Conversão tensão para corrente (ART127)

A aquisição de dados por certos dispositivos de automação como, por exemplo, CLP, é feita no modo corrente. No entanto, muitos dispositivos usados como sensores fornecem em suas saídas tensões. O interfaceamento desses dispositivos exige então o emprego de circuitos especiais que convertam faixas de tensões em faixas de corrente. Neste artigo mostramos como fazer isso usando um amplificador operacional com faixa de saída de 4 a 20 mA.

 

A entrada de CLPs no modo corrente lê faixas de corrente de 4 a 20 mA, numa de suas programações. Isso significa que se usarmos transdutores que forneçam saídas no modo tensão precisaremos ter um circuito de interface que faça a conversão.

Os circuitos que fazem esta conversão podem se basear em amplificadores operacionais comuns, conforme veremos neste artigo.

 

 

Interface de Corrente

A grande vantagem do uso de uma interface de corrente está no fato de que a atenuação na linha não tem efeito algum sobre o resultado final da leitura.

Compensando a resistência dos cabos, a corrente na carga terá sempre a mesma faixa de correntes independentemente de seu valor.

Isso não ocorre com uma interface de tensão em que a resistência do cabo influi no valor da grandeza que vai ser lida na outra extremidade, conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1

 

A idéia básica ao se usar um circuito para converter uma faixa de tensões numa faixa de correntes com base num amplificador operacional é justamente ter um loop de realimentação que permite que o amplificador operacional funcione como uma fonte de corrente.

Isso faz com que a corrente na entrada do dispositivo de leitura se mantenha constante independentemente da resistência do cabo usado na transmissão do dado.

Podemos elaborar um circuito simples para esta finalidade com base em qualquer amplificador operacional, conforme mostra a figura 2.

 

Figura 2

 

Neste circuito a entrada vem de um sensor que fornça uma tensão de 1 a 5 V. A saída do sensor será 1 V quando a grandeza medida estiver no 0% de sua escala, e será 5 V quando a grandeza medida estiver em 100% de sua escala.

Esta faixa de tensões será então convertida para a faixa padrão de correntes de 4 a 20 mA com o circuito indicado.

Com uma entrada de 5 V, o resistor de precisão de 250 ohms, terá uma tensão de 5 V aplicada o que v ai gerar uma corrente de 20 mA no loop de transmissão de corrente considerando-se a resistência de carga RL que é a entrada do CLP, por exemplo.

Neste circuito não importa qual é a resistência dos fios que interligam os sistema pois, desde que a tensão fornecida ao amplificador operacional seja suficiente, ele consegue manter esta corrente.

O mesmo circuito pode ser usado para converter tensões em outras faixas de corrente. Por exemplo, com um resistor de precisão de 100 ohms em lugar de 250 ohms, pode-se converter as tensões para o antigo padrão industrial de 10 a 50 mA.

 

 

Projetando um Conversor V x I

O projeto de um conversor Tensão x Corrente (V xI) não é complicado, sendo o seu conhecimento algo de grande importância principalmente para os profissionais que desejam ter um domínio completo da tecnologia dos amplificadores operacionais. Vamos dar dois exemplos.

Existem duas configurações básicas para os conversores, as quais passamos a analisar a seguir:

 

a)Conversor com Carga Flutuante

Na figura 3 temos a configuração básica para este conversor. Neste circuito temos:

 

Figura 3


Vi = R1 x R1

e

I1 = -I

 

Destas relações podemos calcular I, que é a corrente na carga como função da tensão de entrada Vi:

I = (-I/R1) x Vi

 

A relação (-I/R1) é denominada constante de conversão e expressa por K.

 

b)Conversor Referido à Massa

Na maioria dos casos, a carga está com um dos terminais ligado à massa, ou seja, tem a massa como referência. Neste caso, a a configuração usada é a mostrada na figura 4.

Figura 4

 

Neste circuito temos:

R1 = R4

R2 = R3

 

As correntes que circulam pelas diversas resistências do circuito são dadas pelas seguintes expressões:

 

I1 = (V1 – V0)/R1

I2 = (V0 – Vc)/R2

I3 = (Vc – V0)/R3

I4 = V0/R4

 

A corrente I0 que circula por RL (resistência de carga) será dada por:

 

 

Veja então que a corrente na carga depende apenas da tensão de entrada e do valor de R4.

Na figura 5 temos um exemplo de conversor calculado pelos processos acima em que temos uma constante de conversão K = 0,1 mA/V.

 

Figura 5

 

Isso significa que a faixa de tensões de entrada de 0 a 10 V é convertida numa faixa de correntes de 0 a 1 mA.

 

 

Conclusão

Os conversores V x I ou conversores de Tensão para Corrente são circuitos de grande utilidade nas aplicações industriais, sendo usados no interfaceamento de sensores com dispositivos de controle como CLPs.

Desenvolver um circuito conversor para determinado tipo de sensor é algo simples com o uso de amplificadores operacionais de uso geral, conforme mostramos neste artigo.

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