Sensores de Proximidade

SENSORES DE PROXIMIDADE INTRODUÇÃO O comando de processos de automação industrial e robotização exigem confiabilidade rapidez e segurança, por isso foram criados os sensores eletrônicos de proximidade para substituir as tradicionais chaves mecânicas. Como operam sem contato físico, não se desgastam.

Indutivos

capacitivos

fotoelétricos

DEFINIÇÃO Sensores de proximidade são elementos capazes de perceber a presença de um corpo de material metálico ou não. Permite maior número de comutações, frequência de chaveamento elevada, ajuste de sensibilidade e geram níveis de tensão na saída capazes de acionar relés, contadores, CLP’s, entre outros.

VANTAGENS / DESVANTAGENS Vantagens: - não precisa de contato físico com o alvo a detectar - não tem peças móveis (maior durabilidade) Página 1 de 20

- alta velocidade de comutação - funciona em qualquer posição - é imune à vibração - dimensões reduzidas

Desvantagens: - precisa ser alimentado (com fonte estabilizada) - tem consumir próprio - não tem conserto

Video: “Sensor de Proximidade - Exemplo de aplicação” ( 0:32min ) https://www.youtube.com/watch?time_continue=2&v=yz5GAWriaec&feature=emb_lo go

ESTADO DE SAÍDA DOS SENSORES Definimos o estado de saída de um sensor na situação de “sensor desatuado” (em repouso), podendo ser:

NA = a carga conectada ao sensor estará deslizada (circuito aberto)

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NF = a carga conectada ao sensor estará energizada (circuito fechado)

Reversível (NANF) = a carga conectada ao sensor ...estará desligada em A e energizada em B

As funções acima se invertem quando o sensor é atuado pela aproximação de um objeto

TIPOS DE SENSORES DE PROXIMIDADE Quando falamos de sensores de proximidade, estamos nos referindo aos: A) sensores indutivos B) sensores capacitivos C) sensores fotoelétricos

A) SENSORES INDUTIVOS São os sensores que detectam somente a presença de peças metálicas.

Princípio de funcionamento: Página 3 de 20

Existe instalado na face sensora uma bobina gerando um campo magnético direcionado para fora conforme figura abaixo. Com a aproximação de um alvo de material ferroso (bom condutor de fluxo magnético), surgem correntes parasitas no alvo metálico, criando um campo de sentido contrário que faz diminuir o campo original levando a comutação

de

diversos

estágios

(circuitos

acionando um transistor de saída.

Algumas aplicações

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eletrônicos

internos)

B) SENSORES CAPACITIVOS São os sensores que detectam peças metálicas e não metálicas.

Princípio de funcionamento: No frontal do sensor existem duas placas metálicas entre as quais existe um campo elétrico formando assim um capacitor cujo meio isolante é o ar.

Quando um material qualquer aproxima-se do campo elétrico, altera a rigidez dielétrica do meio provocando uma mudança na capacitância, levando à comutação de diversos estágios (circuitos eletrônicos internos) acionando um transistor de saída.

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Algumas aplicações

DISTÂNCIA SENSORA

a) Distância Sensora Nominal (Sn): é a distância em que aproximando-se o alvo da face sensora, o sensor muda o estado de saída, estando o sensor sob condições nominais de tensão, temperatura ambiente (25°C) e usando “alvo padrão”

b) Distância Sensora Operacional (Sa): é a distância na qual ocorre a atuação do sensor, usando o para o acionamento alvos diferentes do padrão. Ocorrerá a redução da distância sensora.

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Para sensor indutivo o “alvo padrão” é uma placa de aço com 1mm de espessura, formato quadrado com lado igual ao diâmetro da face sensora.

OBS.: Para sensor capacitivo adota-se a água com material acionador padrão.

Para ambos os sensores, a detecção de outros materiais implica na redução da distância entre sensor e o alvo. Exemplo: Fatores de redução da distância sensora • Sensor capacitivo

• Sensor indutivo Ferro ou aço........1,0

Água ............ 1,0

Níquel-Cromo..... 0,9

Metais ......... 1,0

Aço-inox............ 0,85

Madeira ....... 0,5

Latão...................0,5

PVC ........... 0,4

Alumínio.............0,4

Óleo...............0,1

Cobre................ 0,3

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HISTERESE OU DISTÂNCIA DIFERENCIAL É a diferença entre o ponto de acionamento e o ponto de desacionamento, devendo estar compreendida entre 3 e 15% de Sn

Em acionamentos de segurança e responsabilidade, é importante saber esse valor pra determinar a precisão da atuação. A histerese não é uma desvantagem, pois evita o efeito de repiques produzidos pelas possíveis vibrações do objeto a ser detectado.

FORMAS DE MONTAGEM

a) Embutido Nesse tipo de sensor o campo magnético (ou elétrico no caso dos sensores capacitivos) emerge apenas na face sensora e permite que seja fixado em uma superfície metálica.

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b) Não embutido Nesse tipo, o campo magnético (ou elétrico) emerge também na superfície lateral da face sensora, portanto a fixação deve ser feita afastada de partes metálicas.

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CONFIGURAÇÕES ELÉTRICAS Os sensores de proximidade podem ser de corrente alternada ou corrente continua.

a) Sensores de C.A. Os sensores de corrente alternada possuem um tiristor (

) que

efetua o chaveamento da carga assim que o sensor é atuado. Funcionam com tensões de 20 a 250 VCA sendo capazes de atuar pequenas cargas (exemplo: relés ). Podem ser a 2, 3 ou 4 fios conforme simbologia a seguir:

2 fios

O sensor de dois fios é conectado em série com a carga ( relé por exemplo) e é usado para substituir diretamente as chaves fim-de-curso mecânicas. Atenção: a forma de ligar implica que, mesmo em repouso, uma pequena corrente se mantém fluindo através da carga, e quando atuado uma queda de tensão residual fica no sensor (7V) diminuindo portanto a tensão final na carga

3 fios Página 10 de 20

4 fios

FORMA DE LIGAÇÃO DE VÁRIOS SENSORES C.A. a.1) em Série

Com 2 fios

Com 3 ou 4 ffios

Observação 1) quantidade de sensores fica limitada devido a queda de tensão 7 volts em cada sensor 2) A capacidade de corrente do sensor deve ser suficiente para manter a corrente da carga somado ao consumo dos sensores.

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a.2) em Paralelo

Nota: não se aconselha ligação em paralelo de sensores C.A. de dois ...........fios

b) Sensores em C.C.

Os sensores corrente contínua possuem um transistor

(

) que

efetua o chaveamento da carga assim que o sensor é atuado. Funcionam com tensões de 10 a 30Vdc. Podem ser de 3 ou 4 fios (PNP ou NPN) conforme simbologia a seguir.

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Os sensores de corrente contínua são mais sensíveis e exigem uma fonte de C.C cujo “ripple” seja menor que 10% e que essa fonte seja exclusiva ou seja, embreagens, solenoides, etc devem ser alimentados por outra fonte.

SUGESTÕES DE FONTES PARA SENSOR

Fonte CC monofásica

Fonte CC trifásica

FORMA DE LIGAÇÃO DE VÁRIOS SENSORES DE C.C. b.1) em Série

Sensores PNP

Sensores NPN

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Observação 1) Quantidade de sensores fica limitada devido a queda de tensão (1V) em cada sensor. 2) A capacidade de corrente do sensor deve ser o suficiente para manter a corrente da carga somado ao consumo próprio dos sensores

b.2) em Paralelo

Sensores PNP

Sensores NPN

Atenção: instalar os cabos de sensores separados dos cabos de motores,

inversores

eletromagnéticas, etc,

de

frequência,

solenoides,

embreagens

para evitar indução de picos de tensão e

corrente.

Para saber um pouco mais assista o Video: “Ligação de Sensor PNP/ NPN 3 e 4 fios !! E agora???!?!?!?” ( 14 min ) https://www.youtube.com/watch?v=D3iZ_St_lfo Página 14 de 20

C) SENSORES FOTOELÉTRICOS OU ÓPTICOS INTRODUÇÃO Os sensores ópticos usam os efeitos da luz para detectar os objetos ao seu redor.

Cada tipo de luz serve para uma finalidade. É seu comprimento de onda que determina suas características e aplicações. A figura abaixo mostra a luz dividida em seu espectro de cores.

• Luz infravermelho (770 a 940 nm): luz invisível que é utilizado para detectar objetos de qualquer cor. • Luz vermelha (650 nm) e Luz verde (510 nm): luz visível usada para detectar contrastes. É fundamental que a cor da Luz contraste com a do objeto, assim se o objeto for vermelho Página 15 de 20

usaremos um sensor de luz verde. Insubstituível na detecção de marcas de registro de embalagens.

DEFINIÇÃO Sensores fotoelétricos ou ópticos são aqueles que empregam meios ópticos e eletrônicos para detecção de objetos. São compostos de 2 elementos: o emissor e o receptor. Estes elementos podem estar montados no mesmo corpo ou em corpos separados. Se a saída do sensor (NA ou NF) é acionada quando a luz estiver ativando o receptor dizemos que ele “opera na luz” (light). Se é ativado pela interrupção da luz dizemos que “opera no escuro” (dark).

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

O emissor envia um feixe de luz por meio de um LED. O receptor, que é composto de um foto-transistor de silício ou fotodiodo, capta a luz enviada pelo emissor. Para que a luz ambiente, ou de outras fontes, não sensibilizem o receptor indevidamente, costuma-se modular a luz emitida pelo sensor numa certa frequência, 1 Khz por exemplo, ou seja, o emissor gera um Página 16 de 20

sinal de 1000 lampejos de luz por segundo. Da mesma forma, no receptor é colocado um filtro (analisador de frequência) que somente considera válido sinais com a mesma frequência do emissor.

TIPOS DE SENSOR FOTOELÉTRICO Os sensores fotoelétricos para aplicação Industrial podem ser classificados em três modelos: • tipo barreira de luz • tipo reflexão • tipo retro-reflexão

a) Sensor Tipo Barreira de Luz No sensor por barreira de luz o emissor e o receptor estão montados em corpos separados. Estes corpos devem ser alinhados frontalmente de tal forma que a luz gerada pelo emissor chegue ao receptor.

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O objeto detectado deve interromper o feixe luminoso ativando o sensor. Obviamente o objeto não pode ser transparente ou diminuto. A distância sensora (SN) pode ser de poucos centímetros até muitos metros (150 m).

b) Sensor Tipo Reflexão No sensor por reflexão o emissor e o receptor encontram-se no mesmo corpo. O objeto a ser detectado deve refletir por difusão o feixe de luz gerado pelo emissor e mandar de volta ao receptor ativando o sensor.

Normalmente é aplicado em distâncias sensoras de poucos centímetros pois a garantia da reflexão depende de muitas variáveis como cor, material, tamanho e formato do objeto, ângulo de incidência, etc . Veja detalhes a seguir: b.1) Influência da cor e material do objeto O alvo padrão usado pelo fabricante para determinar a distância sensora nominal (SN ) é uma folha de papel fotográfico branco. Objetos de cor e materiais diferentes reduzem a distância sensora. A tabela a seguir indica os fatores de redução

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Fc = fator devido à cor

Fm = fator devido ao material

Observação: os fatores são acumulativos. Exemplo:

papelão (0,5)

preto (0,5) gera um fator (0,25)

b.2) Zona morta É a área próximo ao sensor onde não é possível a detecção do objeto, pois nessa região não existe um ângulo de reflexão da luz que alcança o receptor. A zona morta normalmente fica entre 10 a 20% de SN

c) Sensor tipo Retro-reflexão É um misto entre os dois anteriores, ou seja, tem o emissor e o receptor no mesmo corpo como o sensor tipo reflexão, mas o feixe de luz é mantido entre emissor e receptor igual ao sensor tipo barreira. É usado sempre em combinação com um espelho refletor. Página 19 de 20

Detecta qualquer objeto, desde que não seja transparente, muito brilhante ou com superfície polida. Algumas aplicações

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