Sensores analógicos

Nos últimos posts foram abordados alguns dos sensores digitais, projetados para detectar a presença (ou ausência) de determinados objetos, indicando em sua saída o valor 0 ou 1.

Neste post, serão abordados os sensores analógicos, que são basicamente destinados a transformar o valor de uma variável qualquer em uma variável elétrica, possibilitando a integração desse valor a um sistema de controle.

Transdutor

Transdutor é o nome que se dá a um elemento capaz de transformar um tipo de energia em outro tipo de energia. Por exemplo, um alto falante é um transdutor, pois é capaz de transformar as variações da energia elétrica em energia sonora (vibrações mecânicas através do ar). Por outro lado, um microfone é também um transdutor, pois é capaz de transforma a energia sonora (vibrações mecânicas através do ar, provocadas por alguém falando ou cantando ou ainda por um instrumento musical) em energia elétrica, que poderá ser manipulada (amplificada, digitalizada e gravada).

Logo, o elemento principal na composição de um sensor analógico será o transdutor, acompanhado de um conjunto de circuitos eletrônicos para amplificar e condicionar os sinais, que em geral são sinais elétricos de corrente ou tensão.

Variáveis

Existem sensores para praticamente qualquer variável. Entretanto, as mais comuns no meio industrial são:

• Distância (ou posição);
• Inclinação;
  
• Nível;
  
• pH;
• Pressão;
• Temperatura;
• Velocidade (linear e angular);
• Vazão;

Os sensores aplicados à Automação Industrial geralmente fornecem em sua saída uma variável elétrica padronizada (0 a 20mA ou 4 a 20mA, 0 a 10V ou 2 a 10V).

A seguir são apresentadas algumas imagens de sensores analógicos:

Figura 1 – Sensor de pressão para líquidos e gases. Faixa de medição: -12,4 a 250 milibar, saída 4-20mA ou 0-10V. (Referência IFM Electronic PI2698)

Figura 2 – Sensor de vazão para líquidos. Faixa de medição: 3 a 300cm/s, saída 4-20mA
(referência IFM Electronic SI5004).

Figura 3 – Sensor de distância a Laser. Faixa de medição: 0,2 a 10 metros, saída 4-20mA ou 0-10V

Relação entre grandezas

As grandezas medidas pelos sensores analógicos possuem uma relação direta com o sinal elétrico disponibilizado pelos mesmos. Por exemplo, um sensor de temperatura pode medir temperaturas de 0 a 100ºC e disponibiliza na saída uma corrente de 0 a 20mA proporcional ao valor da temperatura medida, ou seja, quando a temperatura for 0ºC, a saída estará em 4mA e quando a temperatura for 100ºC a saída será 20mA.

A relação entre a grandeza medida pelo sensor e o sinal elétrico disponibilizado por ele nem sempre é possível de se determinar por uma “regra de três”. O exemplo dado no parágrafo anterior é um caso em que é possível utilizar tal regra para, por exemplo, determinar qual será a saída do sensor em mA para uma temperatura de 26ºC. O cálculo será:

Tomando um outro exemplo, onde um sensor de temperatura de 0 a 100ºC disponibiliza uma saída de 4-20mA, qual seria a saída deste sensor para uma temperatura de 65ºC? Vejamos o cálculo com “regra de três”:

O valor encontrado, embora pareça, não está correto. A relação correta nesse caso (e talvez seja melhor aplicá-la em todos os casos, na dúvida) será:

Onde:
X – Valor atual na escala 1.
Xi – Valor inicial da escala 1.
Xf – Valor final da escala 1.
Y- Valor atual na escala 2.
Yi – Valor inicial da escala 2.
Yf – Valor final da escala 2.

Refazendo o exemplo do sensor de temperatura de 0 a 100ºC com a saída de 4 a 20mA, para uma temperatura de 60º, considerando X os valores de corrente e Y os valores de temperatura, temos:

Assim, sempre que se for trabalhar com sensores analógicos, é importante conhecer esta relação entre as grandezas para efetuar conversão de escalas, verificar se as medições estão corretas, etc.