Instrumenta¸ c˜ ao Industrial Posi¸ c˜ ao/Deslocamento/Deforma¸ c˜ ao Sensores de Posi¸ c˜ ao, Deslocamento e Deforma¸c˜ ao Leonardo A. B. Tˆ orres Janeiro de 2004 DELT/UFMG
Instrumentacao Industrial Posicao/Deslocamento/Deformacao
Sensores de Posicao,
Deslocamento e Deformacao
Leonardo A. B. Torres
Janeiro de 2004
DELT/UFMG
Instrumentacao Industrial Posicao/Deslocamento/Deformacao
Resumo
Principais sensores de medicao de posicao,
deslocamento e deformacao: strain gau-
ges, potenciometros, LVDTs/RVDTs, Syn-
chro/Resolver/Inductosyn, Relutancia variavel,
capacitivos, encoders.
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Potenciometros
• Grande variedade detipos: fio enrolado,fita resistiva, etc.
• Podem ser Translaci-onais ou Rotacionais.
• Limitacoes de robus-tez e precisao depen-dem da potencia dissi-pada e das condicoesambientais.
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Potenciometros (cont.)
• Potenciometros de fio tem resolucao limitada:
������������������������������������
������������������������������������
cursorx
• O carregamento introduzido pelo circuito de medicaode tensao produz comportamento nao linear:
Rp
Rp Rm
V o
R−
+V
Rp
Rp
Rlin
V o
Rm
R−
+VCircuito commelhor linearidade
Para o circuito sem Rlin, mostrado acima, tem-se:
Rm →∞ ⇒ Vo =Rp
RV,
Rm <∞ ⇒ Vo =(Rp ‖ Rm)
R−Rp + (Rp ‖ Rm)V.
Para reduzir o efeito do carregamento e essencialque Rm � maxRp = R.
• Por outro lado, e necessario que R seja grandeo suficiente para que V 2
R� Pmax para nao ha-
ver aquecimento do potenciometro e consequentemodificacao de sua resistencia total R.
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LVDTLinear Voltage Differential Transformer
Vout = k1 (V1 − V2) ,
sendo Vout um sinal de saıda alternado, cuja amplitude
e proporcional ao deslocamento do nucleo.
Medicao de Nıvelusando boia +LVDT.
Medicao de pressaoindiretamente pordeformacao de umdiafragma.
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LVDT (cont.)
Vista em corte de um LVDT:
O deslocamento do nucleo de material ferromagneticoprove maior ou menor acoplamento magnetico entreo enrolamento primario e cada um dos enrolamentossecundarios. Para se usar um LVDT e necessario umcircuito oscilador e um circuito demodulador AM.
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LVDT (cont.)
• LVDT com demodulacao sensıvel a fase:
• RVDT (Rotary Differential Transformer):
• DCDT (Direct Current Differential Transformer):LVDT alimentado com tensao C.C., contendo cir-cuitos que reproduzem a tensao C.A. necessariapara o seu funcionamento.
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LVDT (cont.)
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Potenciometro de Inducao
Inductosyn (potenciometro de inducao translacional):
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Synchro e Resolver
V b
V a
V c
90 graus
V 1
V 2
120 graus
Synchro
Resolver
• Os “synchros” sao usados tambem para transmi-tir deslocamentos angulares atraves de grandesdistancias:
V a
V c
V b
Amplificador
����
Deslocamentoangular
servomotor
• Existem outras topologias para os “resolvers” com2 enrolamentos no rotor, exictacao no estator ouno rotor, etc.
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Dispositivos de Indutancia
Propria Variavel
• Translacional
• Rotacional (Microsyn)
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Codificadores Oticos (Encoders)
• Utilizacao do Codigo Gray (somente 1 bit mudaentre uma posicao e outra) para minimizar errosproduzidos por falhas de alinhamento dos senso-res oticos.
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Strain GaugesExtensometros Eletricos de Resistencia
∆R
R= α
∆L
L
Vo = Vref
(R2
R1 +R2−
R4
R3 +R4
)
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Sensores Capacitivos
Em geral, tem-se:
C = εA
d,
sendo que:
ε → Permissividade do dieletrico,A → Area das placas do capacitor, ed → Distancia entre as placas.
Ex.: Sensores de Posicao e de Humidade.
Ex.: Sensor de Pressao.
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