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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.

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