Como conectar um potenciômetro linear a um CLP: ratiométrico vs. 4-20 mA

Guia técnico · GUEMISA

O potenciômetro como divisor de tensão

Um transdutor potenciométrico linear possui três conexões: as duas extremidades da haste e o cursor. A tensão Ub é aplicada entre as extremidades; o cursor, que se move com a haste, emite uma tensão Us entre 0 e Ub. A relação Us/Ub representa a posição relativa ao longo da haste. Com 10 V e 40% da haste percorrida, o cursor emite 4 V.

Este sinal é de natureza ratiométrica: depende da razão entre Us e Ub, não do valor absoluto da resistência (LWH: tolerância ±20% e coeficiente de temperatura da razão entre a tensão de saída e a tensão aplicada de aproximadamente 5 ppm/K). A resistência nominal tem pouca importância para a precisão, mas é muito relevante para o consumo de corrente e a carga do cursor.

Conexão direta a uma entrada de 0…10 V

Uma fonte de alimentação estável de 10V alimenta o circuito, o cursor vai para a entrada analógica e o terra da fonte de alimentação é conectado à referência de entrada. Três pontos precisam ser considerados.

• Alimentação estável. O sinal é proporcional a Ub. Alimentar a trilha com 24 V resultaria em até 24 V no cursor, excedendo a faixa de entrada, e quaisquer flutuações na alimentação seriam transmitidas para a leitura. É necessária uma referência estável de 10 V ou uma fonte de alimentação cujo valor também seja mensurável (consulte «Saída Ratiométrica»). Os conectores definem o Ub máximo para 42 VCC.
• Corrente do cursor. LWH, TLH, T/TS, LWG e TEX indicam uma corrente de cursor recomendada de ≤ 1 µA (em TEX, < 1 µA) e uma corrente máxima de 10 mA em caso de falha. O cursor deve ir para uma entrada que consuma quase nenhuma corrente.
• Impedância de entrada. Com 10 V no cursor, uma corrente de 1 µA corresponde a uma resistência de carga de 10 MΩ. Muitos módulos de 0–10 V têm impedâncias menores: consulte a folha de dados.

Qual a margem de erro introduzida pelo carregamento do cursor?

Uma entrada com resistor Rin forma um divisor com a porção da trilha entre o cursor e o terra. O erro máximo, no meio do percurso, é de aproximadamente 0,25 × R / Rin, onde R é a resistência total da trilha. Com um potenciômetro de 5 kΩ:

O LWH-0300 (300 mm, 5 kΩ) possui linearidade independente de ±0,06%: uma entrada de 100 kΩ adicionaria um erro vinte vezes maior, e com 10 MΩ o erro de carga permanece abaixo da linearidade. Esses cálculos são indicativos.

Resultados racionais: quando fazem a diferença

«Ratiométrico» significa que a saída é uma fração da tensão de alimentação e varia com ela. Isso é uma vantagem se o conversor analógico-digital usa essa mesma tensão como referência, porque as variações se cancelam na leitura; e uma desvantagem se a medição for feita com uma referência fixa e a tensão de alimentação flutuar.

• O potenciômetro rotativo IPX-7900 indica uma saída ratiométrica em Ub (Ub máx. 42 V). O sensor Hall TFD-4000 fornece 0,25–4,75 V com 5 VCC, também ratiométrico: a fonte de alimentação deve ser estável.

Quando usar um condicionador para 4…20 mA

O condicionador fornece ao potenciômetro uma tensão de referência interna muito estável (10 VCC nos modelos MUP-080, MUP-100/150, MUP-110/160 e MUK-350) e recebe o sinal do cursor com um estágio de entrada de alta resistência (>10 MΩ nos modelos MUP-100/150, MUP-110/160, MUK-350 e MUW), mantendo a corrente do cursor dentro de 1 µA. O MUP-410 fornece ao potenciômetro 2,5 VCC / 5 mA. Em seguida, gera uma saída padronizada. Recomendado para uso quando:

• O CLP possui apenas entradas de corrente ou sua entrada de tensão não é de alta impedância.
• Se o cabo for longo ou passar perto de inversores e motores, a corrente sofre menos com ruídos induzidos e quedas de tensão.
• É necessário detectar a ruptura do cabo: na faixa de 4 a 20 mA, o valor zero corresponde a 4 mA, portanto, 0 mA indica uma falha. O MUP-410 emite aproximadamente 3,2 mA se o fio do sensor se romper.
• É necessário isolamento galvânico (MUP-150, MUP-160, MUP-410).

A carga máxima da saída de corrente é de 500 Ω em MUP-080, MUP-100/150, MUP-110/160 e MUW (< 500 Ω / 12 V no MUP-410): A entrada e a fiação do PLC não devem exceder esse limite.

Tabela comparativa das três soluções

Qual condicionador escolher?

O MUW é conectado diretamente ao conector LWH ou TLH; o MUK-350 resolve o mesmo problema em campo para qualquer potenciômetro; os MUPs são conectados ao painel.

Blindado e em massa

• Cabo blindado e trançado. Os condicionadores de energia inclusos recomendam 3 fios trançados com malha (MUK-350: 0,25 mm², Ø 4,5…6,5 mm; MUW: 3 ou 4 fios, Ø 4…10 mm). O conector MUK-350 possui um contato blindado em conformidade com as normas de EMC.
• LWH: Blindagem de aterramento de proteção no lado do cliente; no sensor, terminada próxima à carcaça sem estar conectada a ela ou aos contatos do conector. O pino 4 só transporta a blindagem se o sensor estiver montado isoladamente e nunca atua como condutor de proteção (DIN EN 61010).
• TLH e T/TS: A blindagem do cabo é aterrada; o TLH possui o pino 4 para isso.
• O terra da fonte de alimentação do sensor e o terra da entrada analógica devem ser a mesma referência; um segundo caminho de terra através do chassi adiciona ruído.

Quais produtos da GUEMISA são uma boa opção?

LWHPotenciômetro de haste, curso de 50 a 900 mm, IP55 com conector, resistência de 2 a 10 kΩ, cursor ≤ 1 µA.Ver especificações técnicas →TLHPotenciômetro sem haste, curso de 100…3000 mm, IP40 / IP54, cursor ≤ 1 µA.Ver especificações técnicas →MUW-200 / 250Condicionador para LWH e TLH na caixa de conectores, saída 0…10 V, 0…20 mA ou 4…20 mA, IP65.Ver especificações técnicas →MUK-350Condicionador de campo, saída 0…10 V, ±10 V, 0…20 mA ou 4…20 mA, IP66.Ver especificações técnicas →MUP-410Condicionador de corrente para trilho DIN com função de aprendizagem, isolamento galvânico e saída padrão de 4 a 20 mA.Ver especificações técnicas →MUP-080MUP-100 / 150 e MUP-110 / 160Trilho DIN, saída de 0…10 V ou 4…20 mA; ajustável nos dois últimos valores e com isolamento nos modelos MUP-150 e MUP-160.Ver especificações técnicas →T/TSTEX e LWG: potenciômetros com curso de 25…150 mm, 10…300 mm e 50…750 mm, com cursor ≤ 1 µA.Ver especificações técnicas →

Mais opções na categoria potenciômetro linear.

Documentação e casos relacionados

• Potenciômetros: Definições Técnicas da Novotechnik (PDF, em inglês)
• Sensores Novotechnik com interface IO-Link (PDF, inglês)
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Perguntas frequentes