Sensores capacitivos

02-05-2023 Por : Luís Timóteo 1

Automação Industrial: Sensores Capacitivos

Capacitivos

Sensores

Não concordo com o acordo ortográfico



Sensor: um dispositivo para a detecção de uma variável física, de um sistema físico ou um ambiente.

‒São dispositivos sensíveis a alguma forma de energia relacionada a uma grandeza que deseja ser monitorada, sem perturbar os seus parâmetros. Fornecem informações de entradas (dados), ao sistema, a partir do mundo externo, afim de permitir o seu controlo. Dados sobre energia luminosa, térmica, cinética, temperatura, pressão, posicionamento, velocidade, aceleração….. Um sensor é um transdutor cujo propósito é detectar.

Sensores

A classificação de Sensores quanto à quantidade· Quantidades mecânicas: deslocamento, tensão, velocidade de rotação,

aceleração, pressão, força / torque, torção, peso, fluxo….

· Quantidades térmicas: temperatura,

· Quantidades ópticas / electromagnéticas: tensão, corrente de fase, frequência; visuais / imagens, luz; magnetismo…

· Quantidades química: humidade, pH…



A classificação de Sensores quanto á propriedade

· Fluxo - Electromagnético, pressão diferencial, o deslocamento posicional, massa térmica, etc…

· Temperatura – Termómetros, termístores, termopares, RTD’s, IC´s, e muitos mais…

· Pressão - fibra óptica, vácuo, manómetros de base líquida elástica, LVDT’s, electrónico…

· Sensores de Nível - de pressão Diferencial, de rádio frequência ultra-sónica, radar, deslocamento térmico, etc…

· Proximidade e deslocamento - LVDT, fotoeléctrico, capacitivo, magnético, ultra-sónico…

· Biossensores - Espelho ressonante, electroquímicos, ressonância de plasma de superfície, luz endereçável potenciométrica…

· Aceleração - giroscópios, acelerómetros….

· Gás e produtos químicos – Semiconductor infravermelho, condutância, Electroquímico…

· Imagem - dispositivos de carga acoplada, CMOS…

· Outros - humidade, sensor de humidade, sensor de velocidade, massa, sensor de inclinação, de força, de viscosidade….

Sensores



Indutivos / Capacitivos / Magnéticos /Fotoeléctricos / Ultrasónicos

‒Sensores são dispositivos construídos para detectar a presença ou passagem de objectos metálicos ou não metálicos, por proximidade ou aproximação, sem contacto físico. Esta detecção é feita pela face sensora do sensor, que ao ser accionado envia um sinal eléctrico…

‒O sinal de um sensor está associado ao sistema de controle automático, sendo caracterizado por:

• Linearidade• Faixa de actuação• Histerese• Sensibilidade• Superfície Activa• Factor de correcção• Frequência de Comutação• Distância Sensora ( Nominal e Real )

Sensores



Características dos Sensores

• Sensibilidade: taxa de mudança da saída em relação à entrada.

• Linearidade: medida da constância da taxa de saída com relação à taxa de entrada.

• Faixa de medida: diferença entre máximos e mínimos valores possíveis de medida.

•Tempo de resposta: tempo necessário para uma mudança na entrada ser observada na saída.

•Precisão: a diferença entre valores reais e os valores medidos.

•Repetibilidade: a diferença entre medidas sucessivas da mesma entidade.

•Resolução: menor incremento observável na entrada.

•Tipo de saída: (movimento mecânico, tensão, corrente, pressão, intensidade luminosa, etc.).

Sensores



Microprocessador

Sensor óptico

Sensor de GásMicrofone

Sonda

‒Os Sensores fornecem o equivalente aos olhos, ouvidos, nariz e língua para o microprocessador central, o “cérebro” .

Sensores



Sensores

Família Tipo Princípio de funcionamento

Visão geral das famílias de sensores e os seus principais tipos

•Indutivos Proximidade Geração de campo electromagnético de alta frequência.

•Capacitivos Proximidade Geração de campo electromagnético por oscilador controlado por condensador.

•FotoeléctricosBarreiraRetroreflexivosDifusos

Transmissão e recepção de luz infravermelha, laser ou de cor visível, que pode ser reflectida ou interrompida pelo o obejecto a detectar

•UltrasónicosBarreiraReflexivosDifusos

Transmissão e recepção de onda sonora (ultrasónica), que pode ser reflectida ou interrompida pelo o obejecto a detectar.

‒ De acordo com a tabela a seguir, é possível ter uma visão geral dos sensores a serem abordados: Visão Geral das famílias de sensores e seus principais tipos:.

•MagnéticosSão sensores que efectuam uma comutação electrónica mediante a presença de um campo magnético externo, próximo e dentro da área sensível.

Proximidade

Sensores



+ 18 a 30 Volts DC.

0 V

Saída

Indutivo

Capacitivo

Magnético

Ultrasónico

Normalmente Aberto

Normalmente Fechado

Fotoeléctrico

Símbolos

Sensores



+18 a 30 Volts DC.

0 V

‒ Sensor capacitivo com função normalmente aberta.

Saída

Sensores de proximidade capacitivosSímbolo e ligações

24V DC

Tipo NPN • A saída comuta para 0V• Comutação Negativa

Tipo PNP • A saída é positiva.• Comutação Positiva



Sensores de proximidade‒Um Sensor de Proximidade responde à presença de um objecto próximo do

sensor. Na maioria dos casos, são apenas alguns milímetros. Frequentemente o sensor de proximidade detecta uma posição final de uma peça da máquina e o sinal de saída do sensor activa outra função da máquina.

‒As principais vantagens dos sensores de proximidade industriais são: Operação fiável mesmo em ambientes severos (por exemplo, ambientes externos ou petrolíferos).

Operação/instalação simples e fácil .Preço atractivo (por exemplo, menos caros que os sensores fotoeléctricos).

‒Actualmente os sensores de proximidade são encontrados em muitos tipos de indústrias e aplicações. Alguns exemplos:

Indústria automóvelIndústria de máquinas e ferramentas. Indústria de processamento de alimentos Veículos utilitários (por exemplo, caminhões, máquinas agrícolas) Máquinas para lavar carros…



Sensores de proximidade‒ Há 2 tipos principais de sensores de proximidade industriais:

Sensores de Proximidade Indutivos que detectam os objectos gerando um campo electromagnético. Naturalmente apenas objectos metálicos podem ser detectados, e que já foram objecto de uma outra apresentação.

Sensores de Proximidade Capacitivos detectam os objectos gerando um campo capacitivo electrostático. Desta forma, todos os tipos de objectos podem ser detectados, e que são objecto desta apresentação.

‒ Embora os sensores indutivos detectem somente objectos metálicos, eles são muito mais comuns na indústria. São menos afectados por distúrbios externos como EMC e – não menos importante – são mais baratos do que sensores capacitivos.

‒ Os sensores de proximidade capacitivos podem detectar alvos metálicos e não metálicos em pó, granulado, líquido e forma sólida. Isto, juntamente com a sua capacidade de detecção através de materiais não ferrosos, torna-os ideais para monitorização de vidro de transparente, detecção de nível de líquido em tanque e detecção de nível de pó (farinha) em contentores afunilados em instalações fabris.

‒ A área em que os sensores capacitivos realmente se destacam, está na sua capacidade de detectar objectos "ocultos", ou o conteúdo de uma caixa, um saco ou um compartimento. Os Sensores capacitivos podem escortinar as paredes não-metálicas dum recipiente, para detectarem diferentes níveis de sólidos ou líquidos. Esta capacidade é particularmente útil em aplicações como a inspecção de embalagens ou o controlo de nível de líquido onde o controle de qualidade do produto ou monitoramento de processo não é possível por qualquer outro meio.



Sensores de proximidade capacitivosPrincípio de funcionamento

Fonte de alimentação

Switch

CircuitoCondensador

‒ Para se compreender os sensores de proximidade capacitivos, temos primeiro que compreender o conceito de um condensador.

‒ Um condensador é formado por dois eléctrodos, electricamente isolados um do outro. Os eléctrodos devem ser condutores, particularmente feitos de metal. Podem ter qualquer forma, mas mostramos duas placas paralelas para melhor visualização.

‒ Os condensadores têm a particularidade de armazenar energia num campo eléctrico entre os seus eléctrodos, devido a uma voltagem ou potencial aplicado ao circuito.

‒ Esta propriedade, a capacitância, relaciona a quantidade de energia armazenada neste campo com o potencial aplicado.

‒ Ao colocarmos um material não condutor entre os eléctrodos a habilidade da capacitância de armazenar energia aumenta, e portanto a capacitância aumenta. Este material entre os eléctrodos é referido como dieléctrico.

Campo eléctrico

Dieléctrico

‒ A propriedade chave do material dieléctrico é conhecida como a constante dieléctrica ou permissividade relativa. Esta propriedade é a quantidade de carga que o material consegue armazenar entre eléctrodos relativamente ao vácuo. O ar e outro gases, tais como vapores combustíveis, têm valores muito similares ao vácuo.



Tank

E F

Sensores de proximidade capacitivosPrincípio de funcionamento: Nível de líquido

‒ Á medida que um dieléctrico líquido é introduzido entre os eléctrodos do condensador, a capacitância altera-se progressivamente e o nível do líquido pode ser determinado.

‒ Para medir estas variações da capacitância, a energia eléctrica que se move para, e dos eléctrodos do condensador, é medida através do potencial do circuito.

‒ Um fluxo regular de energia é estabelecido pela conexão dos eléctrodos aos circuito de medição. Quanto maior fluxo de energia entre eléctrodos maior é a capacitância, significando mais dieléctrico ente os eléctrodos.

‒ Para calibração de um sensor devem ser feitas medições de referência entre o tanque vazio e o tanque cheio. Geralmente precisamos de saber a constante dieléctrica do liquido a ser medido para a calibração completa do sensor. Com as medições de cheio e vazio o nível de liquido deriva da referência da saída em relação a esses valores.

‒ Geralmente precisamos de saber a constante dieléctrica do liquido a ser medido para a calibração completa do sensor. Com as medições de cheio e vazio o nível de liquido deriva da referência da saída em relação a esses valores. A parte electrónica do sensor encarregar-se-á da calibração, e apresentação do dados para uso dos sistemas de controlo




Área sensora

Anel de guarda

Corpo (Terra)

Alvo

Anel de guarda

A= r2

(Ar)

D‒ Isto ocorre devido às diferentes cargas armazenadas em cada

uma das superfícies. A Capacitância refere-se à capacidade das superfícies de manterem a carga. Neste sensor, a sonda é uma das placas do condensador e o alvo a ser medido é a outra placa. Se uma corrente constante é aplicada, a alteração de capacitância pode ser monitorada como uma carga de tensão linear relacionada com a distância entre as placas.

‒ Estes sensores são normalmente modelados como um condensador de placas paralelas. Se duas superfícies condutoras estão separados por uma distância e uma voltagem é aplicada a uma das superfícies, é criado um campo eléctrico.

‒ A Capacitância é uma função da área do sensor e desta distância, ou fosso, de acordo com a seguinte fórmula: C=A/D

‒ A partir desta relação, você pode ver que a capacitância é directamente proporcional à área do sensor, e da propriedade dieléctrica do material entre o sensor e o alvo (normalmente ar).




‒ Um detector de proximidade capacitivo é constituído principalmente, por um oscilador RC, controlado por condensador, formado por dois eléctrodos localizados na parte frontal do aparelho e que produz um campo electroestático. Logo que um objecto, de qualquer natureza, se coloque em frente da face sensora do detector, provoca um variação, do acoplamento capacitivo. Esta variação da capacitância, faz com que o oscilador comece a oscilar, com um grande aumento de sinal, que após de processado produz uma alteração de estado na saída.

Sem objecto(longe)

Objecto em aproximação

Variação de amplitude

OFF ON

Saída de “NO”

Camp\oSaídaOscilador

Adjust

Proc. SinalObjecto

‒ Na ausência de um alvo, o oscilador está inactivo. À medida que se aproxima um alvo, aumenta a capacitância do sistema. Quando a capacitância atinge um limite especificado, o oscilador é activado, o que acciona a saída para alternar entre “ON" e “OFF".

‒ A capacitância do sistema do sensor é determinada pelo tamanho do alvo, constante dieléctrica e distância do sensor. Quanto maior o tamanho e constante dieléctrica do alvo, mais aumenta a capacitância. Quanto menor for a distância entre o alvo e o sensor, mais o alvo aumenta capacitância.



‒ Baseia-se na geração de um campo electroestático, desenvolvido por um oscilador controlado por condensador.

‒Detecção de plásticos, madeiras, vidro, pós, líquidos….Campo Electroestático

Eléctrodo Objecto dieléctrico


‒ À medida que objectos ferrosos e não ferrosos, entram na zona sensora, a capacitância aumenta, a frequência natural do circuito salta para a frequência de oscilação, provocando um ganho de amplitude.

‒ De notar a diferença entre os sensores indutivos e capacitivos: os sensores indutivos oscilam até o alvo estar presente e os sensores capacitivos oscilam quando o alvo está presente.



Oscilador Circuito Disparo

Detector

Saída de estado sólido

Sensores de proximidade capacitivos

‒Um sensor de proximidade capacitivo consiste de quatro componentes básicos:Constituição

Placa capacitiva Oscilador Detector Dispositivo de estado sólido de comutação da saída Potenciómetro ajustável

A

B

B

A

B

A – Eléctrodos do sensorB– Eléctrodos de compensação

(sensores não blindados).

Vista de Frente

Campo principal

Placa capacitiva‒A placa capacitiva emite um campo electroestático que gera

um acoplamento capacitivo entre a face sensível do sensor e o objecto que entra no campo…

Placa capacitiva

Campo de Compensação




Placa capacitiva

Oscilador Circuito Disparo

Detector

Saída de estado sólido

Circuito detector: (Schemitt Trigger): Circuito de disparo que detecta alterações na amplitude de oscilação.

Oscilador: oscila a uma frequência controlada pela placa capacitiva .

Potenciómetro ajustável: Devido à grande variação da 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…

Saída de estado sólido: Quando se detecta uma alteração significativa no campo electrostático, a saída de estado sólido fornece um sinal eléctrico para um interface ou um PLC. Este sinal indica a presença ou ausência de um objecto no campo sensível…

Constituição



Sensores de proximidade capacitivos Sensores blindados (Shielded) vs Sensores não blindados (unshielded)

‒ Os Sensores blindados (Shielded),são construídos com uma banda de metal em torno da zona sensora que bloqueia a extensão lateral do campo electrostático. Isto direcciona o campo electrostático para a frente do sensor e resulta num campo mais concentrado.

Blindagemsensor

Involucro exterior

‒ Isso lhes permite detectar alvos que os sensores não blindados não podem. No entanto, isso também os pode tornar mais susceptíveis de falsas detecções no caso acúmulo de sujidade ou humidade na face do sensor.

‒ Os Sensores de proximidade capacitivos blindados são mais adequados para detectar materiais baixa constante dieléctrica (difíceis de detectar),devido à sua alta concentração de campos electrostáticos.

‒ Estes sensores são recomendados para:Detecção de objectos de material condutor a distâncias consideráveis.Detecção de um material condutor através de uma divisória isolante.Detecção de um material não condutor colocado sobre ou em frente de uma divisória metálica aterrada.

‒ A construção blindada permite que o sensor seja montado embutido no material circundante (à face) sem causar disparos furtuitos.



Ele direcciona e foca a zona de detecção para uma área particular. Reduz e elimina capacitâncias e interferências parasitasElimina os efeitos de variação de temperatura no plano de massa.

‒ Existem vários benefícios em usar sensores capacitivos blindados em aplicações de detecção capacitiva:




gndch gnd

Sensores de proximidade capacitivos Sensores blindados (Shielded) vs Sensores não blindados (unshielded)‒ Existem vários benefícios em usar sensores capacitivos blindados em

aplicações de detecção capacitiva:Ele direcciona e foca a zona de detecção para uma área particular. Reduz e elimina capacitâncias e interferências parasitasElimina os efeitos de variação de temperatura no plano de massa.

Direccionalidade com a blindagem: •Sem blindagem, o sensor CH, detecta objectos acima e abaixo do sensor.

chshield

O sensor detecta objectos somente acima do sensor.

O sensor detecta objectos acima e abaixo do sensor.

E(ch-gnd) field E(ch-gnd) field

•Utilizando um sensor com blindagem por baixo dos eléctrodos CH e GND, as linhas de campo abaixo são essencialmente bloqueadas;

•Dependendo da aplicação, a detecção acima e abaixo pode não ser aceitável e pode deturpar as medições da capacitância em relação a um alvo.

•Apenas as linhas de campo superior têm um caminho definido. O exemplo mostrado na é um pouco simplificado e não inclui efeitos de franja.



Sensores de proximidade capacitivos Sensores blindados (Shielded) vs Sensores não blindados (unshielded)‒ Existem vários benefícios em usar sensores capacitivos blindados em

aplicações de detecção capacitiva:

Ele direcciona e foca a zona de detecção para uma área particular. Reduz e elimina capacitâncias e interferências parasitasElimina os efeitos de variação de temperatura no plano de massa.

Efeitos da temperatura nos planos de massa:

•A temperatura é um factor que faz com que a capacitância parasita do plano de terra varie, além do offset inicial o que introduz variações nas medições. Isso é visto como um offset que é variável no tempo. Estas variações da temperatura são causadas pela expansão e contracção do plano de terra. A inserção de um plano de blindagem entre o sensor e o plano de aterramento ajuda a mitigar a influência da capacitância do plano de terra parasita das medições.

Distâncias de detecção relativamente pequenas. Aplicações que exigem instalação do sensor à face,Detecção de um material não condutor através de uma divisória não condutora (por exemplo: detecção de vidro, óleos, madeira ou plásticos dentro de uma caixa).

Sensibilidade a sujeira e humidade na superfície do sensor.

‒ Sensores instalados à face (embutidos). Estes sensores são caracterizados por:




sensor

Sondas de Compensação

Involucro exterior

Eléctrodo de Terra

Face SensoraPerturbações

‒ Os Sensores não blindados (unshielded), não têm a banda de metal em torno da zona sensora, logo, campo electrostático de um sensor não blindado é menos concentrado do que o de um modelo blindado. Muitos modelos não blindados são equipados com eléctrodos de compensação, que proporcionam maior estabilidade ao sensor.

‒ Isto os torna mais adequados para detectar materiais de constante dieléctrica elevada (fácil de detectar) ou para diferenciar entre materiais com constantes altas e baixas. Para determinados materiais, os sensores de proximidade capacitivos não blindados têm distâncias de detecção maiores do que as versões blindadas.

Eléctrodo PrincipalEléctrodo de Compensação




‒ Os sensores não blindados geralmente não podem ser instalados embutidos em metal.

‒Os sensores não blindados equipados com uma sonda de compensação são capazes de ignorar névoa, poeira, pequenas quantidades de sujeira e gotas finas de óleo ou água acumulada no sensor. A sonda de compensação também melhora a resistência do sensor às variações da humidade ambiental.

‒Para atingirem grandes distâncias sensoras, o meio a ser detectado deve ser condutor e idealmente estar aterrado.

Zona sem metal



Sensores de proximidade capacitivos Resolução Espacial: Tamanho e forma do alvo

‒ Os sensores de capacitância têm uma área de detecção relativamente grande em relação à sua faixa de medição. Estes tipos de sensores tomam uma medida média para a superfície em questão. Se esta superfície tiver características que são menores que o elemento de detecção (área sensora), a característica pode não ser detectada ou a saída do sensor pode não responder adequadamente.

‒ A Figura mostra como o tamanho da sonda pode afectar a saída do sensor ao olhar para um objecto escalonado. Observe as mudanças de tensão mais acentuadas do sensor de menor diâmetro.

Sensor A

10V

0V

Sensor B

10V

0V

Sensor C

10V

0V

A B C

Alvo



Indicador LED

Face Sensora activa

Cabo de ligações

Eléctrodo Terra

Eléctrodo Principal

Sensores de proximidade capacitivos Símbolo

Campo Electrostático

Constituição

Parafuso de ajuste



Alvo

Sensores de proximidade capacitivosFuncionamento

‒ Detecta qualquer material mais denso que o ar (contanto que haja suficiente).

‒ A sensibilidade pode ser ajustada.

‒ Pode ser afectado por ambientes com pó.




Sensor AlvoO Oscilador para na

ausência de alvo

O Oscilador arranca e aumenta de frequência á medida que o campo é interceptado pelo alvo

O Oscilador oscila à máxima frequência e amplitude com o alvo presente e mais próximo.

O Oscilador abranda `medida que o alvo se

afasta.

O Oscilador pára na ausência de alvo.

‒ Sensores de proximidade capacitivos são semelhantes em tamanho, forma e conceito para sensores de proximidade indutivos. No entanto, ao contrário dos sensores indutivos que usam campos magnéticos induzidos para detectar objectos, a proximidade capacitiva gera um campo electrostático e reage a mudanças na capacitância causada quando um alvo entra no campo electrostático.

‒ Quando o alvo está fora do campo electrostático, o oscilador está inactivo. À medida que o alvo se aproxima, desenvolve-se um acoplamento capacitivo entre o alvo e a sonda capacitiva. Quando a capacitância atinge um limite especificado, o oscilador é activado, activando o circuito de saída para alternar os estados entre ON e OFF.

Funcionamento



Sensores de proximidade capacitivos‒ A face sensora: É a superfície de onde emerge o campo electroestático. É importante notar

que nos modelos não embutidos, com região sensora lateral, são sensíveis aos materiais à sua volta.

Face sensoraRegião sensora

‒ Distância Sensora Nominal (Sn): É a distância sensora teórica, a qual utiliza um alvo padrão como accionador e não considera as variações causadas pela industrialização, temperatura de operação e tensão de alimentação. É a distância em que os sensores são especificados.

‒ Distância Sensora Efectiva (Su):Valor influenciado pela industrialização e considera as variações causadas pela temperatura de operação:

O,9Sn Sr 1,1 Sn. Su = ±10% Sr.

0,81Sn Su 1,21Sn

‒ Distância sensora real (Sr): Valor influenciado pela industrialização, especificado à 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 Operacional (Sa): É a distância que observamos na prática, sendo considerados os factores de industrialização (81% Sn) e um factor que é proporcional ao dieléctrico do material a ser detectado, pois o sensor capacitivo reduz sua distância quanto menor o dieléctrico do accionador. Sa = 0,81 .Sn .F(r)



‒ Alvo Padrão: Tal como acontece com os sensores de proximidade indutivos, o alvo padrão para sensores capacitivos é um pedaço quadrado de aço macio de 1 mm de espessura com comprimentos laterais iguais ao diâmetro da face activa ou três vezes a distância de comutação nominal (Sn), o que for maior. O alvo padrão é aterrado de acordo com os padrões de teste da IEC; No entanto, um alvo num aplicativo típico não precisa ser aterrado para obter a detecção confiável.

L=D(se 3 x Sn < D) ou:

L

Aço macio

L=3xSn (se3xSn>D)

‒As distâncias sensoras nos sensores capacitivos são especificadas para o accionador metálico de aço SAE 1020 quadrado, com lado igual a 3 vezes a distância sensora para os modelos não embutidos, (na grande maioria) e em alguns poucos casos de sensores capacitivos embutidos utiliza-se o lado do quadrado igual ao diâmetro do sensor.





Sa = 0,81 .Sn .F(r)

‒ Distâncias de funcionamento (Sa): A distância de funcionamento de um sensor está

relacionada com a constante dieléctrica (r) do material do objecto a ser detectado.

Quanto maior for o valor de r, mais fácil é a detecção do objecto. A distância garantida de detecção depende do material do objecto:



Sensores de proximidade capacitivosAjuste da sensibilidade

‒ Cuidado! O ajuste da sensibilidade do sensor deve ser feito de forma cuidadosa e não gire em falso o potenciómetro, pois poderá danificar permanentemente o sensor.

‒Os sensores capacitivos possuem ajuste de sensibilidade, que devem ser operados com uma chave de fenda adequada.

Sens. Adjust

‒ O ajuste de sensibilidade dos sensores capacitivos é protegido por um parafuso, que impede a penetração de líquidos e vapores no sensor.

Select :NO/NCSens. Adjust

Cabo / C plug

LED saída

M30 (e32):

‒ O ajuste de sensibilidade presta-se principalmente para diminuir a influência do accionamento lateral no sensor, diminuindo-se a distância sensora. Permite ainda que se detecte alguns materiais dentro de outros, como por exemplo: líquidos dentro de garrafas ou reservatórios com visores de vidro, pós dentro de embalagens, ou fluidos em canos ou mangueiras plásticas.



Sensores de proximidade capacitivosAjuste da sensibilidade: Procedimento do ajuste do Sensor Capacitivo:

‒Monte o sensor no seu suporte (para detecção de nível encoste o sensor no visor), verifique se não existe nenhuma parte ou peça do suporte em volta do sensor, que poderá causar o accionamento constante do sensor.

‒Alimente o sensor conforme o seu diagrama de conexões.‒Sem o produto a ser detectado, o sensor deve permanecer desaccionado, então

gire o potenciómetro no sentido horário, até que o LED ascenda e logo em seguida reduza a sensibilidade até o LED apagar.

‒Acrescente uma margem de segurança diminuindo, um pouco mais a sensibilidade.

‒Coloque o produto a ser detectado e verifique o accionamento do sensor.‒Retire o produto novamente verificando o desaccionamento da saída.‒Repita os dois procedimentos anteriores verificando a estabilidade da detecção,

caso o sensor permaneça accionado retirando-se o produto, diminua um pouco ainda a sensibilidade sempre repetindo os testes novamente.

‒Caso a detecção não esteja estável utilize outro sensor com distância sensora maior.



Sensores de proximidade capacitivosAplicações: Sensor de Nível ou de liquido através das paredes do tanque



http://www.profelectro.info/Uploads/luisj/SensorCapacitivo_PT2.swf

Sensores de proximidade capacitivosAplicações: Sensor de Nível através das paredes do tanque



‒ O sensor é ajustado de modo que não "veja" a parede do recipiente.

‒ À medida que o nível sobe, o fluido afecta o campo do sensor….

‒ …Até que o sensor comute!...

Sensores de proximidade capacitivosAplicações: Sensor de Nível através das paredes do tanque



Sensores de proximidade capacitivosAplicações: Sight-tube level detection



Sensores de proximidade capacitivosOutras aplicações:



Sensores de proximidade capacitivosOutras aplicações:



Sensores de proximidade capacitivosVantagens & Desvantagens

‒ Tal como acontece com qualquer tecnologia de detecção, os sensores capacitivos têm vantagens e desvantagens. Talvez seu maior atributo seja sua capacidade de resolver medidas abaixo de um micro-polegada (<25nm), numa fracção do custo de outras tecnologias de alto desempenho. A maioria é "passiva" por design, permitindo que eles sejam usados em ambientes extremos, mantendo a estabilidade. Os sensores podem ser facilmente customizados, permitindo que sejam adaptados a uma variedade de aplicações ou configurações. Eles são imunes à composição alvo e funcionam igualmente bem em todos os alvos condutores, ao contrário dos sensores indutivos. A maior parte, são imunes a ruídos ultra-sónicos, condições de iluminação, humidade e temperatura…

‒ A tecnologia de capacitância determina que o sensor seja montado perto do alvo. Isso aumenta a probabilidade de colisão com o sensor ou danificar o material a ser medido. A faixa de medição e standoff do sensor, raramente é superior a 15mm. Os sensores de capacitância também devem ser mantidos limpos. A sujidade ou outros detritos estranhos podem causar um desvio na medição, de modo que pode ser necessária uma limpeza frequente, dependendo da aplicação. Estes tipos de sensores não são tipicamente utilizados em aplicações em que estão presentes gotículas de óleo ou fluidos de corte.



Sensores de proximidade capacitivosVantagens & Desvantagens

• Vantagens1. Detecta metal e não metal, líquidos e sólidos.2. Pode ver através de certos materiais (caixas e produtos).3. Grande sensibilidade de detecção4. Solid-state, vida longa – robustos e fiáveis.5. Muitas configurações da montagem.

• Desvantagens1.Distância de detecção muito curta ,varia de 25 m a 25 mm, muito de

acordo com o material a ser detectado.2.Muito sensível a factores ambientais – humidade e temperatura.3.De forma alguma selectiva para o seu objectivo - o controlo do que se

aproxima do sensor é essencial.



Face sensora

Electronics

Fios de alimentação

Electrónica

Switch

‒Os sensores discretos de estado sólido funcionam de forma semelhante a um comutador, mas a corrente só flui numa direcção. Os dispositivos de estado sólido são fiáveis, económicos, pequenos e rápidos. O único inconveniente é que você tem que saber a direcção do fluxo de corrente. NPN e PNP são termos técnicos para o tipo de transistor usado para comutar a saída. O tipo de transistor determina a direcção do fluxo de corrente.

• O desenho mostra 2 fios de alimentação do sensor e 2 para a comutação. A maioria dos sensores usam somente 3 fios tendo um fio função dupla, levando sinais de alimentação e da saída.

carga

Sensor PNP

Configuração de sensores 3 fios DC




‒Os sensores PNP são às vezes chamados de "sensores de alimentação" porque eles fornecem energia positiva para a saída.

‒Os sensores NPN são denominados "sensores de aterramento" porque ligam “terra” (massa) á saída.

NPN PNP

PNP - 3 fios: Diagrama standard NPN - 3 fios: Diagrama standard

carga Saída NPN

Sensor

Conector (pinos)

Saída PNP

carga

‒O "N" significa "Negativo" e o "P" significa "Positivo". Em relação aos sensores, um dispositivo NPN é aquele que pode comuta o lado negativo do circuito enquanto um dispositivo PNP comuta o lado positivo.

‒O termo "carga" identifica o dispositivo que o sensor alimenta. A carga pode ser uma lâmpada, válvula pneumática, relé ou entrada de PLC.

3/4fios






‒ São sensores construídos para funcionarem com alimentação em corrente contínua na faixa de 10 a 30 VDC e comutarem cargas também em corrente contínua, sejam elas indutivas ou resistivas, cujo fio de massa ou comum, seja o negativo. Eles podem ter a configuração de saída com: 1 saída normalmente aberta (NO) ou 1 saída normalmente fechada (NC) ou 2 saídas opostas (NO +NC).

•Configuração PNP‒ Para a facilidade de identificação deste tipo eléctrico (PNP), a face activa ou face sensível é

de cor verde.

T1 - Transistor de saída. Ra - Resistor de carga de colector. Dz - Diodo zéner para supressão de picos

de tensão na carga. D - Diodo de protecção contra inversão de

polaridade.




•Configuração NPN

T1 - Transistor de saída. Ra - Resistor de carga de colector. Dz - Diodo zéner para supressão de picos

de tensão na carga. D - Diodo de protecção contra inversão de

polaridade.

‒ Para a facilidade de identificação deste tipo eléctrico (NPN), a face activa ou face sensível é de cor vermelha.

‒ Uma corrente de saída PNP (comuta a carga para DC positivo) e é necessário que o outro lado da carga esteja ligado a DC negativo. Uma saída NPN, que aterra a corrente (comuta a carga para DC negativo), é usada quando o outro lado da carga está ligado a DC positivo. Estes dois tipos de ligação são ilustrados ao lado, onde o grande quadrado à esquerda é o sensor, e as conexões da fonte de alimentação estão à direita, e o rectângulo pequeno tracejado representa a carga.





•Configuração PNP 3 fios

3 fios PNP (NO): São sensores com saída a transistor, ligando o terminal positivo da fonte.

3 fios PNP (NC): São sensores com saída a transistor, desligando o terminal positivo da fonte.

NO

NC





•Configuração NPN 3 fios

NO

3 fios NPN (NO): São sensores com saída a transistor, ligando o terminal negativo da fonte.

3 fios NPN (NC): São sensores com saída a transistor, desligando o terminal negativo da fonte.


NC




•Configuração PNP e NPN 4 fios

4 fios DC PNP (NC+NO): São sensores com 2 saídas. Uma complementar da outra. A versão standard inclui protecção contra curto-circuito, protecção contra inversão de polaridade e contra picos criados pela desconexão de cargas indutivas. São compatíveis com unidades P.L.C.s

4 fios DC NPN (NC+NO): São sensores com 2 saídas. Uma complementar da outra. A versão standard inclui protecção contra curto-circuito, protecção contra inversão de polaridade e contra picos criados pela desconexão de cargas indutivas. São compatíveis com unidades P.L.C.s

(2)

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4 fios DC NPN (NO) e PNP (NO): com uma saída PNP aberta e com uma saída NPN aberta.

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Vantagens da saída 3-fios DC

Corrente de fuga muito baixa. Protecção contra curto-circuito. Teste simples sem carga, somente alimentação e LED de saída do sensor. Comum, disponível, oferece muitas configurações. Também tem variedades de 4 fios, que incluem ambas as saídas NO e NC…

Desvantagens da saída 3-fios DC

A ligação à carga deve ser feita de acordo como a configuração PNP ou NPN.

Mais fios!....





Configuração de sensores 2 fios DCNa configuração de 2 fios, a saída e a carga são conectadas em série com a fonte de alimentação para o sensor, e a corrente de fuga é maior para que o sensor possa operar mesmo quando o elemento de comutação está no estado aberto. A conexão à carga pode ser através do DC positivo ou negativo, o que torna a saída de 2 fios mais versátil.

CargaBU

BN

Vantagens da saída 2-fios DC Ligação simples de 2 fios. Tipicamente com protecção de curto-circuito. Irá aterrar ou alimentar, dependendo da localização da carga.

Desvantagens da saída 2-fios DC Maior queda de tensão e maior Corrente de fuga. A carga deverá ser correctamente colocada par operação ou teste. Poucos modelos disponíveis em comparação com os de 3 fios.


CargaBU

BN

2 fios polarizada



Configuração de sensores 2 fios ACEste tipo de conexão é muito semelhante à de DC de 2 fios, para tensões de 40 a 100 VAC e de 90 a 250 VAC com uma queda de tensão e uma corrente de fuga a considerar ao determinar a compatibilidade da saída do sensor com as características de carga. Deve-se notar que a maioria dos sensores AC de 2 fios não incluem protecção contra curto-circuito, e deve sempre ser operado com uma carga conectada. Aplicar energia ao sensor sem carga pode danificá-lo. Outro ponto a ter em consideração é que os sensores de AC de 2 fios com caixas de metal normalmente têm três fios, mas isso não deve ser confundido com operação de 3 fios - apenas dois dos fios são usados na conexão da carga, com o terceiro fio disponível é para aterrar a caixa, se tal for desejado e deve ser ligado terra ou massa.

Vantagens da saída 2-fios AC Ligação simples de 2 fios. A Carga tanto pode estar no lado “vivo” ou no lado neutro…

Desvantagens da saída 2-fios AC Normalmente não protegido contra curto-circuitos É necessária uma carga para a operação ou teste do sensor. Poucos modelos disponíveis em comparação com dispositivos de 3 fios DC.

Carga

BU

BNF

N

GN/YE

TR R

C




Configuração de sensores 2 fios AC/DCCom um circuito especial, permite que os sensores AC/DC de 2 fios operem com alimentação e cargas, de corrente AC ou DC, e a protecção contra curto-circuito também é geralmente incluída. Sua queda de tensão e as especificações de corrente de fuga são tipicamente mais elevadas, mas por outro lado, a sua conexão e operação é muito semelhante aos dispositivos DC de 2 fios ou de AC 2 fios.

CargaBU

BN

GN/YE

Vantagens da saída 2-fios AC/DC Ligação simples de 2 fios. Tensão de operação universal de grande alcance. Tipicamente com protecção de curto-circuito. A Carga pode estar em qualquer um dos lados das ligações da fonte de alimentação.

Desvantagens da saída 2-fios AC/DC Maior queda de tensão e corrente de fuga. É necessária uma carga para a operação ou teste do sensor. Poucos modelos disponíveis em comparação com dispositivos de 3 fios DC.




Saídas: 2 fios, NAMUR NAMUR (NO): Estes sensores têm função semelhante aos sensores convencionais, porém não possuem transistor de comutação na saída e trabalham em baixa tensão, pois são alimentados com 8,2V. São usados em ambientes críticos, potencialmente explosivos. Em aplicações standard (atmosferas normais) o sensor deve ser utilizado com unidades amplificadoras.

BU

BN

+8,2V

‒ Quando o sensor detecta um alvo, o fluxo de corrente através do sensor cai para menos de 1,2 mA. Quando o alvo se afasta do sensor e não é detectado, o fluxo de corrente aumenta para acima de 2,1 mA. Esta alteração do nível de corrente é detectado pelo instrumento para determinar se o sensor NAMUR está detectando um alvo ou não.

Zona de comutação

Ponto de Comutação

Na ausência de alvo a corrente é 2,1mA

Na presença de alvo a corrente diminui para cerca de1,2 mA




ligações: 2,3 e 4 fios

3 fios

4 fios






Micro

Mini

Pico



PNP output type

•Normally Open1 : +V.2 : Not connected.3 : 0 V.4 : Output.•Normally Closed1 : +V.2 : Output.3 : 0 V.4 : Not connected

DC 2-wire type Wiring diagram

M12 connector pin position

M12 connector pin position

•Normally Open1 : Not connected2 : Not connected3 : +V4 : 0 V

•Normally Closed1 : +V2 : 0 V3 : Not connected4 : Not connected

Normally Open1 : +V2 : Not connected3 : Not connected4 : 0 V

DC 3-wire type Wiring diagram NPN outputligações: 2,3 e 4 fios




Montagem paralela & série





Cuidados na Instalação de sensores‒ Relacionamos a seguir os principais cuidados que o utilizador deve observar durante a

instalação e operação dos sensores electrónicos de proximidade. A não observação destes itens pode provocar o mau funcionamento e até mesmo um dano permanente no sensor, com a consequente perda da garantia.

Configuração Correta: Observar os diagramas de conexões identificando as cores dos fios ou os pinos dos conectores, antes de instalar o sensor evitando principalmente que a saída do sensor seja ligada a rede eléctrica causando uma explosão interna.

Cabo de Conexão: Evitar que o cabo de conexão do sensor seja submetido a qualquer tipo de esforço mecânico.

Oscilação: Como os sensores são resinados, pode-se utilizá-los em máquinas com movimentos, apenas fixando o cabo junto ao sensor através de braçadeiras, permitindo que só o meio do cabo oscile.




Cuidados na Instalação de sensores

Suporte de Fixação: Evitar que o sensor sofra impactos com outras partes ou peças e não seja utilizado como apoio.

Partes Móveis: Durante a instalação observar atentamente a distância sensora do sensor e a sua posição, evitando desta forma impactos com o accionador.

Porcas de Fixação: Evitar o aperto excessivo das porcas de fixação.

Produtos Químicos: Nas instalações em ambientes agressivos devemos contactar o depto técnico, para especificar o sensor mais adequado para a aplicação.




Cuidados na Instalação de sensoresCondições Ambientais: Evitar submeter o sensor a condições ambientais

severas com temperatura de operação acima do limite do sensor.

Cargas Indutivas: Os sensores possuem protecção contra os picos de tensão gerados por cargas indutivas, mas aconselhamos utilizar supressores de ruídos nas bobinas dos solenóides, ajudando a eliminar os altos picos de tensão.

Cablagem: Conforme as recomendações das normas técnicas, deve-se evitar que os cabos de sensores e instrumentos de medição e controlo, utilizem os mesmos circuitos de alimentação de potencia.

Nota: Apesar dos sensores possuírem protecção para ruídos, caso os cabos dos sensores ou da fonte de alimentação utilizarem as mesmas cavaletas dos circuitos de potência com motores, freios eléctricos, disjuntores, contactores, etc.; as tensões induzidas podem possuir energia suficiente para danificar os sensores.




Cuidados na Instalação de sensoresLâmpadas Incandescentes: Não se deve utilizar

lâmpadas incandescentes com os sensores, principalmente nos modelos de corrente alternada, pois a resistência do filamento frio provoca uma corrente de pico, que pode danificar permanentemente o sensor.

•As cargas indutivas, tais como contactores, relés, solenóides, etc.; devem ser bem especificadas pois tanto a corrente de comutação como a corrente de arranque podem danificar o sensor.




Tenha um Bom Dia e … Sorria!



PELA ATENÇÃO !...

Obrigado



Bibliografiashttp://www.mtiinstruments.com/products/capacitancemeasurement.aspx

http://www.prof2000.pt/users/lpa/Automatismos%20industriais.html

http://www.ab.com/en/epub/catalogs/12772/6543185/12041221/12041231/Standard-Target-for-Capacitive-Proximity-Sensors.html

https://www.youtube.com/watch?v=0du-QU1Q0T4

http://blog.pepperl-fuchs.us/blog/bid/298411/Electronic-Sensor-Outputs-and-Wiring-Configurations

http://www.profelectro.info/Uploads/luisj/SensorCapacitivo_PT2.swf

http://ee.ascs3.uakron.edu/ida/sensors/

http://www.slideshare.net/tukya/sensors-11077017

http://machinedesign.com/sensors/proximity-sensors-compared-inductive-capacitive-photoelectric-and-ultrasonic

http://www.electronics-tutorials.ws

http://stephane.genouel.free.fr/FT/0%20Dossier%20technique/1%20Texte/Scenari%20capteurs/co/module_DT_4.html

Sensores capacitivos

Technology