Que sensor de posição escolher?

Os sensores de posição são dispositivos utilizados para determinar a posição linear ou angular de um objeto e convertê-la num sinal que é transmitido ao controlador através de uma interface fieldbus.

Logo a seguir à temperatura, a posição é o objeto de medição mais frequente em processos industriais. Os sensores de posição têm uma grande variedade de aplicações não só industriais como também comerciais.

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Como escolher um sensor de posição?

Sensor de posição da marca MTS Sensor Technologie GmbH & Co. KG
Sensor de posição da marca MTS Sensor Technologie GmbH & Co. KG

Para escolher um sensor de posição, também conhecido como sensor de deslocamento, primeiro terá de avaliar se precisa de um sensor linear ou rotativo, para que faixa de medição, com que resolução e repetibilidade.

Deverá também escolher o formato do dispositivo de acordo com o tipo de montagem a realizar. É igualmente importante decidir como vai processar o sinal de saída e ainda se a sua aplicação exige um tipo de sensor com características específicas, por exemplo com grau de proteção contra humidades e poeiras ou com certificação ATEX para uso em atmosferas potencialmente explosivas, etc.

Critérios de escolha

  • linear ou rotativo
  • formato/montagem
  • faixa de medição
  • sinal de saída
  • grau de proteção IP, certificação ATEX

Que tipos de sensores de posição existem?

Há cinco tecnologias usadas na construção dos sensores de posição, cada qual com as suas vantagens e desvantagens:

Tipo de sensor Sem contacto Vantagens Desvantagens Observações
Potenciométrico
  • Alta precisão
  • Baixo custo
  • Desgaste elevado
  • Sensível a poeiras
  • Sensível a temperaturas extremas
  •  Sensor linear ou angular
LVDT ou RVDT
  • Alta precisão
  • Robustez
  • Pouco sensível a condições ambientais severas
  • Preço relativamente elevado
  • Pesado e volumoso
  • RVDT: rotação limitada a +/- 40°
Óptico
  • Alta precisão
  • Resolução elevada
  • Frágil
  • Sensível a poeiras
  • Sensível a temperaturas extremas
  • Mais caro que um sensor magnético
Magnético
de efeito Hall
X
  • Robusto
  • Pouco sensível a líquidos
  • Sensível a impactos
  • Afetado por materiais magnéticos e fios elétricos
  • Apresenta histerese
Magnetostritivo X
  • Robusto
  • Preciso em deslocamentos maiores
  • Sensível a variações de temperatura
  • Falta de precisão em deslocamentos mais curtos
  • Preço relativamente elevado

Quando optar por um sensor de posição potenciométrico?

Sensor rotativo potenciométrico da marca Siko
Sensor rotativo potenciométrico da marca Siko

O sensor de posição potenciométrico é um tipo de resistor que mede a resistência da pista condutora (elemento resisitivo) entre o ponto de referência e o cursor móvel acoplado ao objeto em movimento (ou ao seu suporte). A resistência medida pelo sensor permite calcular a posição do objeto.

O preço destes sensores é geralmente baixo, visto a tecnologia utilizada ser simples. Além disso, efetuam medições precisas. No entanto, estão sujeitos a desgaste e são sensíveis a vibrações, à presença de corpos estranhos e a temperaturas extremas.

Pontos fortes

  • tecnologia simples
  • medição precisa
  • baixo custo

Quando optar por um sensor de posição LVDT ou RVDT?

Sensor de deslocamento LVDT da marca TRANS-TEK
Sensor de deslocamento LVDT da marca TRANS-TEK

Os sensores de posição LVDT (Linear Variable Differential Transformer) e RVDT (Rotary Variable Differential Transformer) são compostos por dois transformadores que partilham um mesmo núcleo magnético móvel acoplado ao objeto (ou ao seu suporte) cuja posição se pretende conhecer. Quando o núcleo magnético se desloca, dá-se uma variação da tensão elétrica entre os dois transformadores, permitindo calcular a posição do objeto.

São sensores de elevada precisão. Além disso, são fiáveis, robustos e adequados para uso em condições ambientais extremas, nomeadamente porque se pode afastar o sistema de tratamento do sinal do sensor em si. Contudo, na maioria dos casos, são caros, volumosos e pesados.

Pontos fortes

  • alta precisão
  • fiável
  • robusto
  • resistente a condições ambientais extremas

Quando optar por um sensor de posição óptico (codificador)?

Sensor de deslocamento óptico da marca Micro-Epsilon
Sensor de deslocamento óptico da marca Micro-Epsilon

Os sensores de posição ópticos permitem determinar a posição e o deslocamento angular ou linear de um objeto.

  • Os sensores incrementais efetuam a medição em relação a uma posição de referência. Quando ocorre uma falha de energia, o sistema de tratamento de dados deve aguardar que o codificador envie a informação sobre a posição de referência para poder processar corretamente os dados relativos ao deslocamento angular.
  • Os sensores absolutos transmitem a posição física do objeto assim que são ligados, não sendo necessário introduzir uma posição de referência. O codificador absoluto multivolta, ou de giro múltiplo, possui um contador que regista também o número de voltas efetuadas.

Os sensores de posição rotativos ópticos usam díodos emissores de luz (LED) para fazer a leitura do deslocamento através de um disco opaco com aberturas transparentes. Os sensores de posição linear podem ser sensores rotativos com cabo (neste caso, o cabo enrolado num tambor é ligado ao objeto cuja posição se quer conhecer) ou podem ser constituídos por uma régua graduada e uma cabeça de leitura que indicam a posição do objeto.

A maioria destes sensores apresenta uma elevada resolução. A resolução corresponde ao número de sinais enviados por cada volta. Além disso, são dispositivos de alta precisão. A precisão corresponde à tolerância relativamente a cada sinal enviado. Apresentam um tempo de resposta rápido.

Recomenda-se que opte por um sensor de posição óptico quando quiser ter a certeza de que as medições não serão afetadas por campos magnéticos. Além disso, os sensores ópticos não apresentam histerese. No entanto, são frágeis, sensíveis a impactos, a vibrações, à presença de corpos estranhos (poeiras, óleo, etc.) e a temperaturas extremas.

Os sensores ópticos são utilizados sobretudo quando é necessário efetuar medições com elevada precisão, por exemplo no fabrico de componentes eletrónicos ou em análises médicas.

Pontos fortes

  • resolução elevada
  • alta precisão
  • medição sem contacto

Quando optar por um sensor de posição magnético?

Sensor de posição magnético da marca Curtiss-Wright
Sensor de posição magnético da marca Curtiss-Wright

Os sensores de posição magnéticos, também conhecidos por sensores de efeito de Hall, determinam uma posição medindo o campo magnético de um íman ou de uma fita magnética. Podem ser utilizados para medir, por exemplo, a posição de um pistão magnético no interior de um cilindro.

Trata-se de sensores robustos e pouco sensíveis à presença de líquidos e de poeiras. Todavia, são sensíveis aos impactos e podem sofrer interferências de outros campos magnéticos, provocadas nomeadamente pela proximidade de fios e cabos elétricos. A precisão destes sensores pode ser afetada pela histerese, dependendo da direção do deslocamento.

Pontos fortes

  • robusto
  • pouco sensível à maioria dos líquidos

Quando optar por um sensor de posição magnetostritivo?

Sensor magnetostritivo da marca Eltra
Sensor magnetostritivo da marca Eltra

O sensor magnetostritivo é constituído por um guia de ondas através do qual é enviado um pulso elétrico que gera um campo magnético. Quando este campo magnético encontra o de um íman externo, uma onda mecânica (elástica) propaga-se por reflexão até à cabeça de leitura do sensor. A posição do campo magnético externo é identificada com base no tempo de resposta da onda mecânica.

Estes sensores são robustos e a sua precisão aumenta proporcionalmente ao comprimento da guia de onda. São, portanto, mais precisos quando se trata de medir posições em distâncias de alguns metros. Os sensores magnetostritivos são pouco sensíveis a temperaturas até 100°C, às vibrações e aos impactos. No entanto, são dispositivos relativamente caros e cuja precisão pode ser afetada por variações de temperatura.

Pontos fortes

  • robusto
  • a precisão aumenta proporcionalmente ao comprimento do sensor