Sensores de posição específica

Como vimos, estes indicam a posição atual da peça, num sistema posicionado, esta pode ser linear ou angular.

Potenciômetro:
Quando se aplica uma tensão nos extremos de um potenciômetro linear, a tensão entre o extremo inferior e o centro (eixo) é proporcional à posição linear (potenciômetro deslizante) ou angular (rotativo).

Nos sistemas de controle usam-se potenciômetros especiais, de alta linearidade e dimensões adequadas, de fio metálico em geral, com menor desgaste.

Sensores Capacitivos:
A capacitância depende da área das placas A, da constante dielétrica do meio, K, e da distância entre as placas, d:

Nos sensores Capacitivos podemos variar qualquer destes fatores, sendo mais prático alterar a distância entre uma placa fixa e uma móvel, ou a área, fazendo uma placa móvel cilíndrica ou em semicírculo (ou várias paralelas, como no capacitor variável de sintonia) se mover em direção à outra fixa.

A variação na capacitância pode ser convertida num desvio na freqüência de um oscilador, ou num desvio do equilíbrio (tensão) numa Ponte feita com dois capacitores e dois resistores, alimentada com C.A.. O desvio de tensão será inversamente proporcional ao desvio na capacitância, neste caso, e usando um sensor por distância entre as placas, será proporcional ao deslocamento entre as placas.

Este método é usado em sensores de posição, força e pressão, havendo uma mola ou diafragma circular suspenso por borda elástica (como o cone de um alto-falante), suportando a placa móvel.

Há também o sensor por diferença de capacitância, que é um capacitor duplo, com duas placas fixas e uma móvel no centro. Também é usada a Ponte para converter a diferença de capacitância em tensão.

Sensores indutivos:
Num indutor, a indutância depende do número de espiras, da largura do enrolamento, ou área da espira, do comprimento do enrolamento e da permeabilidade do núcleo.

Nos sensores práticos, se altera em geral a permeabilidade do núcleo, deslizando um núcleo ferromagnético para dentro ou fora do enrolamento, ou aproximando uma parte do enrolamento móvel de outra fixa.

Também se usam sensores que detectam variações na permeabilidade do meio, como nos detectores de metais. Esta variação é facilmente convertida em variação na freqüência de um oscilador LC, e o desvio na freqüência acusado por um demodulador FM.

Para uso em medida de posição é comum se usar a indutância mútua, ou coeficiente de acoplamento entre 2 enrolamentos num transformador. Uma das bobinas se move em direção à outra, aumentando o acoplamento e o sinal C.A. captado nesta outra.

Todos os sensores indutivos até aqui são não lineares, o que limita o uso. Já o LVDT (Linear Variable Differential Transformer), transformador diferencial linear variável, tem esta característica, dentro de uma faixa em torno de metade do comprimento do núcleo móvel, ferromagnético. Usa 3 enrolamentos fixos, alinhados, sendo aplicada a alimentação no central, os 2 outros estão em série, mas com os terminais invertidos, de modo que as tensões se subtraem. Quando o núcleo fica na posição central, a tensão induzida nos 2 enrolamentos são iguais, se cancelando. Ao se deslocar o núcleo, o acoplamento entre o enrolamento central e cada um dos outros varia, e as tensões não se cancelam, resultando uma tensão de saída cuja fase é diferente, conforme o núcleo penetre mais numa ou outra bobina.

O LVDT é usado em posicionadores de precisão, desde frações de mm até dezenas de cm. É usado em máquinas ferramentas, CNC e robôs industriais.

Sensores ópticos:
São sensores que atuam por transmissão de luz. Além dos já vistos, há os encoders (codificadores), que determinam a posição através de um disco ou trilho marcado.

Se dividem em relativos, nos quais a posição é demarcada por contagem de pulsos transmitidos, acumulados ao longo do tempo, e absolutos, onde há um código digital gravado no disco ou trilho, lido por um conjunto de sensores ópticos (fonte de luz e sensor). Os códigos adotados são os de Gray, nos quais de um número para o seguinte só muda um bit, o que facilita a identificação e correção de erros.

A demarcação do disco ou trilho é feita através de furo ou ranhuras, ou por pintura num disco plástico transparente, que podem ser feitos através de técnicas fotolitográficas, permitindo grande precisão e dimensões micrométricas.

A fonte de luz é geralmente o LED, e o sensor um fotodiodo ou fototransistor.

Estes sensores são muito precisos e práticos em sistemas digitais (encoder absoluto), e usam-se em robôs, máquinas-ferramenta, CNC e outros.