Guia Completo de Sensores Industriais: T°, Pressão, Vazão, Peso e pH

Tipos de Sensores: Temperatura, Pressão, Vazão, Peso e pH

Sensores: Um dispositivo de medição primária que detecta as alterações no valor da variável medida ou controlada, ou no sinal variável de processo, assumindo uma saída mecânica, elétrica ou similar.

Sensores de Temperatura

Tipos de Sensores de Temperatura:

• Tipo de lâmpada
• Resistência RTD
• Termistores
• Termopares

Princípio de Operação (RTD):

A resistência RTD é baseada na propriedade dos metais variarem sua condutividade elétrica pela mudança de temperatura.

Ligas e Materiais (RTD):

• Platina: -200 a 900 °C. Precisão de 0,01 °C.
• Níquel: -150 a 120 °C. Precisão de 0,5 °C.
• Cobre: -200 a 120 °C. Precisão de 0,1 °C.

Vantagens (RTD):

• Alta precisão
• Resposta rápida
• Boa estabilidade

Desvantagens (RTD):

• Mais caro do que o termopar e o termistor
• Frágil
• O autoaquecimento pode ser um problema

Termopar

Princípio de Operação:

É baseado no Efeito Seebeck: o fluxo de corrente em um circuito fechado formado por dois metais diferentes cujas junções são mantidas a temperaturas distintas.

Aplicação:

Fornos industriais (gás-elétrico), caldeiras, estantes móveis.

Faixa de Medição:

-200 a 1700 °C, dependendo da liga.

Vantagens:

• Pequeno
• Barato
• Rápido
• Fácil de montar

Desvantagens:

• Necessita de compensação da junção fria.
• São os mais simples e utilizados para medir T° com precisão, quando uma indicação remota é necessária e quando vários pontos devem ser avaliados. Nenhum outro método pode competir no custo/benefício.

Tipos de Materiais:

J, K, T, R, S, S

Sensores de Pressão

Tipos:

• Tubo Bourdon
• Células de deformação ou carga (Strain Gauge)
• Transdutores capacitivos
• Transdutores piezoelétricos

Tubo Bourdon

Princípio de Funcionamento:

Baseado na lei da física que corpos flexíveis se deformam pela ação da pressão.

Aplicação:

Líquidos e vapor (vapor misturado com líquido).

Faixa de Medição:

• Tipo C: 0,5 a 6.000 bar, com precisão de ± 0,5 a ± 1%.
• Tipo Espiral: 0,5 a 2.500 bar, com precisão de ± 0,5 a ± 1%.
• Tipo Helicoidal: 0,5 a 5.000 bar, com a mesma precisão.

Vantagens:

• Ampla disponibilidade de tubos Bourdon.
• Os tipos helicoidais e espirais têm uma maior amplitude de movimentos, ideal para registradores.
• Tamanho pequeno, longa vida útil.

Desvantagens:

Maior custo de construção, que depende do material de construção para cada área de processo.

Transdutores Piezoelétricos

Princípio de Funcionamento:

Baseado na geração de carga quando cristais são deformados pela pressão aplicada às suas extremidades, gerando uma Força Eletromotriz (FEM) ou sinal elétrico.

Faixas de Medição:

A faixa de medição é entre 0,1 e 600 kg/cm², com uma precisão de ± 1%.

Vantagens:

• Alta frequência de resposta
• Autogeração
• Tamanho pequeno
• Robusto
• Linear
• Baixa sensibilidade à vibração

Desvantagens:

• Sensível a alterações na temperatura (T°)
• Alta impedância de saída
• Baixa saída
• Baixa estabilidade
• Mudança de zero após um choque

Sensores de Vazão

Tipos:

• Placa de Orifício
• Rotâmetro
• Turbina
• Ultrassom
• Magnético

Placa de Orifício

Princípio de Operação:

O fluxo que passa através de um tubo com uma restrição cria um diferencial de pressão entre a entrada e a saída da placa.

Aplicação:

Gás, líquido, vapor, sólido e combinações.

Faixa de Medição:

Medição de fluxo com uma precisão de 1%.

Vantagens:

• Diferentes tipos de orifícios que são utilizados para vapores, gases e líquidos.
• São simples, de custo relativamente baixo para se adequar a qualquer tamanho de tubo.

Desvantagens:

• Queda de pressão alta.
• Não são adequados para fluidos viscosos ou muito sujos.
• Relação não-linear (quadrática).
• Não são adequados para pequenas vazões.

Tipos de Orifícios:

Excêntrico, segmento concêntrico.

Sensores de Peso (Células de Carga)

Tipos:

• Células de Carga com Sistema de Extensômetros (Strain Gauge)
• Células de Carga Hidráulicas
• Células de Carga Pneumáticas

Células de Carga com Extensômetros (Strain Gauge)

Princípio de Funcionamento:

Baseado na utilização de Strain-Gauges instalados em cada uma das extremidades da plataforma de pesagem. Estes elementos se deformam devido à pressão do material, mudando a resistividade elétrica e permitindo uma leitura direta usando uma Ponte de Wheatstone.

Aplicação:

Esteira (pesômetro).

Faixas de Medição:

20 kg a 150 toneladas, com uma precisão de ± 0,2%.

Vantagens:

• Proteção contra a corrosão.
• Não está relacionado com o material pesado.

Desvantagem:

Necessita de compensação de temperatura (T°), custo relativamente alto.

Células de Carga Hidráulicas

Princípio de Funcionamento:

Baseado em um pistão que exerce pressão sobre o fluido hidráulico.

Faixas de Medição:

Prática: 40 kg a 90 toneladas. Precisão: ± 0,2%.

Vantagens:

• Instalação simples
• Resposta rápida
• Resistente à vibração
• Suporta até 40% de sobrecarga
• À prova de explosão
• Indicadores de controle remoto

Desvantagens:

Custo relativo alto.

Células de Carga Pneumáticas

Princípio de Funcionamento:

Baseado no peso da carga da plataforma em relação ao esforço exercido por um diafragma de pressão alimentado por um conjunto ajustável.

Aplicação:

Em geral, para pesagem estática.

Faixas de Medição:

Prática: 10 kg a 10 toneladas. Precisão: ± 0,2%.

Vantagens:

Adapta-se bem para indicação de controle remoto pneumático.

Desvantagens:

Requer instrumentação de ar comprimido.

Sensor de pH

O sensor de pH é uma medição analítica.

Princípio de Funcionamento:

O tubo de vidro é fechado por dentro com uma membrana de vidro particularmente sensível aos íons hidrogênio (pH).

Aplicação:

Soluções ácidas e neutras.

Gama:

Valores entre 0 e 14. A precisão é de ± 0,25 a ± 1%.

Vantagens:

• Instalação simples
• Resposta rápida

Desvantagens:

• Requer manutenção contínua.
• Mudanças na temperatura (T°) afetam a medição do pH.

Fórmulas de Conversão de Temperatura

• Graus Fahrenheit (°F) = (9/5 * Graus Celsius) + 32
• Graus Celsius (°C) = 5/9 * (Graus Fahrenheit - 32)
• Kelvin (K) = Graus Celsius + 273