristais iônicos. O que acontece quando aplicamos a força compressiva sobre esses materiais? Na fase natural e no estágio normal, há igual número de cargas positivas e negativas em suas superfícies, mas quando as apertamos ou quando quando aplicamos pressão ou força sobre esses materiais, há deformação da estrutura. Durante esta deformação da estrutura, alguns dos átomos serão empurrados mais próximos e alguns dos átomos serão afastados. Estes levam a perturlado o saldo de cargas positivas e negativas sobre as suas superfícies e isso vai gerar um EMF. Em geral, o EMF é diretamente proporcional à aplicação da força e a aplicação da força não é nada além de que quantidade estamos apertando, ou por qual quantidade estamos esticando o material. Matematicamente, EMF, q = kx = SF onde k é a constante de proporcionalidade. Os sensores Piezoelétricos são amplamente utilizados para medir as forças, a pressão e a aceleração. Eles são populares no monitoramento das vibrações da máquina. Em geral, um acelerômetro típico de grau industrial piezoelétrico está dando saída de 100 mV/g por aceleração devido à gravidade. Sua amplitude de amplitude é de cerca de ± 70 g. O próximo sensor interessante é o sensor tátil. Ele é usado para medir a força ou a pressão. Esses tipos de sensores são amplamente utilizados na finalidade de automação e robótica.
As pontas dos dedos das mãos do robô são equipadas com o sensor tátil. Várias exibições de toque ou as telas são usadas em uma indústria automatizada ou em uma fábrica típica. Até mesmo nas máquinas-ferramentas CNC estamos tendo as telas de toque. Como essas telas de toque funcionam? Uma construção típica do sensor tátil é mostrada no deslizamento. Ele tem basicamente duas camadas de material piezoelétrico e que o material piezoelétrico é PVDF. O material PVDF é fluoreto de polivinilideno; um filme macio ou de espuma macia é sandwiched em entre estas duas camadas PVDF. Aplicamos entrada AC na camada de PVDF inferior. Como o material é piezoelétrico, devido à aplicação de corrente alternada, haverá geração de vibrações; devido ao efeito piezoelétrico reverenciador. Vimos no deslizamento anterior, à medida que aplicamos a pressão, há uma mudança de tensão na superfície do material. O inverso também é verdadeiro, se aplicarmos o potencial elétrico, se darmos potencial elétrico ao material piezoelétrico, haveria expansão do material. À medida que damos entrada AC a este material de PVDF inferior, haverá geração de vibrações. Essas vibrações serão transferidas para a camada de PVDF superior. A camada superior é também camada de material piezoelétrico. Devido às vibrações dentro desta camada superior, haveria geração de potencial elétrico. Com fornecimento uniforme da entrada AC, estamos obtendo saída uniforme em toda a camada de PVDF superior. Ou consideremos, estamos aplicando força ou pressão sobre a camada superior. Quando uma pressão ou uma força é aplicada, essa força ou pressão irá perturbar as vibrações da camada superior. Como as vibrações estão ficando perturbadas, há mudança na saída. A alteração da produção com relação à aplicação da força ou da pressão é calibrada em laboratório. As informações serão ainda utilizadas para tomar a decisão necessária ou a ação. Como estamos tocando na tela em determinado momento, há alguma função associada à localização disso. Há certas funções associadas à localização da tela, onde quer que a gente esteja tocando. À medida que tocamos naquele local específico, o microprocessador conhece o local. Como a força está sendo aplicada naquele local, isso será sentido; que serão medidos; que serão detectados e, consequentemente, o microprocessador está tomando a ação. Por exemplo, aberto e próximo. Se dois botões estão lá na tela; ou seja, abertos e próximos. Como você está tocando no local do fechamento na tela, essa ação será realizada pelo microprocessador. Em robôs, quando essas camadas de topo de PVDF entrarão em contato com os objetos, esse sinal será dado ao microprocessador. O microprocessador entende, como o objeto está lá. Ele detectará o objeto e, consequentemente, ele atuará seus atuadores. Para fins de grito, estamos usando o poder pneumático. O microprocessador dará as instruções para o sistema pneumático e esse sistema pneumático fornecerá o ar comprimido para a finalidade gripada.

Pergunta de Avaliação#2 Qual dos sensores a seguir é mostrado na imagem? Arraste a resposta correta para o espaço fornecido.

Resposta correta: Sensor Piezoelétrico Incorreto resposta: Sensor de deslocamento e Sensor de Proximidade

Sensores de Monitoramento de Temperatura e Materiais Termocouplo O próximo conjunto de sensores são os sensores de medição de temperatura. A temperatura é muito crítica e importante variável de campo ou parâmetro na indústria de manufatura.
A temperatura está nos dando o estado do sistema mecânico. Como sabemos que o aumento da temperatura está afetando o estado dos materiais. Se a temperatura do material for aumentada, ela se expandirá e à medida que a temperatura for reduzida, os materiais irão se contrair. As temperaturas não estão apenas afetando as dimensões dos materiais; as temperaturas também estão afetando também a sua resistência elétrica. Em geral, diversos sensores como tiras bi-metálicas para alarmes, termocúpulos para medir a temperatura de vários componentes da máquina-ferramenta, os termistores são usados. Diversas operações que vimos em nossa palestra anterior como fundição, moldagem e corte de metal, em todos esses aplicativos precisamos da medição da temperatura. Agora, olhemos para a construção funcionando de algum do importante sensor de medição de temperatura. O primeiro sensor são as tiras bi-metálicas. Ele está funcionando como um interruptor térmico para controlar a temperatura ou o calor em um processo de fabricação. Consideremos um exemplo de um forno; forno são usados para aquecer o ferro, os metais crus e depois estamos a mudar o seu estado de sólido para líquido. O metal liquefeito será utilizado para a operação de casting, mas é necessário o aquecimento controlado destes materiais. O aquecimento excessivo pode queimar o material ou pode ser perigoso para todo o sistema. Para controlar o aquecimento, precisamos cortar a alimentação elétrica para a fornalha. Para esse efeito as faixas bi-metálicas seriam úteis. A construção de uma tira típica bi-metálica pode ser vista no deslizamento. Tem duas tira e essas duas tiras são unidas. Podemos chamá-lo como uma tira composta. A camada superior da tira composta está tendo o material com alto coeficiente de expansão. Na parte interna estamos tendo um material com baixo coeficiente de expansão. Uma extremidade de tira bi-metálica é fixa; a outra extremidade é livre. Na outra ponta estamos a ter um ferro macio; o ferro macio está na proximidade com um ímã. Há um knob que fixará a distância entre o pequeno ímã e o ferro macio. Se aquecermos esta camada composta, se aumentamos a temperatura desta camada composta, a camada superior da tira composta expandirá. É coeficiente de expansão é alto. Ele tentará se expandir, mas a camada interna cujo coeficiente de expansão é menor restringirá o movimento da camada superior. Devido a isso, toda a camada composta será convertida em uma forma curva e à medida que a forma for ficando alterada, o ferro macio se aproximará do pequeno ímã. À medida que o ferro macio se aproximará do pequeno ímã, haveria um contato, e como há um contato entre o ferro macio e o pequeno ímã, o circuito elétrico será completado. Quando o circuito elétrico será concluído, ele gerará um alarme ou ele irá gerar um sinal. Esse sinal seria aquele sinal que será dado ao microprocessador; o microprocessador tomará a decisão de cortar ou de interromper o fluxo de corrente elétrica no interior do sistema. Desta forma podemos controlar o aquecimento do sistema acima do valor pré-definido da temperatura. O próximo sensor de medição de temperatura é o Detector de Temperatura de Resistência. Ele é muito popular e é chamado de RTDs. O princípio é muito simples; há certos materiais cuja resistência irá aumentar com a aplicação da energia térmica. No deslizamento, podemos ver o enredo do aumento da temperatura com resistência de certos materiais como níquel, cobre e platina. E eles geralmente seguem a equação do aumento da resistência como você pode ver na tela. RT = RO (1 + αT) onde, RT é a resistência à temperatura T ° C. Esta temperatura T é a temperatura que queremos medir. RO é a temperatura a 0 °C, α é o coeficiente de temperatura de resistência. Então, a proporção RT/RO está tramada aqui. Estes sensores devem ser utilizados juntamente com um dispositivo de processamento de sinal. O sensor deve ser usado junto com a ponte Wheatstone porque os RTDs estão proporcionando a mudança na resistência, mas o microprocessador conhece a linguagem da voltagem. Para converter as informações dos RTDs que são ΔR que serão convertidos no ΔV utilizando-se a ponte Wheatstone. A construção típica de RTDs pode ser vista no deslizamento. Podemos ver, o elemento resistivo que é constituído pelo níquel, platina ou cobre. Este elemento resistivo está conectado com os leads; as leads de conexão são devidamente isoladas. E através dos leads, estamos recebendo o sinal em termos de mudança na resistência. Toda esta construção está devidamente protegida com a folha, porque estamos a utilizar estes materiais em condições de trabalho perigosas ou duras. Agora amigos, vamos ver quais são as várias suas aplicações. RTDs são usados em ar condicionado, refrigeração, são também utilizados no processamento de alimentos para controlar as temperaturas dos fogões e grelhas; na produção têxtil, têxtil para processar as fibras. No processamento de plásticos, o plástico que estamos usando nas máquinas de moldagem por injeção; e na máquina de moldagem por injeção, devemos ter a liquefação controlada do material plástico ou dos polímeros. Processamento petroquímico em micro eletrônica. A precisão dos RTDs é bastante elevada. Nós também estamos usando esses RTDs para medir as temperaturas do ar, do gás e do líquido. Os RTDs são também utilizados em aplicações de automóveis e aplicações energéticas, onde é preciso medir a temperatura do gás de escape. O próximo sensor de medição de temperatura é termistor. Em RTDs que temos visto, a resistência do material está a aumentar com a temperatura. Nos termistores, a resistência está diminuindo na moda não-linear com o aumento da temperatura. Alguns materiais como óxido de metal sinterizado, que é mistura do óxido de metal, cromo, cobalto, ferro, manganês e níquel são os semicondutores e eles exibem o imóvel que, quando a temperatura está aumentando há redução na resistência. Estes óxidos podem ser convertidos em pequenas esferas ou disco e podem ser utilizados para a medição da temperatura. Esses sensores são altamente não lineares. Pode haver diminuição súbita na resistência dos sensores com o aumento da temperatura. A resistência desses materiais de óxido está reduzindo exponencialmente com a temperatura. Podemos dizer RT é a resistência do material óxido, T é a temperatura e K e β são a constante material. Esses termistores são pequenos, são acidentados e são muito úteis para os ambientes severos. Mas o problema com esses tipos de sensores é que eles são altamente não-lineares em comportamento, altamente não-linear em resposta. Por isso, tais sensores podem ser utilizados quando não queremos ter alta precisão na medição ou quando queremos ter a ideia bruta sobre o status do sistema. Em geral, os termistores são usados para monitorar a temperatura de resfriamento ou a temperatura do óleo dentro dos motores. Eles também são usados para monitorar a temperatura das incubadoras na avicultura. Os termistores podem ser utilizados como termostatos. Em seguida, podemos utilizar os termistores para temperatura de pacotes de baterias e para monitorar a temperatura de pontas quentes das impressoras 3 D, os bocais das impressoras 3 D. Os termistores também são utilizados para aplicações como a manipulação de alimentos e a indústria de transformação. Além disso, podemos utilizar os termistores para os aparelhos domésticos de consumo, como torradeiras, cafeteiras, refrigeradores, freezers, secadores de cabelo. Uma temperatura mais importante pode medir o sensor de medição é termocúplo. É muito utilizado no monitoramento de processos e controle das operações de fabricação, como a soldagem. O termocouplo está funcionando com base no efeito Seebeck. O que é esse efeito Seebeck? O Seebeck afirma que, quando dois materiais dissimilares mantidos juntos em suas extremadas, então haverá uma diferença de potencial ocorre na junção. E essa diferença de potencial é proporcional à temperatura nessas junções. Consideremos dois materiais dissimilares estão conectados em suas extremadas; uma ponta está se aquecendo; no entanto, a outra ponta é fria 0 °. Para ter a junção aos 0 °C anos, estamos usando gelo e água. Quando aplicamos a fonte de calor externa na outra junção, há aumento da temperatura desta junção. Devido a esse aumento de temperatura sobre a aplicação de energia de calor, os elétrons ficarão animados e começarão a passar da junção quente para a junção fria. E há formação de corrente elétrica. Ou devido ao movimento dos elétrons haverá criação de valência no cruzamento quente. Para balanceá-lo os elétrons a partir de junção fria caminharão em direção à junção quente. No entanto, a energia em junção fria é comparativamente menor. Portanto; a velocidade dos elétrons seria menor. Desta forma como o número de elétrons está se movendo da junção quente para a junção fria, as partículas carregadas negativamente estariam mais na junção mais fria e as partículas carregadas positivamente estariam mais na junção quente. Devido a isso, haveria geração de diferença de potencial e que a diferença de potencial criará a força motiva eletrónica. A magnitude do EMF será proporcional à diferença de temperatura em cruzamento quente e à junção fria. Nós sabemos a temperatura da junção fria, e como tal podemos computar facilmente a temperatura da junção quente. Uma variedade de materiais são usados na medição da temperatura com base no efeito Seebeck. Esses materiais podem ser vistos no deslizamento. O primeiro tipo de combinação de material termocouplo é platina e rhodium com 30%. Este é um fio ou um material; ele é conectado com o outro material que é platina com 6% do rhodium. Em seguida, podemos ter uma combinação de cromel e constantan, ferro e constantan, cromel e alumel, nirosil e nisil e platina e platina em 13% de rhodium, platina e platina com 10% de rhodium. E podemos ter o cobre e a constantan. Desta forma, uma variedade de combinações estão disponíveis no mercado e precisamos escolher uma combinação adequada com base na sua aplicação. Para escolher o material termocouplo temos que olhar para o alcance da temperatura para a nossa aplicação. No deslizamento, podemos ver os respectivos intervalos de medição de temperatura. Além destes, os valores de sensibilidade também são fornecidos. Esses valores de sensibilidade ajudarão você a escolher o material termocouplo adequado.

Pergunta de Avaliação#3 Qual dos sensores de temperatura a seguir são usados em Sistemas Automatizados?. Escolha duas respostas.

Resposta correta: Thermocouples e Thermistors Incorreta resposta: Eddy Current e Strain-Gauge

Fotoresistores para Medição de Luz em Automação Também exigimos sentir a luz na automação. Para essa finalidade, estamos usando resistor de fotos. O resistor fotográfico segue o princípio da condutividade da foto. Na condutividade da foto, há geração de operadoras móveis quando os fótons são absorvidos por material semicondutor. Quando a energia luminária será incidente sobre materiais semicondutores, esses materiais absorvemos os fótons. E, devido à absorção dos fótons, há uma geração de operadoras móveis. E, desta forma, essas operadoras móveis irão gerar sinal que pode ser utilizado para medir a luz ou para sentir a luz. Os resistores de fotos também são chamados como os resistores dependentes de luz, o de LDR. Estes do LDR têm um resistor cuja resistência está diminuindo com o aumento do incidente de intensidade de luz. Esses materiais são sulfetos de cádmio, este é o material semicondutor e sua resistência é muito alta e que será utilizada para detectar a luz. Esses sensores são usados em computadores, telefones sem fio e televisores. Quando mais luz ambiente for incidente sobre esses sensores eles controcarão automaticamente o brilho de uma tela. Os LDR's também são usados em scanners de código de barras, o que você pode ter visto em vários varejistas em lojas de varejo. No espaço e na robótica, é preciso ter uma movimentação muito controlada e guiada de diversos veículos e robôs na indústria automatizada. Esses LDR's estão possibilitando que os robôs detectem a luz; e, consequentemente, os robôs estão escolhendo o caminho do movimento. Os robôs podem ser programados para ter uma reação específica se uma determinada quantidade de luz for detectada. Além disso, estes são usados em flash automático para câmera e o controle de processo industrial. O próximo sensor é fotodiodo, ele é um dispositivo de estado sólido e ele converte a luz incidente em uma corrente elétrica. Os fotodiodos são constituídos por silício e eles consistem em junção de p-n difusas rasas, normalmente, uma configuração p-on-n. Quando os fótons de energia mais de 1,1 eV caem sobre o dispositivo, serão absorvidos e os pares de furos de elétrons serão criados. Agora, vamos estudar a construção do diodo fotográfico. Ele é construído em wafer de silício de cristal único. Os detalhes construtivos são mostrados no slide. Os diodos de fotos também são chamados de dispositivos de junção p-n. No dispositivo de junção p-n a camada superior é a camada p. Ele é fino e é geralmente formado usando técnica de difusão térmica ou por técnica de implantação de íons. O boro é dopado dentro de material P. A camada inferior que é a camada N é bulkier uma e a junção de camadas P e N é chamada como junção p-n. Eles também chamavam como região de esgotamento. A região de depleção é estreita e fica com a sandwiched entre a camada p e a n camada. O princípio de funcionamento do fotodiodo é muito simples, quando a luz é incidente sobre a superfície do ânodo, há uma geração de corrente elétrica. Os fótons que são incidentes sobre o ânodo serão absorvidos na camada de junção p-n. E os fótons que são incidentes sobre o ânodo serão absorvidos e, em seguida, há um fluxo de elétrons através da junção p-n. Devido a esse fluxo de elétrons, há uma geração de corrente elétrica e que é a medida da energia de luz incidente. Os fotodiodos possuem variedade de aplicações; são utilizados principalmente em câmeras para a medição da luz, para controlar as persianas, para realizar a operação de autofoco nos objetos e para ter o controle de flash. Além disso, os diodos de fotos têm aplicações na indústria médica.
Na indústria médica nós exigimos muitos scanners, unidades de detecção de raios X, medição de níveis de oxigênio e análise de partículas de sangue. Em todas estas aplicações, os fotodiodos são extensivamente utilizados. Além disso, na indústria de automação, os diodos de fotos são usados para a digitalização de finalidades para controlar o brilho; para fins de codificação para medir a posição. Eles também são usados em instrumentos de levantamento, copiadoras para medir a densidade de toner. Uma aplicação importante do fotodiodo está em equipamentos de segurança.
Como detecção de fumaça, monitoramento de chamas. Esses diodos também são utilizados para equipamentos de inspeção de segurança, como o instrumento de varredura de raios X, o sistema que está fornecendo sistema de alarme de alerta de intruso, etc. Bem, meus amigos há uma variedade de sensores sendo usados na indústria de automação. No presente curso temos visto uma variedade limitada de sensores; você pode explorar os sensores de avanço disponíveis no mercado estudá-los cuidadosamente e pode utilizar em seus projetos.

Avaliação Questão#4 True / False: "Fotoresistores seguem o princípio da fotocondutividade que resulta da geração de operadoras móveis quando os fótons são absorvidos pelo material semicondutor".

Resposta correta: True