Phoenix Contact: Conversores e Isoladores de sinais analógicos

ARTIGO TÉCNICO-COMERCIAL

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Carlos Coutinho Especialista de Produtos de Electrónica Phoenix Contact

PHOENIX CONTACT

{CONVERSORES E ISOLADORES DE SINAIS ANALÓGICOS}

É prática habitual a utilização de conversores de sinais analógicos em processos industriais. Este artigo aborda sucintamente a utilização destes conversores, evidenciando motivos que levam à sua utilização, as principais funcionalidades e consequentes benefícios. Quais são os motivos que levam à utilização de conversores de sinais analógicos? Estes motivos estão directamente ligados às funcionalidades dos conversores: isolamento eléctrico, conversão, amplificação e filtragem.

ISOLAMENTO ELÉCTRICO Isolar para quê? Para proteger e/ou para anular malhas de corrente no circuito de um sinal analógico.

Na perspectiva de protecção, um conversor estabelece uma fronteira entre dois circuitos eléctricos de forma a que um curto-circuito num dos circuitos, susceptível de causar danos, não seja passado ao outro circuito. É este o motivo principal para colocar conversores, neste caso correctamente designados como isoladores eléctricos, com cartas de entradas/saídas analógicas de autómatos (ver Figura 1).

Conversor (Isolador) + Anemómetro -

+

+

-

-

O conjunto carta de entradas analógicas - anemómetro funcionaria correctamente com um só ponto de referência. Teoricamente, o ponto de referência mais estável é o potencial de terra. Ora verifica-se que potencial de terra difere de local para local. Dois potenciais diferentes originam uma corrente eléctrica que nada tem a haver com a corrente do sinal analógico. Para anular a corrente provocada por potenciais de terra diferentes e manter os dois potenciais de terra coloca-se um isolador eléctrico entre estes pontos, conforme está ilustrado na Figura 2 em baixo. Desta forma, o circuito eléctrico do sinal analógico é dividido a meio, sendo que cada metade fica referenciada a um só potencial de terra.

Carta protegida contra curto-circuitos +

Carta de entradas analógicas -

i + Anemómetro -

+

Carta de entradas analógicas -

iTerra

Curto-circuito

Terra de Serviço 1

Terra de Serviço 2

Figura 1

As malhas de corrente, ou loops de corrente, surgem nos casos em que o circuito do sinal analógico tem dois potenciais de referência.

O exemplo ilustrado na Figura 2 mostra um destes casos. Esta figura mostra uma carta de entradas analógicas no extremo direito e um anemómetro no extremo esquerdo. O anemómetro mede a intensidade do vento e passa esse valor à carta de entradas analógicas sob a forma de um sinal analógico.

i + Anemómetro -

Terra de Serviço 1

Figura 2

Conversor (Isolador) +

+

-

-

i +

Carta de entradas analógicas -

Terra de Serviço 2

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Um sinal em tensão será afectado pela resistência do fio eléctrico e um sinal em corrente será afectado pela impedância de entrada dos circuitos de leitura.

No caso de um sinal em tensão, a amplificação será necessária para compensar a queda de tensão provocada pelo comprimento do fio eléctrico. De acordo com o esquema da Figura 5, entre a origem e o destino do sinal analógico haverá sempre uma queda de tensão que será tanto maior quanto o comprimento do fio eléctrico (a secção também poderá ser relevante). Muitas vezes esta queda de tensão é irrelevante, mas quando o comprimento do fio eléctrico é superior a 50 metros a queda de tensão deve ser tida em consideração. O ajuste fino dos conversores permite introduzir um ganho entre os sinais de entrada e de saída, compensando a queda de tensão.

8,0 V

baixo. Os filtros vão deixar passar as frequências lentas no sinal analógico (regime estacionário) e vão impedir a passagem das frequências elevadas (regime transitório). Normalmente a frequência do filtro está dimensionada para os 50 Hz.

Consumidores

Produtor i

+

+ 250 Anemómetro

-

+ -

7,8 V

i

+ Anemómetro -

+

+

-

Carta de entradas analógicas -

100

1

Carta de entradas analógicas

100

2

Carta de entradas analógicas

100 Display

Mais de 50 metros

Consumidores

Produtor 8,0 V + Anemómetro -

Conversor

i +

+

-

-

i

i

8,0 V +

Carta de entradas analógicas -

+

+ 250 Anemómetro

-

Conversor + 50

Figura 5

-

No caso de um sinal em corrente, é necessário saber qual é a impedância máxima de saída do circuito que originará o sinal analógico.

Nos casos em que existirá vários circuitos a ler o mesmo sinal, a impedância total dos “consumidores” poderá ser superior à do “produtor” (ver Figura 6). O próprio fio eléctrico também introduzirá uma resistência. Neste caso, o conversor substituirá um ou mais “consumidores”. O conversor “consumirá” uma impedância pequena (tipicamente 50 1) e originará uma nova impedância de saída para os “consumidores” retirados ao circuito original.

FILTRAGEM Normalmente os sinais analógicos são sinais “lentos”, isto é, as alterações de amplitude não variam bruscamente, como é o caso de temperaturas e níveis de líquidos. Caso surjam variações bruscas, então é de suspeitar que o sinal analógico foi alvo de um regime transitório meramente eléctrico, como é o caso do arranque de um motor de indução na vizinhança de uma sonda de temperatura. Para evitar a manifestação do regime transitório no sinal analógico, os circuitos de entrada e de saída do conversor possuem filtros passa-

+ 500 -

i

+ -

+ -

100

1

Carta de entradas analógicas

100

2

Carta de entradas analógicas

100 Display

Figura 6

CONCLUSÃO As quatro funções anteriores (isolamento, conversão, amplificação e filtragem) estão implementadas em todos os conversores de sinais analógicos da Phoenix Contact. Os conversores pertencentes às gamas actuais, designadas como Mini Analog e MACX, são o resultado de 40 anos de investigação e o desenvolvimento feito pela Phoenix Contact em tornar conversores apropriados à utilização em meios exigentes, como é o caso dos ambientes industriais.

Para mais informações PHOENIX CONTACT Tel.: +351 219 112 760 | Fax: +351 219 112 769 www.phoenixcontact.pt