Transdutores e Sensores: Tipos, Funcionamento e Aplicações

Transdutores: definição e classificação

Transdutores recebem uma forma de energia que é transformada em energia elétrica.

• Vantagens: efeitos de inércia e fricção inexistentes, amplificação fácil, indicação e gravação facilitadas.
• Classificação por saída/tecnologia:
  • Analógicos: eletromecânicos, optoeletrônicos.
  • Digitais: geradores de frequência, codificadores digitais.
  • Passivos: requerem uma fonte de energia exterior; saída pode ser resistência, capacitância ou indutância; ex.: termistores, varistores.
  • Ativos: não precisam de fonte externa; quando atuados geram uma tensão ou corrente; ex.: termopares.

Potenciômetro resistivo

Potenciômetro resistivo: resistência variável constituída por uma resistência fixa, munida de dois terminais e por um contato móvel que desliza sobre o elemento resistivo.

• Entrada: deslocamento / Saída: tensão.
• Classificação das resistências variáveis:
  • Bobinadas (ligas).
  • Filmes/camadas (carbono, metal).
  • Moldadas (carbono, plástico).
• Suporte: placa de material isolante, ex.: cerâmica, cartão, baquelite.

Extensômetro

Extensômetro: condutor submetido a tração ou compressão apresenta uma variação da resistência.

• Para aumentar a precisão, o fator de sensibilidade deve ser elevado.
• Condutores podem ser constituídos por folhas ou lâminas.
• Não-cimentados: indicados para pequenos deslocamentos e pequenas forças; exemplos: deslocamento, forças, pressões, acelerações.
• Cimentados: colados ao elemento cuja deformação se pretende medir; apresentam intensidade de corrente baixa.
• Ponte equilibrada: apenas esforços estáticos; a resistência varia ao atuar o esforço de modo a procurar de novo o equilíbrio.
• Ponte desequilibrada: inicialmente equilibrada (quando ocorre o esforço provoca o desequilíbrio que é medido).
• Erros de temperatura: variação devido à temperatura pode ser superior à da força; podem provocar deformações na base onde está cimentado.

Transformador diferencial

Transformador diferencial: constituído por um enrolamento primário e dois secundários iguais, ligados em série mas com os enrolamentos com sentido contrário ao do primário.

• Alimentado com tensão entre 3 V e 5 V e frequência de 50 Hz a 20 kHz.
• Utilizado na medição e deteção de movimentos de translação.

Vantagens e desvantagens

• Vantagens: baixa fricção e desgaste, elevada precisão, menos sensível a vibrações, pode ser usado em condições adversas.
• Desvantagens: necessita contacto físico com o meio a medir; não adequado para medidas a longa distância.

Transdutores de relutância variável

Indicados para movimento de translação.

• Constituídos por um núcleo de ferro macio de elevada permeabilidade, ligado à peça em movimento e desloca-se dentro de um tubo.
• Com o ferro na posição central, a indutância das bobines é igual e a ponte está equilibrada.
• O afastamento aumenta a indutância de uma bobina e diminui a da outra.

Acelerómetro de relutância variável

Usado em telemóveis, sismógrafos, biomecânica e para deteção de orientação.

Transdutores por correntes de Foucault (eddy current)

• Geralmente compostos por duas bobinas: uma ativa e uma passiva para facilitar o equilíbrio; ex.: sensores indutivos.
• Medem distâncias típicas entre 0,25 mm e 30 mm; muito precisos.

Transdutores capacitivos

Movimento de rotação ou translação pode ser usado para alterar a capacitância de um condensador que é depois convertida num sinal elétrico.

Exemplos de grandezas medidas: humidade, deslocamento, microfones (som), ecrãs táteis.

Transdutores de temperatura

Classificação: expansão térmica (termómetro de mercúrio), efeito termoelétrico (termopares), alteração da resistência elétrica (termistores), radiação térmica (pirometros).

• Efeito de Seebeck: produção de tensão entre duas junções de condutores de materiais diferentes a temperaturas diferentes.
• Termopares: ligação em paralelo (temperatura média), ligação em série (+ sensibilidade, + resolução).
• Sensores resistivos: condutores (termómetros de resistência, RTD) ou semicondutores (termistores).
• Termómetros de resistência (RTD): a platina é a mais usada porque mantém melhor a estabilidade térmica; o níquel tem mais sensibilidade e é mais barato, mas varia mais com a temperatura.
• Termistores: resistências sensíveis à temperatura.
  • NTC (coeficiente de termoresistividade negativo): ex.: termómetros médicos e industriais.
  • PTC (coeficiente de termoresistividade positivo).

Transdutor fotoelétrico

• Fotoemissivo: radiação no cátodo origina tensão de saída proporcional; pode ter resposta a várias cores.
• Fotocondutivo: variação da resistividade de um semicondutor por incidência de luz.
• Fotovoltaico: geração de tensão por efeito fotovoltaico.

LDR

LDR: a incidência de luz diminui a resistência; tem resposta lenta.

Opto-switches

Opto-switches: emissor de luz e sensor de luz na mesma unidade.