Sensores para medições de velocidade

A escolha do sensor de velocidade correto para uma aplicação é de importância crucial para uma medição precisa e confiável. Afinal de contas, o sinal do sensor é a entrada para um sistema de proteção contra sobre-velocidade. Um sensor defeituoso leva a um sinal de entrada não confiável e tem uma influência negativa sobre a precisão e a confiabilidade do sistema de proteção.

Há várias considerações que devem ser feitas ao escolher o sensor certo, que podem ser categorizadas em considerações ambientais e de máquina.

Considerações sobre a máquina:

1. Qual é o alcance de RPM esperado?
2. Qual é a meta que está sendo medida e quais são suas especificações?
3. Há alguma limitação de peso e tamanho no local de montagem?
4. Qual é o comprimento necessário do cabo?

Considerações ambientais:

1. Qual é a temperatura ambiente esperada?
2. A medição é realizada em áreas com risco de explosão (ATEX)?
3. Há presença de campos eletromagnéticos fortes?
4. A medição é realizada em um ambiente corrosivo?

Para medições de velocidade industrial, há três tipos principais de princípios de medição:

• Sensores eletromagnéticos - também conhecidos como: sensores passivos, sensores de relutância variável (VR) ou captadores magnéticos
• Sensores de proximidade - também conhecidos como: eddy current sensores ou sensores de deslocamento
• Sensores de efeito Hall - também conhecidos como: sensores ativos

Sensores eletromagnéticos

Um sensor eletromagnético usa um campo magnético para medir as alterações na distância entre a ponta do sensor e o objeto-alvo. O sensor contém uma bobina enrolada em um ímã que causa uma alteração na corrente magnética (fluxo) e na bobina à medida que os dentes de uma engrenagem passam pelo sensor. A engrenagem em movimento cria um fluxo variável que induz uma tensão proporcional na bobina, cuja frequência está relacionada à velocidade de rotação. O sinal é uma onda senoidal cuja amplitude depende do tamanho, da velocidade e da distância do alvo.

Vantagens

Uma vantagem dos sensores eletromagnéticos é a aplicabilidade em aplicações de alta temperatura. Existem tipos específicos de sensores que são adequados para funcionar com temperaturas superiores a 300°C. Além disso, os sensores eletromagnéticos são fáceis de usar e altamente confiáveis. Outra grande vantagem é que o sensor tem uma conexão de dois fios e, portanto, geralmente se encaixa nas infraestruturas existentes.

Desvantagens

Uma grande desvantagem dos sensores eletromagnéticos é que a amplitude do sinal depende de um fator de tamanho, velocidade e distância do alvo. Se a velocidade for muito baixa, o dente da engrenagem muito pequeno ou a distância até o material-alvo muito grande, o sinal será muito plano. Por outro lado, se a velocidade for alta, o dente da engrenagem for grande ou a distância for pequena, o sinal mostrará pulsos enormes (até 80 V). A aplicação e o posicionamento de sensores eletromagnéticos requerem muita atenção e conhecimento para o funcionamento adequado dos sensores. Como esses tipos de sensores não funcionam bem com baixas velocidades, eles não são adequados para a detecção de velocidade zero.

 

Sensores de proximidade

Um sensor de proximidade usa um campo eletromagnético para medir as alterações na distância de um objeto. À medida que uma engrenagem passa pelo sensor, ele mede uma variação na distância; perto (dente) e longe (entalhe). A velocidade de rotação pode ser determinada com base no tempo entre esses eventos.

Vantagens

Uma grande vantagem das sondas de proximidade é que o princípio de medição mostra tanto os pulsos quanto a posição em relação aos dentes. Isso fornece informações sobre a distância definida para os dentes do alvo.

Os sensores de proximidade também estão disponíveis com uma saída de corrente dinâmica, o que permite comprimentos de cabo muito longos (mais de 1000 m). Os sensores com saída de corrente dinâmica não são influenciados pela impedância do cabo, como é o caso dos sensores de proximidade baseados em sinais de tensão, efeito Hall e sensores eletromagnéticos.

Desvantagens

O uso de sensores de proximidade para medições de velocidade tem uma desvantagem. Em uma velocidade alta (RPM), pode ocorrer saturação, o que faz com que a linha senoidal fique cada vez mais achatada. Quando o dente da engrenagem passa pelo sensor em altas velocidades, um sensor de proximidade mal detecta uma diferença nas distâncias. Quanto maior a velocidade, menos eficaz será o sensor de proximidade para medições de velocidade.

Outra desvantagem é que um sensor de proximidade não consegue lidar bem com a excentricidade do alvo. A excentricidade do alvo (uma engrenagem oscilante) gera um seno dentro de um seno. Isso gera problemas, especialmente quando ocorre a saturação do sinal relevante. O sensor pode emitir o seno da excentricidade das engrenagens em vez do seno do dente e dos entalhes.

Sensores de efeito Hall

Um sensor de efeito Hall mede as alterações no fluxo magnético entre o ímã e o material-alvo. Os sensores têm condicionadores de sinal integrados, que geram um sinal claro de onda quadrada. Em contraste com os sensores eletromagnéticos, os sensores de efeito Hall são sensíveis ao tamanho do fluxo magnético e não à velocidade com que ele muda. Os sensores de velocidade de efeito Hall têm uma ampla faixa de medição e podem ser usados para medir tanto peças estacionárias ou de baixa velocidade quanto peças de alta velocidade.

Vantagens

Uma vantagem de um sensor de efeito Hall é que o sensor fornece diretamente uma saída digital que é fácil de transmitir e processar. Outra vantagem é que os sensores de efeito Hall geralmente apresentam processamento de sinal interno. O sinal é digitalizado e amplificado muito rapidamente, o que o torna menos vulnerável a interferências, como EMI (interferência eletromagnética).

Desvantagens

Devido à eletrônica integrada, os sensores de efeito Hall são limitados a aplicações que operam em temperaturas que variam de -40 °C a + 150 °C. Além disso, os sensores de efeito Hall exigem uma conexão de 3 fios.

Por que os sensores de efeito Hall são preferidos:

• Registro confiável da velocidade a partir da paralisação. Isso possibilita a medição a partir de frequências tão baixas quanto 0,1 Hz.
• Os sinais digitais são adequados para longas distâncias (até 300 m).
• Os sinais de onda quadrada são fáceis de processar por sistemas de velocidade.
• É possível construir dois elementos sensores em um compartimento de sensor, permitindo medições de direção.
• A construção do sensor é menor e mais leve (peso) do que a de outros sensores de velocidade.
• Um sensor de efeito Hall é menos difícil de posicionar corretamente do que um sensor eletrônico e menos sensível à excentricidade do alvo do que os sensores de proximidade.
• Esse tipo de sensor é o menos sensível a vibrações e flutuações de temperatura.