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Antes de ler este tópico, é importante analisar o conteúdo do post anterior Transdutor com saída analógica padronizada DC Proporcional.

Como já foi exposto no post anterior, nas aplicações modernas, é comum encontrarmos equipamentos como CLPs, Controladores, Indicadores, etc que possuem entradas e saídas analógicas do tipo 0-5V, 0-10V, 0-20mA, 4-20mA, ±5V, ±10V, ±20mA e outras variantes. Estas saídas são geralmente sinais DC (sinais contínuos) proporcionais as amplitudes das grandezas medidas.

Outro tipo de saída analógica padronizada existente, é a do tipo conhecida como Medida Instantânea (MI), que ao contrário da DC Proporcional, possui a capacidade de reproduzir o formato de onda do sinal medido. Na Figura1, pode-se observar a representação de quatro saídas do tipo 0-10V Medida Instantânea reproduzindo respectivamente quatro sinais com formatos de onda distintos.

 

Para uma melhor compreensão das diferenças entre as saídas do tipo DC Proporcional e Medida Instantânea, seguem os exemplos abaixo:

Exemplo 1: O transdutor a ser utilizado possui faixa de medida de (0 – 100)A AC e a saída é do tipo (0 – 10)V DC Proporcional RMS.

O transdutor para este caso precisa ser especificado para uma faixa de medida baseado no valor eficaz (RMS). Neste caso, (0 – 100)Arms

Exemplo 2: O transdutor a ser utilizado possui faixa de medida de (0 – 100)Ap e o sinal de saída é do tipo (0 – 10)V Medida Instantânea.

O transdutor para este caso precisa ser especificado para uma faixa de medida baseado no valor de pico da onda. Neste caso, (0 – 100)Ap

É importante observar que no Exemplo1 a corrente RMS é 100A e a de pico é (100A.√2) 141,42Ap. Já no Exemplo2 a corrente de pico é 100Ap e a RMS acaba sendo (100A/√2) 70,71Arms.

Conforme visto nas figuras 2, para o caso de uma saída (0-10)V DC Proporcional RMS, tem-se um sinal contínuo proporcional a amplitude RMS. Quando a corrente está com uma amplitude de 0Arms, tem-se na saída 0V e para uma corrente de 100Arms, respectivamente 10V (os sinais de saída são sempre não oscilantes; são sinais do tipo DC puro). Já no modelo com saída (0-10)V Medida Instantânea, para uma corrente de 0Ap, tem-se um sinal de 5V, sem oscilação pois a corrente na entrada do transdutor não está variando neste momento, e com 100Ap, visualiza-se uma saída oscilante em torno de um valor médio de 5V, onde o vale da onda está localizado em 0V e o pico em 10V. Dessa forma, conforme a Figura3, o sinal de saída do tipo medida instantânea reproduz o formato de onda aplicado no transdutor.

Vale ressaltar, que não somente os transdutores com medida instantânea possuem esta característica de saída. As mesmas também são encontradas em TCs (Transformadores de corrente que medem somente sinais AC), TPs (Transformadores de potencial que medem somente sinais AC), Sensores hall com saída analógica (medem sinais AC e DC) e outros.

O nível de fidelidade do sinal reproduzido neste tipo de saída, vai depender das características do equipamento de medição utilizado. Entretanto, os dois parâmetros de primordial importância são a faixa de frequência e o tempo de resposta.

– Tempo de resposta: Tempo necessário para o sinal de saída do equipamento de medição elevar a sua amplitude de 10% do valor final de saída para 90% desse mesmo valor final.

– Faixa de frequência (Hz): Faixa que compreende desde a menor frequência até a maior frequência do sinal a ser medido pelo equipamento de medição.

Utilizando-se agora, como exemplo, um transdutor de corrente da Linha MI, modelo 150C420AMI-E4VDC com medida direta (Os mesmos possuem uma janela para passagem do condutor da corrente a ser medido integrado no próprio encapsulamento padrão DIN de fixação em fundo de painel).

 

Características do modelo:
Faixa de medida: ±150Ap
Faixa de frequência: (0 – 2)kHz
Tipo de saída: (4 – 20)mA medida instantânea
Total isolamento galvânico
Alimentação auxiliar: (17 – 30)Vdc

 

Os transdutores da Linha MI podem reproduzir em sua saída praticamente qualquer formato de onda, desde que a corrente limite de 2kHz não seja ultrapassada.

São ideais para aplicações onde é necessária a visualização do formato de onda e podem trabalhar em conjunto com placas de aquisição ou equipamentos específicos preparados para este tipo de saída. Obs: A maioria dos PLCs, Controladores e Indicadores trabalham somente com sinais DC proporcionais.

 

Nas aplicações modernas, é comum encontrarmos equipamentos como CLPs, Controladores, Indicadores, etc que possuem entradas e saídas analógicas do tipo 0-5V, 0-10V, 0-20mA, 4-20mA, ±5V, ±10V, ±20mA e outras variantes. Estes sinais, salvo em alguns equipamentos específicos, são sinais DC (sinais contínuos) proporcionais as amplitudes das grandezas medidas.

A forma como estes sinais de saída são criados variam conforme o tipo de equipamento; entretanto, de forma geral, os transdutores ou sensores podem ser caracterizados conforme a figura abaixo.

 

Independente do tipo de grandeza (corrente, tensão, frequência, potência, etc) que o transdutor está medindo, o mesmo terá que tratar (condicionar) no condicionador de entrada a grandeza recebida para que ele possa, em um segundo momento, manipular, calcular e gerar no condicionador de saída um sinal analógico proporcional DC que represente a amplitude da grandeza medida. Na grande maioria das aplicações, é importante também que não haja uma conexão elétrica entra a entrada do transdutor e a saída do mesmo, isto é conseguido através da utilização de um circuito isolador entre o condicionador de entrada e o de saída. Salvo algumas exceções, a grande maioria dos transdutores também gera um isolamento entre a alimentação auxiliar e os outros circuitos do transdutor, através da fonte de alimentação interna.

De forma geral, o sinal de saída do transdutor pode ser criado no condicionador de saída de forma analógica, através da utilização de circuitos eletrônicos específicos e filtros, ou de forma digital, através de CIs dedicados digitais ou microcontroladores (baseados em softwares) em conjunto com circuitos eletrônicos auxiliares. Os transdutores que utilizam microcontroladores ou CIs dedicados, com tecnologia digital, são denominados transdutores digitais e os que não utilizam os mesmos, são considerados analógicos. Os dois tipos de transdutores possuem algumas características distintas que os tornam mais ou menos aptos para a utilização em determinadas aplicações.

Abaixo, para exemplificação, visualizamos os sinais de entrada e de saída de um transdutor (Linha VLF) para medidas de tensão AC senoidal. O sinal de entrada (Figura 2) possui uma amplitude de 220Vac rms e a saída é do tipo padronizada 0-10V DC proporcional RMS. A figura 3 representa um sinal de saída 0-10V idealizado; entretanto, na realidade, o sinal de saída de um transdutor possui características mais próximas ao do sinal da figura ilustrativa 4. Observação: Na figura 4, o tempo de resposta e o ripple foram ilustrados de forma exagerada para facilitar a compreensão. Nos transdutores da Secon estes parâmetros possuem amplitudes muito baixas e devem somente ser considerados em aplicações específicas.

Principais características dos transdutores com saída padronizada:

– Tipo de saída: As saídas padronizadas 0-5V, 0-10V, 0-20mA, 4-20mA, ±5V, ±10V, ±20mV e variantes, podem ser do tipo DC proporcional ou instantânea.

– Saída padronizada DC proporcional: O sinal de saída é um sinal DC puro (ou quase puro) proporcional a amplitude da grandeza medida. Ideal para a utilização com CLPs, controladores, indicadores universais, etc. O sinal de saída exemplificado acima é desse caso.

– Saída instantânea: Ao contrário do tipo anterior, o sinal de saída não é um DC puro (ou quase puro) e o mesmo acompanha a oscilação do sinal da grandeza medida. Dessa forma, tem-se a reprodução do formato de onda do sinal da grandeza (ver figuras 5 e 6). Ideal para aplicações específicas onde é necessária a visualização do formato de onda. As características desse tipo de saída serão comentadas de forma mais detalhada em postagens futuras.

 

– Tempo de resposta: Tempo necessário para o sinal de saída do transdutor elevar a sua amplitude de 10% do valor final de saída para 90% desse mesmo valor final. Ver figura 4.

– Resolução: Característica encontrada em transdutores digitais e não presente nos analógicos. É o menor valor de uma grandeza que pode ser convertida e depende diretamente da quantidade de bits de entrada e de saída dos ADs/DAs encontrados internamente nos microcontroladores e CIs dedicados digitais. Devido ao avanço da tecnologia, atualmente as resoluções dos transdutores digitais produzem intervalos de valores muito baixos e salvo em algumas aplicações específicas, podem ser desconsiderados. Ver figuras 7, 8 e 9.

 

Conforme visto na figura 9, em transdutores digitais nem todos os valores são possíveis dentro de uma faixa de medida. Pode-se dizer que os valores são quantizados.

– Ripple: É um componente de sinal alternada (ondulação) que se sobrepões ao sinal DC de uma saída padronizada DC proporcional. O ripple é uma característica mais observada em transdutores analógicos e desde que não seja muito elevado, salvo algumas aplicações específicas, pode ser desconsiderado. Este componente pode ser totalmente eliminado através da utilização de filtros aplicados no condicionador de saída; entretanto, a aplicação desses filtros pode deixar o transdutor analógico com tempos de resposta maiores. Observação: Em alguns tipos de transdutores, a diminuição do tempo de resposta dos transdutores, pode aumentar a amplitude do ripple.

– Erro de medida: De acordo com o Vocabulário Internacional de Metrologia (VIM), erro é a diferença entre o valor medido de uma grandeza e um valor de referência (considerado correto). Na Secon, este valor de referência é oriundo de equipamentos calibrados em laboratórios com rastreabilidade ao INMETRO. Normalmente nas especificações dos transdutores, é informado o erro total máximo, que é a soma de todos os erros envolvidos na medida (erro de offset, erro de ganho, erro de linearidade, drift térmico, etc). Em outras palavras, o erro total máximo nos informa qual é o maior erro possível presente na medida a uma temperatura limite especificada para o transdutor. Na maioria das aplicações, o erro de medida será menor do que o erro total máximo.

É possível a conexão de mais de um equipamento a uma única saída 0-10V e, para tanto, os mesmos deverão ser instalados em paralelo. A quantidade máxima de equipamentos possíveis a serem instalados é limitada pela corrente total na saída 0-10V, que não deve ser superior a 2mA. Exemplo: Conexão simultânea de um indicador e um multiplexador, ambos com uma impedância de 50k ohms nas suas respectivas entradas, a uma saída 0-10V de um transdutor. Como a corrente resultante é de 0,4mA, inferior a 2mA, seria possível conectar mais equipamentos a mesma saída.

     É possível a conexão de mais de um equipamento a uma única saída 4-20mA e, para tanto, os mesmos deverão ser instalados em série. A quantidade máxima de equipamentos possíveis de serem instalados é limitada pela resistência total somada, que não deve ser superior a 500 ohms. Por exemplo: Conexão simultânea de um indicador e um multiplexador, ambos com uma impedância de 100 ohms nas suas respectivas entradas, a uma saída 4-20mA de um transdutor. Como a impedância resultante é de 200 ohms, inferior a 500 ohms, seria possível conectar mais equipamentos a mesma saída. Observação: Caso as distâncias entre os equipamentos forem grandes, considerar as resistências (impedâncias) dos condutores. Veja detalhes no vídeo abaixo.

A Secon está fornecendo um total de 700 detectores de tensão do modelo 1KVR2.4KV-220VAC para a Schneider Electric. Os mesmos serão empregados no monitoramento das redes aéreas de tração da CPTM (Companhia Paulista de Trens Metropolitanos).

A linha de transdutores de corrente AC janelados da Secon possuem saídas do tipo 0-5V, 0-10V, 0-20mA, 4-20mA e MODBUS e podem medir correntes de até 100A de forma direta; entretanto, os modelos com faixa de medida de 0-5A podem também trabalhar em conjunto com TCs (Transformadores de Corrente). Estes transdutores, por serem janelados, não proporcionarão um conexão elétrica com o TC e, dessa forma, terão menos pontos de mal contato. Além disso, terão também um isolamento galvânico ampliado. (mais…)

Equipamentos com saída de sinal na forma 4 a 20mA (ou também 0 a 20mA), por terem sua saídas em corrente, tendem a ser mais imunes a ruído elétrico e interferências externas. Este fato é explicado, pelo motivo de que ruídos elétricos, quase sempre (mas não sempre!), são sinais de baixa potência que podem ser atenuados através de cargas de baixa impedância.

Geralmente, entradas de equipamentos preparados para receberem sinais do tipo 4 a 20mA (ou 0 à 20mA) possuem uma impedância de entrada baixa, menor de 500Ω, sendo 250Ω um valor bastante comum, que ajuda a atenuar o ruído, resultando num sinal mais “limpo”. (mais…)

Como explicado no artigo “DICA PARA ESCOLHER A FAIXA DE MEDIÇÃO DOS EQUIPAMENTOS”, ao se especificar um equipamento, a melhor opção é escolher uma faixa de medida cujo fundo de escala seja igual ou ligeiramente superior ao valor máximo que possa aparecer no sistema. Isso garante um menor erro de leitura no sistema. (mais…)

Para a medição de um determinado parâmetro elétrico (por exemplo: tensão ou corrente elétrica), recomenda-se a utilização de um equipamento que tenha o seu fundo de escala ligeiramente acima ou igual à faixa de corrente máxima que se deseja medir. Esse cuidado na escolha do equipamento de medição faz com que se consiga uma melhor resolução na leitura do instrumento e, conseqüentemente, um menor erro de medida. Observação: Deve-se ter o cuidado de que o valor da medida também nunca ultrapasse o valor máximo medido pelo equipamento.

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