Todos os tipos de sensores

Uma infinidade de equipamentos eletrnicos depende de um interfaceamento com o mundo exterior para funcionar. Neste especial, faremos uma anlise bastante resumida dos principais tipos de sensores que encontramos, analisando o seu funcionamento e uso.

Newton C. Braga

Existem diversos tipos de sensores utilizados em equipamentos eletrnicos. Podemos usar simples chaves ou dispositivos de acionamento momentneo do tipo mecnico, at transdutores especiais que convertem alguma grandeza fsica numa grandeza eltrica como, por exemplo, uma tenso. Esses sensores servem para informar um circuito eletrnico a respeito um evento que ocorra externamente, sobre o qual ele deva atuar, ou a partir do qual ele deva comandar uma determinada ao.

Equipamentos mais simples podem usar apenas um sensor, mas um rob, uma mquina industrial ou um equipamento mdico complexo podem empregar muitos sensores e de tipos diferentes.

A seguir, vamos relacionar os principais tipos de sensores que encontramos nas aplicaes eletrnicas, com suas caractersticas e aplicaes. Seria impossvel, pela quantidade, abordar todos os sensores existentes, o que poder ser assunto para artigos futuros, com maior detalhamento.

a)Sensores Mecnicos

Denominamos sensores mecnicos aqueles que sensoriam movimentos, posies ou presena usando recursos mecnicos como, por exemplo, chaves (switches).

Nessa categoria incluimos os micro-switches e chaves de fim de curso, como os exibidos na figura 1.

Figura 1

Esses sensores, como o nome sugere, so interruptores ou mesmo chaves comutadoras que atuam sobre um circuito no modo liga/desliga quando uma ao mecnica acontece no seu elemento atuador.

possvel usar esses sensores de diversas formas, como para detectar a abertura ou fechamento de uma porta, a presena de um objeto em um determinado local, ou ainda quando uma parte mecnica de uma mquina est numa certa posio, veja a figura 2.

Figura 2

Uma variao desse tipo de sensor o sensor de fim-de-curso que, conforme o nome indica, detecta quando uma parte mecnica de um dispositivo atinge seu deslocamento mximo.

A finalidade da chave de fim-de-curso evitar que o motor do sistema, por exemplo, continue atuando mesmo depois que a pea que ele movimenta chega ao seu ponto mximo. Isso poderia forar o mecanismo ou ainda causar uma sobrecarga do motor ou do prprio circuito de acionamento.

Na figura 3 apresentamos um exemplo de aplicao em um porto automtico em que a chave de fim-de-curso desliga o motor quando ele est totalmente aberto ou totalmente fechado.

Figura 3

Na foto A temos exemplares de microswitches da Honeywell que podem ser includas nessa linha de sensores.

Foto A

A seguir, na foto B, exemplos de chaves de fim-de-curso, tambm da Honeywell.

Foto B

b)Sensores tipo Reed-Switch

Esses sensores podem ser usados para detectar a posio de uma pea ou de uma parte de um mecanismo pela posio de um pequeno m que preso a ela. Poderamos classificar esses sensores tambm como sensores magnticos, uma vez que eles atuam com a ao de um campo, mas como so interruptores acionados por campos, ser melhor separ-los em uma outra categoria, dentro de uma classificao de atuao mais simples.

Na figura 4 temos o princpio de atuao desse tipo de sensor que tanto pode ser usado para detectar a simples aproximao de uma pea quanto gerar pulsos de controle a cada passagem de uma pea mvel.

Figura 4

Na figura 5 vemos algumas aplicaes desse tipo de sensor que se caracteriza pela sua velocidade de ao limitada e tambm pela pequena capacidade de corrente que os tipos comuns apresentam.

Figura 5

Nessas aplicaes destacamos, por exemplo, sua utilizao como sensor de fim-de-curso, para detectar quando uma pea atinge seu deslocamento mximo, atuando sobre o sensor pela ao de um pequeno m.

Outra aplicao mostrada na figura 5, onde usamos o sensor para produzir pulsos tacomtricos que permitem controlar a velocidade de um motor ou registr-la em umdisplay.

Nas aplicaes mais modernas e que exigem maior velocidade de resposta, em lugar do reed-swich podem ser usados sensores de estado slido como os sensores de efeito Hall, ou ainda sensores indutivos, conforme veremos mais adiante.

Na foto C, a seguir, temos alguns exemplo de sensores tipo reed para uso industrial.

Foto C

c)Sensores Fotoeltricos

Os sensores mecnicos tm por principal desvantagem o fato de terem peas mveis sujeitas a quebra e desgaste, alm da inrcia natural que limita sua velocidade de ao. Outro problema est no repique que pode falsear o sinal enviado quando so acionados.

Por outro lado, sensores que trabalham com a luz so muito mais rpidos, no apresentando praticamente inrcia e no tm peas mveis que quebram ou desgastam. Os sensores fotoeltricos podem ser de diversos tipos, sendo empregados numa infinidade de aplicaes na indstria e em outros campos.

O tipo mais simples de sensor consiste em um elemento foto-sensvel que tem a luz incidente interceptada quando a parte mvel de um dispositivo passa diante dele, veja afigura 6.

Figura 6

Existem diversos dispositivos sensores que podem ser utilizados como sensores de luz, e sua escolha vai depender basicamente de suas caractersticas. Damos a seguir alguns exemplos de sensores:

Foto-resistores (LDRs)

De acordo com a figura 7, os LDRs possuem uma superfcie de Sulfeto de Cdmio (CdS) que tem sua resistncia eltrica dependente da quantidade de luz incidente.

Figura 7

A curva caracterstica desses sensores nos mostra que a resistncia cai enormemente medida que a intensidade da luz incidente aumenta. Na figura 8 exibimos um exemplo de curva de resposta de um LDR comum.

Figura 8

A grande vantagem no uso dos LDRs como sensores fotoeltricos est no fato de que eles podem trabalhar com correntes relativamente elevadas, sendo muito sensveis, o que simplifica o projeto de seus circuitos. No entanto, a desvantagem est na sua velocidade de resposta.

Os LDRs so sensores lentos, no operando em velocidades maiores do que algumas dezenas de quilohertz.

Devemos, ainda, destacar a curva de resposta dos LDRs que se aproxima bastante da curva de resposta do olho humano, o que permite sua operao com fontes convencionais de luz, como a luz ambiente, lmpadas incandescentes, fluorescentes, eletrnicas e de LEDs comuns de diversas cores.

Na figura 9 mostramos uma aplicao tpica desse sensor num detector de passagem.

Figura 9

Nas aplicaes industriais, sensores com base em LDRs apresentam um encapsulamento que vai depender justamente de sua aplicao. Assim, os desenvolvedores de equipamentos que fazem uso desses sensores podem encontrar nos catlogos das grande empresas de sensores uma infinidade de variaes de formatos para esses componentes, j destinados aplicaes especficas.

Fotoclulas

As Fotoclulas ou Clulas Fotoeltricas so dispositivos que geram uma pequena tenso eltrica quando so iluminados. As fotoclulas podem ser usadas para gerar energia eltrica a partir da luz solar, ou tambm como sensores, em diversos tipos de aplicaes.

Na figura 10 temos o smbolo adotado para esse tipo de sensor e os aspectos mais comuns com que podemos encontr-las.

Figura 10

Diferentemente dos LDRs, as fotoclulas so sensveis e rpidas, podendo ser utilizadas numa faixa de aplicaes mais ampla do que os prprios LDRs. Sua curva caracterstica vistas na figura 11, o que nos mostra que elas podem inclusive operar com boa sensibilidade na regio infravermelha do espectro.

Figura 11

Os circuitos sensores para as fotoclulas, entretanto, so diferentes dos circuitos usados com LDRs, pois elas atuam como geradores, fornecendo uma tenso de sada. Transistores, amplificadores operacionais em configuraes como a exemplificada nafigura 12 so as solues mais comuns empregadas em projetos prticos que fazem uso desse tipo de sensor.

Figura 12

Fotodiodos

Os fotodiodos operam segundo o princpio de que ftons incidindo numa juno semicondutora liberam portadores de cargas. Esses portadores tanto pode fazer com que aparea uma tenso entre os terminais do diodo quanto tambm afetar sua resistncia passagem da corrente.

Na figura 13 vemos os aspectos mais comuns desses sensores.

Figura 13 - Fotodiodos da Hamatsu

Os fotodiodos no so muito sensveis, exigindo bons circuitos de amplificao mas, em compensao, so extremamente rpidos podendo detectar pulsos de luz em taxas que chegam a dezenas ou mesmo centenas de megahertz.

A curva de resposta, no entanto a mesma das fotoclulas, uma vez que os dois dispositivos so feitos do mesmo material semicondutor: o silcio.

Existem duas formas de se utilizar os fotodiodos em sensores, as quais so ilustradas na figura 14.

Figura 14

No primeiro caso, o fotodiodo usado no modo gerador, gerando uma pequena tenso, da ordem de 0,6 V quando iluminado. No segundo caso, o diodo empregado no modo resistivo, tendo a corrente no sentido inverso alterada quando a juno iluminada. Nesse modo de operao utilizada uma fonte de polarizao.

Pela sua velocidade de resposta esses sensores so utilizados em aplicaes que exigem operao com sinais rpidos como, por exemplo, leitores de cdigos de barra, sensores de mquinas muito rpidos, etc.

Fototransistores

Os fototransistores operam segundo o mesmo princpio dos fotodiodos: liberao de cargas nas junes com a incidncia de luz. A diferena est no fato de que os fototransistores podem amplificar as correntes que so geradas nesse processo.

Na figura 15 temos os smbolos e aspectos dos fototransistores comuns, observando-se a existncia de tipos de grande amplificao que so os Darlingtons.

Figura 15

Os transistores tm a mesma curva de resposta dos fotodiodos e fotoclulas podendo ser usados nas mesmas aplicaes, se bem que sejam um pouco mais lentos.

Os fototransistores podem ser tanto usados no modo fotodiodo em que o terminal de base permanece desligado, quanto no modo fototransistor em que a base polarizada ou para aumentar a sensibilidade ou para aumentar a velocidade, observe a figura 16.

Figura 16

A grande vantagem no uso dos fotodiodos, fototransistores e sensores base de silcio est no fato de que sua curva tem grande sensibilidade no ponto de emisso de fontes comuns, principalmente LEDs infravermelhos.

Fotodisparadores

Existem ainda dispositivos semicondutores base de silcio que podem ser usados como sensores foto-sensveis. Na figura 17 apresentamos alguns desses sensores.

Figura 17

Podemos ter opto DIACs, opto-TRIACs e at opto-SCRs, de acordo com a mesma figura. No entanto, esses componentes so usados apenas em casos mais raros, por exemplo em chaves pticas, conforme as que veremos a seguir.

Os fotosensores podem ser empregados em diversas configuraes, conforme demonstra a figura 18.

Figura 18

No caso mais simples ele opera do modo direto, ou refletivo com uma fonte de luz comum, detectando a interrupo da luz ou ainda a reflexo ou passagem do objeto por zonas escuras. Isso faz com que pulsos eltricos sejam gerados para o processamento de um circuito.

Em alguns casos a fonte emissora, normalmente um LED visvel ou infravermelho integrado ao mesmo invlucro do sensor, para aplicao no modo refletivo.

Temos tambm nesse caso as chaves pticas que tm a configurao exibida na figura 19.

Figura 19

O que temos ento um emissor de luz (normalmente um LED) e um sensor que pode ser um fotodiodo, um fototransistor ou mesmo um circuito fotodisparador.

No percurso da luz para o sensor h uma fenda por onde pode passar um objeto cuja presena desejamos detectar. Uma roda denteada, por exemplo permite a deteco de seu movimento. Com sensores duplos, observe a figura 20, pode-se tambm detectar o sentido do movimento do objeto que passa pelo sensor.

Figura 20

Um exemplo de circuito que permite detectar o sentido de rotao ou do movimento de um objeto usando um sensor duplo, ou ainda dois sensores, apresentado na figura 21.

Figura 21

Recursos como lentes, tubos opacos e outros, conforme ilustra a figura 22, permitem aumentar a sensibilidade e diretividade dos sensores pticos, podendo esses recursos ter as mais diversas configuraes.

Figura 22

Note que o elemento sensor no montado exatamente no foco de uma lente, mas sim em um ponto em que a imagem da fonte de luz se espalhe por toda a superfcie sensvel do dispositivo usado como sensor.

Na foto D temos exemplos de sensores fotoeltricos da Omron.

Figura D

d)Encoders pticos

Os encoders ou codificadores pticos podem ser enquadrados na categoria dos sensores fotoeltricos, mas como tm uma aplicao um pouco diferente, estamos separando-os para anlise nesse artigo.

Os encoders pticos podem ser lineares ou rotatrios e ainda incrementais ou absolutos. O tipo bsico rotatrio incremental consiste em um disco com faixas claras e escuras que tanto pode operar no modo refletivo quanto por transparncia usando uma chave ptica, conforme veja a figura 23.

Figura 23

O movimento do disco com as faixas sensoriado pelo sensor ptico, sendo produzidos pulsos que permitem determinar tanto a posio do disco quanto sua velocidade. Com o uso de dois sensores em lugar de um apenas, possvel tambm estabelecer seu sentido de rotao, como j vimos no caso das chaves pticas.

No caso de um sensor linear em lugar de um disco com faixas, temos uma linha ou tira com faixas que tambm pode operar no modo refletivo ou por transparncia, veja afigura 24.

Figura 24

O encoder absoluto fornece informaes sobre a posio real do disco com as barras ou regies claras e escuras gravadas, na forma de um sinal digital.

Assim, de acordo com a figura 25, se um disco tiver 4 faixas de claros e escuros, para serem lidas por 4 sensores teremos 16 combinaes possveis

de sadas, fornecendo sinais de 4 bits com uma resoluo de 360/16 = 22,5 graus. Evidentemente, com 8 faixas teremos 256 combinaes de valores, e com isso uma resoluo de 1,40 graus.

Figura 25

Para um encoder incremental linear, as regies de claros e escuros so gravadas numa tira, observe a figura 26.

Figura 26

O nmero de faixas vai determinar a resoluo do encoder e, portanto, a preciso na determinao da posio do objeto que est sendo sensoriado.

e)Sensores de Imagem

Uma outra categoria de sensores que opera com luz e semicondutores sensveis a ela a dos sensores de imagem. Podemos dizer que se trata de um sensor que, na realidade, formado por uma matriz de uma boa quantidade de sensores fotoeltricos individuais.

Nessa categoria inclumos os sensores CCD (Charged Coupled Devices), que so usados no sensoriamento de imagens em micro-cmeras e mesmo em cmeras de vdeo convencionais, conforme mostra a figura 27.

Figura 27

Acoplados a circuitos inteligentes, ou seja, microcontroladores e microprocessadores, esses sensores possibilitam a anlise do formato, cor e outras caractersticas de um objeto, favorecendo assim um controle de uma linha de montagem com a separao de produtos que tenham determinadas caractersticas, conforme ilustra a figura 28.

Figura 28

Evidentemente, esses sensores exigem tanto um circuito complexo para o processamento de seus sinais bem como software apropriado que permita a programao das caractersticas dos objetos que devem ser sensoriados.

f)Sensores pticos de Medida

Uma outra categoria de sensores pticos importante e que faz uso em alguns dos mesmos dispositivos semicondutores que vimos at agora a que empregada na medida de grandezas pticas como luminncia, contraste e cor.

Esses sensores podem ser usados, por exemplo, para determinar a composio da luz emitida por uma fonte, ou ainda sua intensidade como em luxmetros, fotmetros, e outros instrumentos semelhantes de uso na indstria, pesquisa, aplicaes mdicas, etc., conforme exibe a figura 29.

Figura 29 Na ilustrao vemos um sensor de cores que identifica objetos numa linha de montagem pela cor (Globetron Controls)

Basicamente, esses sensores constam de elementos individuais sensores com filtros que permitam selecionar a faixa luminosa que se deseja medir, ou ainda sensores mltiplos com diversos filtros, cada um deixando passar a faixa de freqncias que se quer analisar.

A diferena bsica desses sensores est no fato de fornecerem sadas que so proporcionais intensidade da grandeza medida, viabilizando assim o seu processamento para a medida.

Na figura 30 temos um CI sensor de cor.

FIgura 30

g)Sensores Trmicos

Da mesma maneira que no caso dos sensores fotoeltricos existem diversos tipos de sensores que podem atuar sobre um circuito em funo da variao da temperatura do meio em que se encontram.

Temos basicamente os seguintes tipos de sensores trmicos que so usados na maioria das aplicaes eletrnicas comuns:

- Bimetais

- Pares termoeltricos - NTCs e PTCs - Sensores semicondutores - Sensores piroeltricos

Analisemos esses sensores separadamente.

Bimetais

Esse sensor consiste em duas lminas feitas de metais que possuem coeficientes de dilatao diferentes. As lminas so presas juntas de tal modo que, ao se aquecerem, o conjunto verga na direo da lmina de menor coeficiente, observe a figura 31.

Figura 31

Basta ento dotar essas lminas de contatos para que, ao haver o aquecimento, o movimento se encarregue de fechar o circuito, ou ainda abr-lo.

Trata-se de uma soluo simples, mas pouco precisa para o controle de temperatura (termostatos), sendo empregado em aplicaes como controles intermitentes (pisca-piscas), circuitos de proteo contra sobrecorrente, controle de temperatura em estufas, fornos, etc.

Pares Termoeltricos

Pela sua capacidade de operar com temperaturas muito altas, linearidade e preciso so os sensores mais utilizados no sensoriamento de temperaturas muito altas, que podem chegar a centenas de graus, como em fornos, por exemplo.

Na figura 32 apresentados o princpio de funcionamento desse tipo de sensor.

FIgura 32

Quando dois metais formam uma juno e um deles est numa temperatura diferente do outro, aparece entre eles uma tenso proporcional diferena de temperatura.

Dessa forma, pode-se usar essa tenso para sensoriar a temperatura de um local, tanto atuando sobre um circuito de controle quanto sobre um circuito de medida.

Os pares termoeltricos so utilizados nos casos em que se deseja monitorar temperaturas muito altas.

NTCs e PTCs

NTC significa Negative Temperatura Coefficient enquqanto PTC representa Positive Temperature Coefficient. So resistores cuja resistncia diminui (NTC) ou aumenta (PTC) quando a temperatura aumenta.

Na figura 33 vemos o aspecto e o smbolo desses dispositivos que podem ser usados como sensores de temperatura, bem como sua curva caracterstica.

Figura 33

Operando numa faixa temperaturas que vai de valores negativos at aproximadamente 125 graus, esses dispositivos so utilizados como sensores em uma grande quantidade de aplicaes, dada a facilidade com que podemos trabalhar com eles e inclusive seu baixo custo.

Circuitos simples podem ser elaborados com esses dispositivos, uma vez que as variaes de resistncia obtidas podem ser facilmente usadas para acionar comparadores de tenso. NTCs termomtricos, por outro lado, podem ser usados na medida precisa de temperatura, sendo por isso encontrados em termmetros eletrnicos.

Sensores Semicondutores

Baseados no fato de que um aumento de temperatura libera maior quantidade de portadores de carga numa juno semicondutora, podemos usar qualquer

dispositivo dotado de junes como um sensor de temperatura com linearidade relativamente boa numa ampla faixa de temperaturas.

Em razo disso, a possibilidade mais comumente adotada a de se usar um diodo comum polarizado no sentido inverso, veja a figura 34.

Figura 34

A corrente de fuga do diodo depende da temperatura e isso pode ser usado para acionar os mais diversos tipos de dispositivos em aplicaes em que se deseja um controle em funo da temperatura.

Diodos especiais podem ser otimizados para apresentar uma curva linear dentro de uma faixa de temperaturas na qual ele pode ser usado para a medida dessa grandeza.

Uma aplicao importante desse tipo de sensor est na sua integrao na prpria pastilha dos microprocessadores de modo que eles possam sensoriar a temperatura disparando um circuito de proteo externa, cortando a alimentao ou ainda acelerando uma ventoinha em caso de sobreaquecimento.

Outra possibilidade consiste em se integrar esses sensores juntamente com o circuito que processa seus sinais.

Assim, a prpria National, de acordo com a figura 35 possui sensores integrados de temperatura que fornecem uma sada que numericamente equivalente a temperaturas em graus Celsius ou Farenheit, facilitando enormemente o interfaceamento com conversores A/D e outros dispositivos de controle.

FIgura 35 - Sensor de temperatura com o LM335

Sensores Piroeltricos

Esses sensores podem ser encontrados em alarmes de incndio e de presena, como os que abrem automaticamente as portas de shoppings na presena de pessoas.

Na figura 36 mostramos um exemplo de sensor desse tipo que apresenta variaes usadas em aplicaes de todos os tipos.

Figura 36

Nesse sensor existe uma substncia que se polariza na presena de radiao infravermelha, gerando assim uma tenso que pode ser amplificada e empregada para efeitos de controle.

Desse modo, o calor do corpo de uma pessoa suficiente para produzir uma emisso infravermelha detectvel por esse tipo de sensor. Para aumentar sua sensibilidade e dirigir as ondas de infravermelho diretamente para o sensor, so usadas lentes especiais denominadas Lentes de Fresnel, que tm o padro exibido na figura 37.

Figura 37

h)Sensores de Presena

Na realidade, os tipos mais usados com essa finalidade so os sensores de temperatura piroeltricos que vimos no item anterior. Esses sensores detectam as pessoas pelo calor de seu corpo, podendo ser usados tambm em outras aplicaes, como sensores de incndio, desde que filtros apropriados sejam agregados.

O que acontece nesse caso que a emisso de calor pelo corpo de uma pessoa suficiente para acionar o sensor, que sensvel radiao infravermelha.

i)Sensores Ultra-snicos

Esse um tipo de sensor bastante til na deteco de objetos a uma certa distncia, desde que estes no sejam muito pequenos, e capazes de refletir esse tipo de radiao.

Na figura 38 temos um exemplo de um par sensor desse tipo que pode ser usado inclusive para se medir distncias, em diversas aplicaes prticas importantes.

Figura 38 - Sensores ultra-snicos da Omron

O princpio de funcionamento desse sensor o seguinte: um transdutor emite ondas ultra-snicas em freqncia normalmente em torno de 42 kHz. O

resultado um comprimento de onda da ordem de alguns centmetros, o que permite detectar objetos relativamente pequenos.

As ondas refletidas pelo objeto so captadas pelo sensor, fornecendo assim um sinal que pode ser processado trazendo informaes sobre o objeto no qual ocorreu a reflexo. Veja que o sensor tambm pode funcionar conforme demonstra a figura 39, bloqueando a passagem das vibraes ultra-snicas.

Figura 39

Os exemplares mais comuns de sensores desse tipo so os que utilizam uma lmina ressonante de modo que eles funcionam tanto como transdutores emissores quanto microfones, mas sendo capazes de selecionar por ressonncia, uma estreita faixa de freqncias, normalmente em torno de 42 kHz.

O outro tipo de sensor/emissor o que faz uso de cermicas piezoeltricas. Observe que, enquanto o primeiro indutivo de baixa ou mdia impedncia o segundo tem caractersticas capacitivas de alta impedncia.

Na figura 40 temos os aspectos de alguns desses sensores.

FIgura 40

Esses sensores so bons para detectar a presena de objetos a curtas distncias sendo por isso usados em aplicaes onde outros meios mais sujeitos a interferncias no funcionam bem. Isso acontece porque os ultra-sons, diferentemente de luz e sinais eltricos no so afetados por interferncias eltricas ou mesmo luz ambiente.

j)Sensores Capacitivos

O princpio de funcionamento desses sensores simples de entender, se partirmos da ilustrao da figura 41.

FIgura 41

A capacitncia de um capacitor (sensor) depende da distncia entre duas placas. Se uma delas for mvel, podemos associar sua posio um valor de capacitncia que pode ser usado para processar informaes sobre a distncia em que ela se encontra.

Ento, um sensor desse tipo pode ser elaborado simplesmente mantendo-se uma armadura fixa e prendendo a armadura mvel ao objeto que se pretende sensoriar.

possvel sensoriar tambm o deslocamento desse objeto pela superfcie efetiva do capacitor que o sensor representa, veja a figura 42. Dessa maneira possvel sensoriar deslocamentos laterais de uma das armaduras do capacitor.

Figura 42

Finalmente, temos uma possibilidade interessante que aproveitada no sensoriamento de lquidos de um reservatrio onde o prprio nvel do lquido representa a armadura mvel.

Conseqentemente, temos um capacitor virtual cuja armadura que se movimenta o prprio lquido ou meio cuja posio ou nvel deve ser sensoriado, veja a figura 43.

Figura 43 Os sensores capacitivos encontram aplicaes em alarmes, sensores de posio, sensores de nveis de lquidos em reservatrios, etc.

Na foto E, alguns sensores desse tipo.

Foto E

k)Sensores de Presso

H vrias tecnologias que permitem a elaborao de sensores de presso para aplicaes na indstria, eletrnica de consumo, eletrnica mdica, eletrnica embarcada, etc.

Uma tecnologia mais antiga a que faz uso de uma cmara de vcuo, conforme mostra a figura 44.

Figura 44

O ar externo pressiona o diafragma que vai ter uma posio que depende do valor da presso externa. A posio do diafragma ento sensoriada por um dispositivo sensor de posio que pode ser uma bobina ou uma placa, caso em que se usa um sensor capacitivo.

Outra tcnica a que faz uso de materiais piezoeltricos, com a estrutura apresentada na figura 45.

FIgura 45

Uma deformao do material faz com que apaream tenses eltricas nas faces do material. Essa tenso pode ser amplificada de modo a fornecer informaes sobre a grandeza sensoriada.

Com essa estrutura podem ser obtidos sensores que sensoriam a presso absoluta caso em que numa das faces temos uma cmara de vcuo que serve de referncia, ou com ar a uma presso de referncia, ou ainda relativos, em que temos duas entradas de presso, observe a figura 46.

Figura 46 - Sensores diferenciais de presso da Omron

Nesse caso, o dispositivo sensorial a diferena de presso entre as duas entradas, podendo assim indicar uma presso relativa, por exemplo de uma autoclave ou bomba de ar. Esse tipo de sensor tambm pode ser usado no sensoriamento do nvel de lquidos em um reservatrio.

Sensores modernos como esses tambm faz uso de tecnologia magneto-resistiva, onde um m cria um campo que atua sobre um padro de linhas que apresenta uma certa resistncia, observe a figura 47.

Figura 47

Uma deformao dessa estrutura faz com que a resistncia eltrica apresentada se modifique fornecendo desse modo um sinal de sada a um circuito de monitoramento ou controle.

l)Sensores de Gases

Existem diversas tecnologias para o sensoriamento de gases num ambiente, algumas das quais empregadas em sensores de incndio, sensores de fumaa ou ainda na deteco da presena de substncias especficas em um ambiente.

Um tipo simples de sensor de fumaa que usado em aplicaes industriais o que vimos ao analisar os sensores fotoeltricos.

Nele, conforme mostra a figura 48, detecta-se a interrupo ou alterao de um feixe de luz sobre um sensor quando em presena de fumaa.

Figura 48

Obviamente, esse sensor no detecta propriamente a presena de gases que se misturam com o ar, e que portanto no afetam sua transparncia. Esse sensor usado para detectar as partculas em suspenso que formam a fumaa e que por isso impedem a passagem da luz.

Para detectar gases que se misturam com o ar atmosfrico e que no afetam sua transparncia so empregados outros tipos de sensores.

Um deles o sensor cujo smbolo e aspecto interno so os vistos na figura 49.

Figura 49

Nesse tipo de sensor existem dois filamentos recobertos como substncia que reage facilmente com gases que estejam presentes no meio ambiente, exceto o oxignio e gases inertes.

Um dos filamentos mantido aquecido. O conjunto forma ento uma ponte que se equilibra nas condies em que no existem gases reativos no meio ambiente.

Se um gs reativo entrar em contato com os filamentos, ao ser absorvido e na presena do calor, ele muda sua resistncia, o que causa o desequilbrio da ponte. Com isso, a presena do gs reativo pode ser detectada.

Na figura 50 temos um circuito tpico para sensor de gs.

Figura 50

Uma aplicao importante desse tipo de sensor na anlise dos gases de escapamento de motores a combustvel.

Equivalentes semicondutores, onde a resistncia de um semicondutor especial muda com o gs, tambm podem ser encontrados em diversas aplicaes, conforme ilustra afigura 51.

Figura 51 - Estrutura de um sensor de gs por semicondutor Siemens

m)Sensores Indutivos

Na indstria h uma infinidade de aplicaes para sensores indutivos. Esses sensores basicamente consistem numa bobina em torno de um ncleo, veja a figura 52.

As caractersticas da bobina se alteram na presena de objetos que tenham caractersticas magnticas como ims, materiais ferrosos e mesmo materiais diamagnticos (que dispersam as linhas de fora de um campo magntico).

Por isso, esses sensores podem ser usados para detectar a presena de objetos, a proximidade de um objeto, sua passagem e muito mais. Na figura 53 exibida a linha de sensores indutivos de proximidade da Omron.

Figura 53

n)Sensores de Efeito Hall

Os sensores de efeito Hall se enquadram na categoria dos sensores magnticos.

Na figura 54 mostramos o princpio de funcionamento desses sensores.

Figura 54

Quando um campo magntico atua sobre uma placa condutora atravs da qual passa uma corrente eltrica, essa corrente desviada. Isso significa que no ponto em que essa corrente tomada, teremos variaes de sua intensidade que traduzem a intensidade do campo magntico.

Os sensores Hall tem a vantagem de serem lineares, muito sensveis, rpidos e alm disso poderem ser elaborados com materiais semicondutores adquirindo dimenses reduzidas.

Para utilizar os sensores Hall preciso empregar circuitos amplificadores de grande ganho, normalmente com amplificadores operacionais.

As aplicaes mais comuns para esses sensores so a deteco de movimento de partes mecnicas, tacmetros, controle de motores, etc.

Na figura 55 trazemos uma aplicao em que um sensor Hall empregado para medir a velocidade de uma pea rotativa e fazer o controle de sua velocidade.

Figura 55

Exemplo dado de aplicao pela BB Automao.

Os sensores Hall tambm so encontrados em magnetmetros, que so instrumentos que medem a intensidade de um campo magntico.

As configuraes dos sensores normalmente so de tal maneira que eles formam uma ponte de Wheatstone. Na presena do campo magntico, essa ponte desequilibrada, aparecendo assim uma tenso de sada.

Concluso

O que vimos at aqui apenas uma pequena parcela dos tipos de sensores que existem. Conforme explicamos na introduo, a quantidade de sensores com que pode contar o projetista de dispositivos que exijam esses sensores muito grande.

No inclumos sensores especiais como os de raios X, radiao nuclear, sensores para uso mdico e hospitalar, eletrnica aeroespacial e muitos outros.

Como um pequeno tutorial, acreditamos que este artigo tenha sido de utilidade para os que desejam saber um pouco mais sobre os tipos mais comuns de sensores.