Sensores

De acordo o que diz as literaturas, podemos definir a palavra sensor como “aquilo que sente”. Na eletrônica, um sensor é conhecido como qualquer componente ou circuito eletrônico que permita a análise de uma determinada condição do ambiente, podendo ela ser algo simples como temperatura ou luminosidade; uma medida um pouco mais complexa como a rotação de um motor ou a distância de um carro até algum obstáculo próximo ou até mesmo eventos distantes do nosso cotidiano, como a detecção de partículas subatômicas e radiações cósmicas.

Sensores são dispositivos amplamente utilizados na Automação Industrial que transformam variáveis físicas como: Nível, vazão, temperatura, pressão, pH, posição, velocidade etc., em variáveis convenientes. Se estas são elétricas, a informação propriamente dita pode estar associada à tensão ou à corrente; o segundo caso é o mais usual, porque implica um receptor de impedância baixa e, maior imunidade a ruídos eletromagnéticos. Em sistemas modernos em ambientes mais ruidosos e com distancias maiores é amplamente utilizada a transmissão ótica via fibras óticas.

Os sensores podem ser classificados como um tipo de transdutor. Um transdutor é um componente que transforma um tipo de energia em outro. Um motor, por exemplo, é um tipo de transdutor, pois converte energia química ou elétrica em energia mecânica. Um alto-falante também é um transdutor, já que ele transforma energia elétrica em som. Porém, um sensor pode ser definido como um transdutor específico, que transforma algum tipo de energia (luz, calor, movimento) em energia elétrica, utilizada para a leitura de alguma condição ou característica do ambiente.

O desenvolvimento de sensores e a sua aplicação trouxe como consequência inúmeras vantagens ou comodidades para a vida moderna. Desde a possibilidade de aumentar a eficiência no funcionamento de um motor ou de uma linha de produção, realizar uma pesquisa científica com maior precisão e em menor tempo, até o fato de poder estacionar o carro sem o perigo de batê-lo ou de ter a segurança de que qualquer tentativa de furto de sua casa poderá ser frustrada, tais são as vantagens oferecidas pelo uso de sensores.

Apesar de ser imensa a variedade de sensores eletrônicos, podemos dividi-los basicamente em dois tipos: sensores analógicos e sensores digitais. Essa divisão é feita de acordo com a forma a qual o componente responde à variação da condição.

Os sensores analógicos são os dispositivos mais comuns. Tais sensores são assim designados, pois se baseiam em sinais analógicos. Sinais analógicos são aqueles que, mesmo limitados entre dois valores de tensão, podem assumir infinitos valores intermediários. Isso significa que, pelo menos teoricamente, para cada nível da condição medida, haverá um nível de tensão correspondente.

Por exemplo, quando um LDR, um dispositivo cuja resistência varia de acordo com a luminosidade, é submetido a uma luz cada vez mais intensa, pode-se verificar que sua resistência diminuirá gradativamente. Utilizando um circuito divisor de tensão, podemos fazer com que através dessa variação da resistência, haja uma variação na tensão.

Já os sensores digitais baseiam-se em níveis de tensão bem definidos. Tais níveis de tensão podem ser descritos como Alto (High) ou Baixo (Low), ou simplesmente “1” e “0”. Ou seja, esses sensores utilizam lógica binária, que é a base do funcionamento dos sistemas digitais. Ao contrário de um sensor analógico, onde os valores possíveis são teoricamente infinitos, um sensor digital poderá apenas alternar entre certos estados bem definidos, não sendo possível haver um valor intermediário entre eles.

Um par óptico, constituído por um emissor e receptor de infravermelho, é um exemplo de um sensor digital simples, onde apenas dois estados são possíveis. Se o feixe de infravermelho atinge o receptor, teremos um nível de tensão baixo. Quando algo bloqueia o caminho do feixe, temos um nível de tensão alto. Não há um nível de tensão intermediário entre ambos.

Existem, porém, sensores digitais mais complexos. Enquanto que um sensor digital simples apenas indica se está acionado ou não, os modelos mais complexos podem alternar entre várias respostas distintos respondendo de forma mais elaborada, enviando valores binários mais complexos. Eles comunicam-se com outros sistemas de forma mais complexa, podendo enviar informações como temperatura ou aceleração, por exemplo.

Sensores Analógicos.

Como já foi explicado anteriormente, os sensores analógicos são aqueles que respondem através de sinais analógicos, ou seja, sinais que, mesmo limitados em uma certa faixa, podem variar entre inúmeros valores de tensão intermediários.

Num sensor analógico “ideal”, para a variação de uma determinada condição, haverá uma variação na mesma proporção de alguma de suas propriedades, como tensão ou resistência. Os sensores “reais”, porém, estão sujeitos às influências de diversos tipos e possuem certas limitações ao seu funcionamento, não funcionando de forma tão perfeita. Fatores como a temperatura e a umidade do ambiente podem gerar certos erros de medida e os materiais utilizados em sua construção limitam a sensibilidade e a faixa de operação do componente.

Poderemos notar que grande parte dos sensores são analógicos, pois quase todos os parâmetros que serão medidos também o são. A luminosidade de um ambiente, por exemplo, pode assumir infinitos valores entre a luz intensa e a escuridão total. A velocidade de um objeto, mesmo estando limitada entre o 0 e a velocidade da luz, pode assumir qualquer valor intermediário.

A utilização desses sensores num circuito analógico é realizada sem problemas, porém, quando for necessário monitorá-lo através de algum circuito digital, como um micro controlador ou um computador, esse sinal deverá ser convertido num sinal digital equivalente. Isso porque o funcionamento desses sistemas baseia-se em sinais digitais, que podem ser gravados e processados muito mais facilmente do que os analógicos. Tal conversão será melhor detalhada ao descrevermos a conexão desses sensores ao Kit.

Podemos classificar os sensores analógicos de acordo com o modo o qual respondem às variações. Tal resposta deverá ser na forma da variação de alguma propriedade elétrica, como resistência, tensão, capacitância, dentre outros.

Os sensores resistivos são aqueles que em circuitos comportam-se como resistores, mas, devido a certas propriedades físicas ou químicas, variam o valor de sua resistência de acordo com certas características, como luminosidade ou temperatura. Esses são os modelos mais comuns, dentre os quais podemos destacar o LDR, o termistor, o sensor de peso e o potenciômetro. Já os sensores piezoelétricos, como alguns tipos de microfone e o sensor de vibração, respondem com uma variação na tensão. Esses sensores são feitos com materiais que, quando submetidos a certas pressões ou vibrações, geram uma tensão.

Existem também sensores capacitivos, onde a variação de determinada condição ocasiona uma variação na capacitância do componente. Essa variação na capacitância pode ocasionar a mudança da tensão ou da frequência do sinal de saída do sensor. Dentre eles, podemos destacar o acelerômetro e o sensor de umidade.

Além desses sensores, existem também alguns cujo funcionamento é um pouco mais complexo, pois se baseiam em outras propriedades e possuem circuitos internos específicos para gerar um sinal de saída adequado. Dentre eles, podemos citar o sensor de distância e o sensor de temperatura LM60. Tais sensores utilizam circuitos integrados para realizar a leitura, mas sua resposta é em forma de um sinal analógico.

A partir de agora, detalharemos os sensores analógicos, mostrando o seu funcionamento, aplicações e explicando como eles podem ser utilizados.

mponente onde uma variação na luminosidade que incide sobre ele resulta numa variação na sua resistência.

A aplicação mais conhecida do LDR é, sem dúvida, na iluminação pública, onde ele é utilizado para que, de acordo com a claridade do ambiente, sejam acionadas ou desligadas as lâmpadas automaticamente, sem que haja a necessidade de alguém para controlá-las. Os LDR’s são também utilizados em câmeras para medir o nível de luz do ambiente, permitindo assim o controle do tempo de exposição para a captura de uma boa imagem. Utilizações menos usuais desses componentes foram em mísseis que seguem o calor emanado pelos aviões e em detectores de radiação infravermelha para pesquisas astronômicas.

O LDR não tem pinagem, ou seja, podemos ligar seus terminais de qualquer forma. Ele é representado em esquemas eletrônicos com o seguinte símbolo.