Seleção e distinção entre sensores e transmissores

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Esta postagem foi editada pela última vez por ztj1118 em 10/03/2016 às 16:26. Sensores e transmissores desempenham um papel fundamental nos campos de instrumentação, medição e automação industrial. Diferentemente dos sensores, além de converter grandezas não elétricas em grandezas elétricas mensuráveis, os transmissores geralmente também possuem uma certa função de amplificação. Este texto introduz brevemente as características dos diversos tipos de transmissores, para auxiliar os usuários na escolha. 　　I. Transmissores de temperatura integrados　　Os transmissores de temperatura integrados geralmente são compostos por uma sonda de medição de temperatura (termopar ou sensor de resistência térmica) e uma unidade eletrônica sólida de dois fios. O sensor de temperatura é instalado diretamente na caixa de conexões na forma de um módulo sólido, formando assim um transmissor integrado. Integração　Os transmissores de temperatura geralmente são divididos em dois tipos: tipo termorresistência e tipo termopar. 　　O transmissor de temperatura a base de resistência térmica é composto por uma unidade de referência, uma unidade de conversão R/V, um circuito linear, proteção contra conexão inversa, proteção contra sobrecorrente, e uma unidade de conversão V/I. Após a conversão e amplificação do sinal da resistência térmica de medição, um circuito linear compensa a relação não linear entre a temperatura e a resistência. Em seguida, através de um circuito de conversão V/I, é emitido um sinal de corrente constante de 4 a 20 mA, que mantém uma relação linear com a temperatura medida. 　　Os transmissores de temperatura termoelétricos geralmente são compostos por unidades circuíticas como fonte de referência, compensação da extremidade fria, unidade de amplificação, processamento de linearização, conversão V/I, tratamento de desconexão térmica, proteção contra polaridade invertida e proteção contra sobrecorrente. Trata-se de um processo em que o potencial eletrotérmico gerado pelo termopar é amplificado após compensação na extremidade fria. Em seguida, um circuito linear é utilizado para eliminar os erros não lineares entre o potencial eletrotérmico e a temperatura. Por fim, esse sinal é amplificado e convertido em um sinal de corrente de 4–20 mA. 　　Para evitar acidentes causados pela falha no controle de temperatura devido ao rompimento do fio do termopar durante a medição, o transmissor também está equipado com um circuito de proteção contra interrupção de energia. 　　Quando o fio do termopar se rompe ou a conexão está deficiente, o transmissor emite um valor máximo (28 mA) para desligar a alimentação do instrumento. 　　O transmissor de temperatura integrado possui as seguintes vantagens: estrutura simples, economia de fios de conexão, sinal de saída forte, alta capacidade de imunidade a interferências, boa linearidade, instrumento de exibição simples, módulo sólido resistente a vibrações e umidade, proteção contra inversão de polaridade e proteção contra sobrecorrente, além de operação confiável. 　　A saída do transmissor de temperatura integrado é um sinal uniforme de 4～20mA ； Pode ser utilizado em conjunto com sistemas de microcomputador ou outros instrumentos convencionais. Também é possível, a pedido do usuário, fabricar instrumentos de medição à prova de explosão ou à prova de fogo. 　　II. Transmissores de pressão　　Os transmissores de pressão, também conhecidos como transmissores de diferença de pressão, são compostos principalmente por um sensor de medição de pressão, circuitos modulares, um visor, um invólucro e conexões para o processo, entre outros componentes. Ele consegue transformar os sinais de pressão de gases, líquidos e outros materiais recebidos em sinais elétricos padrão de corrente e tensão, a fim de fornecer esses sinais para instrumentos secundários como indicadores de alarme, registradores e reguladores, permitindo assim medições, indicações e ajustes no processo. 　　O princípio de funcionamento do transmissor de pressão está mostrado na Figura 3. O princípio de medição é o seguinte: a pressão do processo e a pressão de referência atuam, respectivamente, nas duas extremidades do elemento sensível à pressão feito de silício. A diferença de pressão faz com que o chip de silício se deforme (o deslocamento é muito pequeno, na ordem de micrômetros). Assim, a ponte de Wheatstone totalmente dinâmica, fabricada no chip de silício por meio de tecnologia semicondutora, gera um sinal de tensão na ordem de milivolts, proporcional à pressão, quando acionada por uma fonte de corrente externa. 　　Devido à excelente resistência do material de silício, a linearidade do sinal de saída e os indicadores de deterioração são muito altos. Durante o funcionamento, o transmissor de pressão converte a grandeza física medida em um sinal de tensão na faixa de mV, que é então enviado para um amplificador diferencial com alto ganho e capaz de compensar mutuamente as variações de temperatura. O sinal amplificado é convertido, por meio de uma conversão de tensão para corrente, em um sinal de corrente correspondente. Em seguida, após correção não linear, gera-se finalmente um sinal padrão de corrente e tensão que mantém uma relação linear com a pressão de entrada. 　　Os transmissores de pressão podem ser divididos, de acordo com sua faixa de medição, em transmissores de pressão convencionais (0,001 MPa a 20 MPa) e transmissores de diferença de pressão mínima (0 a 30 kPa). 　　III. Transmissores de nível de líquido　　1. Transmissor de nível de líquido do tipo flutuador　　O transmissor de nível de líquido do tipo flutuador é composto por um flutuador magnético, um tubo de medição, uma unidade de sinal, uma unidade eletrônica, uma caixa de conexões e acessórios de montagem. 　　Geralmente, a densidade das esferas magnéticas é menor que 0,5; por isso, elas conseguem flutuar na superfície do líquido e se mover para cima e para baixo ao longo do tubo de medição. O tubo contém elementos de medição que, sob a ação de um campo magnético externo, convertem o sinal da altura do nível do líquido em um sinal de resistência proporcional às variações desse nível. Em seguida, a unidade eletrônica converte esse sinal em uma saída de 4–20 mA ou em outro sinal padrão. O transmissor possui um circuito modular, com vantagens como resistência a ácidos, à umidade, a choques e à corrosão. O circuito interno inclui um circuito de realimentação de corrente constante e um circuito de proteção interna, o que garante que a corrente de saída não exceda 28 mA. Dessa forma, é possível proteger de maneira confiável a fonte de alimentação e evitar danos aos instrumentos secundários. 　　2. Transmissor de nível tipo flutuador　　O transmissor de nível tipo flutuador substitui a esfera flutuante magnética por um flutuador. Ele é projetado com base no princípio da flutuação de Arquimedes. Transmissores de nível flutuantes utilizam a tecnologia de sensoriamento por deformação de uma fina membrana metálica para medir o nível, a interface ou a densidade do líquido. Ele pode ser utilizado para realizar operações de configuração padrão por meio dos botões localizados no aparelho, enquanto está em funcionamento. 　　3. Transmissor de pressão hidrostática ou de nível de líquido　　Esse transmissor funciona com base no princípio de medição da pressão hidrostática do líquido. Geralmente, utiliza-se um sensor de pressão de silício para converter a pressão medida em um sinal elétrico. Em seguida, esse sinal é amplificado pelo circuito de amplificação e compensado pelo circuito de compensação. Por fim, o sinal é emitido na forma de uma corrente elétrica de 4–20 mA ou 0–10 mA. 　　IV. Transmissores de nível capacitivos

Os transmissores de nível capacitivos são adequados para medição e controle do processo de produção em empresas industriais. São utilizados principalmente para a medição e indicação contínuas à distância do nível de líquidos ou do nível de materiais sólidos pulverulentos, tanto em meios condutores quanto não condutores. 　　O transmissor de nível capacitivo é composto por um sensor capacitivo e um circuito eletrônico. Ele utiliza como base a saída de corrente constante de 4 a 20 mA em dois fios; após conversão, pode emitir sinais também em três ou quatro fios. Os sinais de saída podem ser padronizados, como 1–5 V, 0–5 V ou 0–10 mA. O sensor de capacitância é composto por eletrodos isolantes e um recipiente metálico cilíndrico contendo o meio de medição. Quando o nível do material aumenta, como a constante dielétrica do material não condutor é significativamente menor que a do ar, a capacitância varia de acordo com a altura do material. O circuito modular do transmissor é composto por unidades como fonte de referência, modulação por largura de pulso, conversão, amplificação de corrente constante, realimentação e limitação de corrente. As vantagens da medição baseada no princípio de modulação da largura de pulso são: frequência mais baixa, baixa interferência de RF proveniente do ambiente, boa estabilidade, linearidade adequada e ausência de desvio térmico significativo. 　　V. Transmissores ultrassônicos Os transmissores ultrassônicos são divididos em dois tipos: transmissores ultrassônicos comuns (sem indicador) e transmissores ultrassônicos integrados; os transmissores ultrassônicos integrados são mais utilizados. 　　O conversor ultrassônico integrado é composto por um painel de controle (como um display LCD) e pela sonda. Esse tipo de transmissor, que emite sinais na faixa de 4 a 20 mA, reúne em um único dispositivo os componentes sensíveis de pequeno tamanho (a sonda) e os circuitos eletrônicos, o que permite que o dispositivo seja menor, mais leve e, consequentemente, mais barato. Os transdutores ultrassônicos podem ser usados para medir o nível de líquido. Medição de nível e medição de vazão em canais abertos, valas, etc.; também pode ser usado para medir distâncias. 　　VI. Transmissor de acidez com eletrodo de antimônio O transmissor de acidez com eletrodo de antimônio é um instrumento de análise industrial online que integra a detecção de pH, limpeza automática e conversão de sinais elétricos. Trata-se de um sistema de medição de pH composto por um eletrodo de antimônio e um eletrodo de referência. Na solução ácida testada, como uma camada de óxido de antimônio(III) se forma na superfície do eletrodo de antimônio, gera-se uma diferença de potencial entre a superfície do antimônio metálico e o óxido de antimônio(III). A magnitude dessa diferença de potencial depende da concentração do trióxido de antimônio, que, por sua vez, corresponde à concentração adequada de íons hidrogênio na solução ácida a ser analisada. Se considerarmos que os valores do antimônio, do trióxido de diantimônio e da solução aquosa são todos iguais a 1, então o potencial elétrico pode ser calculado usando a equação de Nernst. 　　O circuito do módulo sólido no transmissor de acidez com eletrodo de antimônio é composto por duas partes principais. Para garantir a segurança do funcionamento no local, a parte de alimentação elétrica utiliza 24 V CA para alimentar os instrumentos secundários. Além de fornecer energia para acionar o motor de limpeza, esta fonte de alimentação também deve ser convertida em uma tensão contínua adequada por meio de uma unidade de conversão de energia elétrica, a fim de ser utilizada nos circuitos de transmissão. A segunda parte é o circuito do transdutor de medição, que amplifica o sinal de referência proveniente do sensor e o sinal de acidez pH, enviando-os posteriormente ao circuito de ajuste de inclinação e posicionamento, de modo a reduzir e tornar ajustável a impedância interna do sinal. O sinal de pH amplificado é sobreposto ao sinal de compensação de temperatura; em seguida, ambos são enviados para o circuito de conversão. Por fim, é emitido um sinal de corrente constante de 4 a 20 mA, correspondente ao valor do pH, para o instrumento secundário, a fim de realizar a exibição e o controle do valor do pH. 　　VII. Transmissores de concentração de ácidos, bases e sais　　Os transmissores de concentração de ácidos, bases e sais determinam a concentração medindo o valor da condutividade elétrica da solução. Ele pode detectar continuamente, online, as concentrações de ácidos, bases e sais em soluções aquosas durante processos industriais. Esse transmissor é utilizado principalmente em processos industriais como tratamento de água de alimentação de caldeiras, preparação de soluções químicas e proteção ambiental. 　　O princípio de funcionamento dos transmissores de concentração de ácidos, bases e sais é o seguinte: dentro de uma determinada faixa, a concentração da solução ácido-base é proporcional ao seu valor de condutividade elétrica. Portanto, basta medir a variação do valor da condutividade elétrica da solução para se saber se a concentração de ácido ou base é alta ou baixa. Quando a solução a ser testada flui para dentro de uma célula de condutividade especial, se ignorarmos a polarização dos eletrodos e a capacitância de distribuição, ela pode ser considerada equivalente a uma resistência pura. Quando uma corrente alternada de tensão constante flui através dele, a corrente de saída mantém uma relação linear com a condutividade elétrica. A condutividade elétrica, por sua vez, é proporcional às concentrações de ácidos e bases na solução. 　　Portanto, basta medir a corrente da solução para calcular a concentração de ácidos, bases e sais. 　　O transmissor de concentração de ácidos, bases e sais é composto principalmente por uma célula de condutividade, um módulo eletrônico, um visor e um invólucro. O circuito do módulo eletrônico é composto por unidades como fonte de excitação, célula de condutividade, amplificador de condutividade, retificador sensível à fase, desmodulador, compensação de temperatura, proteção contra sobrecarga e conversão de corrente. 　　VIII. Transmissor de condutividade elétrica – É um instrumento de processo (transmissor integrado) que mede indiretamente a concentração de íons através da medição do valor de condutividade elétrica da solução; permite a detecção contínua e online da condutividade elétrica de soluções aquosas nos processos industriais. 　　Como as soluções eletrolíticas são bons condutores de eletricidade, assim como os condutores metálicos, quando uma corrente elétrica passa por elas, ocorre uma resistência elétrica. Essa resistência está de acordo com a lei de Ohm. Mas as propriedades de resistência térmica dos líquidos são opostas às dos condutores metálicos, apresentando uma característica negativa em relação à temperatura. Para diferenciá-los dos condutores metálicos, a capacidade de condução elétrica das soluções eletrolíticas é expressa pela condutância (inverso da resistência) ou pela condutividade elétrica (inverso da resistividade). Quando dois eletrodos isolados um do outro formam uma célula de condutividade, se uma solução a ser testada for colocada entre eles e uma corrente alternada de tensão constante for aplicada, forma-se um circuito elétrico. Se a magnitude da tensão e o tamanho dos eletrodos forem mantidos constantes, então existe uma relação funcional entre a corrente do circuito e a condutividade elétrica. Dessa forma, ao medir a corrente que flui pela solução a ser testada, é possível determinar a condutividade elétrica dessa solução. 　　A estrutura e o circuito do transmissor de condutividade são os mesmos dos transmissores de concentração de ácidos, bases e sais. 　　9. Transmissores inteligentes　Os transmissores inteligentes são compostos por um sensor e um microprocessador (microcomputador). Ele aproveita ao máximo a capacidade de processamento e armazenamento do microprocessador, podendo processar os dados dos sensores. Isso inclui o tratamento dos sinais de medição (como filtragem, amplificação, conversão A/D, etc.), exibição dos dados, correção automática e compensação automática. 　　O microprocessador é o núcleo do transmissor inteligente. Ele não só pode realizar cálculos, armazenamento e processamento de dados de medição, mas também pode ajustar os sensores por meio de um ciclo de feedback, de modo a otimizar os dados coletados. Como o microprocessador possui diversas funcionalidades de software e hardware, ele consegue realizar tarefas que são difíceis para os transmissores tradicionais. Portanto, os transmissores inteligentes reduzem a dificuldade de fabricação dos sensores e melhoram significativamente o desempenho dos mesmos. Além disso, os transmissores inteligentes também possuem as seguintes características: 1. Possuem capacidade de compensação automática; o software pode realizar a compensação automática da não linearidade do sensor, da deriva térmica, da deriva temporal, entre outros. 　　2. Permite autodiagnóstico; após a ligação, pode realizar um autoteste no sensor para verificar se todas as suas partes estão funcionando normalmente e fazer uma avaliação. 　　3. O processamento de dados é fácil e preciso; é possível processar os dados automaticamente, por meio de procedimentos internos, como realizar análises estatísticas ou remover valores anormais. 　　4. Possui função de comunicação bidirecional. O microprocessador não só pode receber e processar dados dos sensores, mas também pode enviar informações de volta aos sensores, permitindo assim o ajuste e o controle do processo de medição. 　　5. Permite o armazenamento e a memorização de informações; pode armazenar dados característicos dos sensores, informações de configuração e características de compensação, entre outros. 　　6. Possui função de saída de interface digital, permitindo que o sinal digital de saída seja facilmente conectado a um computador ou a um barramento de campo, entre outros.