Inventário | Princípio de funcionamento de sensores de inclina??o comumente usados
Sensores de inclina??o também s?o chamados de inclin?metros, níveis e medidores de inclina??o. Eles s?o frequentemente usados ??para medir o ?ngulo horizontal de um sistema. Antigamente, esse tipo de sensor era um simples nível de bolha. Com o desenvolvimento da automa??o e da tecnologia de medi??o eletr?nica, os tipos de sensores de inclina??o têm aumentado gradualmente. De acordo com o princípio de funcionamento, eles podem ser divididos em três tipos de sensores de inclina??o: 'pêndulo sólido' e 'nível de inclina??o de 90°'.
1. Sensor de ?ngulo de inclina??o de pêndulo sólido O pêndulo sólido é amplamente utilizado no projeto de um sistema servo de equilíbrio de for?as. Como mostrado na figura, ele é composto por um pêndulo, uma cicloide e um suporte. Sob a a??o da gravidade G e da for?a de tra??o do pêndulo T, a for?a externa resultante F é dada por F = ∫G senθ ∫mg senθ. Nessa equa??o, θ é o ?ngulo entre a cicloide e a vertical. Ao medir em uma pequena faixa angular, F e θ podem ser considerados como tendo uma rela??o linear, e o sensor de inclina??o do tipo deforma??o é baseado nesse princípio. 2. Sensor de inclina??o do pêndulo líquido O princípio de funcionamento do pêndulo líquido consiste em um líquido condutor instalado em um invólucro de vidro, com três eletrodos de platina conectados externamente. Os três eletrodos s?o paralelos e equidistantes, conforme ilustrado na figura. Quando o invólucro está na horizontal, os eletrodos s?o inseridos no líquido condutor até a mesma profundidade. Ao aplicar uma tens?o alternada de mesma amplitude entre dois eletrodos, uma corrente i?nica é formada entre eles. A resistência do líquido entre os dois eletrodos é equivalente à resistência entre dois resistores, R1 e R3. Se o líquido oscilar horizontalmente, a resistência entre eles será igual à resistência entre R1 e R3. Quando a cápsula de vidro é inclinada, o líquido condutor entre os eletrodos n?o é uniforme, e a profundidade de imers?o dos três eletrodos no líquido também se altera, mas a profundidade de imers?o do eletrodo central permanece praticamente inalterada. Se a profundidade de imers?o do eletrodo da esquerda for pequena, o líquido condutor diminuirá, o número de íons condutores diminuirá e a resistência RI aumentará. No polo oposto, o líquido condutor aumentará, o número de íons condutores aumentará e a resistência RIII diminuirá, ou seja, RI > RIII. Por outro lado, se a inclina??o for oposta, RI
Na aplica??o do pêndulo líquido, também ocorre uma mudan?a no sensor de press?o de acordo com a mudan?a na posi??o do líquido, o que causa a altera??o do sinal elétrico de saída e a mudan?a do ?ngulo de inclina??o. Na prática, além desse tipo, existe também um 'pêndulo líquido' que deixa uma bolha na solu??o eletrolítica. Quando o dispositivo é inclinado, a bolha se move, alterando a capacit?ncia e induzindo um 'pêndulo líquido'. 3. Sensor inercial do tipo pêndulo a gás O elemento inercial do tipo "pêndulo a gás" é composto por uma cavidade fechada, gás e um fio aquecido. Quando o plano da cavidade se inclina em rela??o ao plano horizontal ou quando a cavidade é submetida a acelera??o, a resistência do fio aquecido se altera, e essa altera??o é fun??o do ?ngulo θ ou da acelera??o, apresentando, portanto, um efeito pendular. A varia??o na resistência do fio aquecido é causada pela troca de energia entre o gás e o fio aquecido. O mecanismo sensível do dispositivo inercial do tipo "pêndulo a gás" baseia-se na transferência de energia em uma cavidade fechada. Dentro dessa cavidade, há gás e um fio aquecido, sendo o fio aquecido a única fonte de calor. Quando o dispositivo é energizado, ele aquece o gás. A convec??o é a principal forma de troca de energia térmica. O principal elemento sensível do dispositivo de detec??o por pêndulo de gás é o fio quente. A corrente elétrica flui através do fio quente, que gera calor para se manter a uma determinada temperatura. A temperatura do fio quente é superior à do gás ao seu redor, aumentando sua energia cinética e, consequentemente, impulsionando o fluxo de gás para cima. No estado de equilíbrio, conforme ilustrado na Figura 4(a), os fios quentes est?o no mesmo plano horizontal e o ar ascendente flui através deles à mesma velocidade, ou seja, V1u003dV1'. Nesse momento, o fluxo de ar exerce o mesmo efeito sobre os fios quentes, conforme mostrado na equa??o (7). Observa-se que a corrente que flui através do fio quente também é constante, e a ponte está em equilíbrio. Quando a cavidade fechada é inclinada, a altura do fio quente em rela??o ao plano horizontal se altera, conforme ilustrado na Figura 4(b). Como o fluxo de gás na cavidade fechada é contínuo, o fluxo de ar quente passa sequencialmente pela parte inferior durante o movimento ascendente, e pela parte superior. Se negligenciarmos a perda de energia para vencer a gravidade durante a ascens?o do gás, o fluxo de ar que passa pelo fio quente superior já terá trocado calor com o do fio quente inferior, de modo que a velocidade do fluxo de ar ao passar pelos dois fios quentes será diferente. Nesse momento, V2'>V2, portanto, as correntes que fluem pelos dois fios quentes também mudam correspondentemente, fazendo com que a ponte perca o equilíbrio e emita um sinal elétrico. O sinal elétrico emitido varia conforme o ?ngulo de inclina??o. Compara??o do desempenho de pêndulos sólidos, líquidos e gasosos No que diz respeito aos sensores de inclina??o baseados nos princípios de pêndulos sólidos, líquidos e gasosos, cada um apresenta suas próprias vantagens. No campo gravitacional, a massa sensível de um pêndulo sólido é a própria massa do pêndulo, a massa sensível de um pêndulo líquido é o eletrólito e a massa sensível de um pêndulo gasoso é o próprio gás. O gás é o único corpo em movimento na cavidade selada. Sua massa é pequena e a for?a inercial gerada em caso de grande impacto ou sobrecarga elevada também é pequena, o que lhe confere uma forte capacidade de resistir a vibra??es ou impactos. No entanto, o controle do movimento do gás é mais complexo, e muitos fatores afetam seu movimento, e sua precis?o n?o atende aos requisitos dos sistemas de armas militares. O sensor de inclina??o de pêndulo sólido possui um comprimento e centro de pêndulo bem definidos, e seu mecanismo é basicamente o mesmo de um sensor de acelera??o. Em aplica??es práticas, existem diversos tipos de produtos, como pêndulos eletromagnéticos, que apresentam alta faixa de medi??o, precis?o e capacidade de resistência à sobrecarga, sendo também amplamente utilizados em sistemas de armas. O sensor de inclina??o de líquido situa-se algures entre os dois, mas o sistema é estável e é amplamente utilizado em sistemas de alta precis?o, sendo a maioria dos produtos nacionais e estrangeiros deste tipo. Atualmente, o sensor de inclina??o tornou-se uma ferramenta de medi??o indispensável e importante nas áreas de constru??o de pontes, assentamento de ferrovias, engenharia civil, perfura??o de petróleo, avia??o e navega??o, automa??o industrial, plataformas inteligentes e processamento mec?nico.
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