Sensor de posição linear com saída de 4-20 mA para CLP: como escolher

Guia técnico · GUEMISA

Por que 4…20 mA e não uma voltagem?

Distância

Um sinal de corrente é independente da queda de tensão no cabo: o transmissor força a mesma corrente em todo o circuito, independentemente de o cabo ter 5 m ou 200 m de comprimento. Com um sinal de tensão de 0 a 10 V, a resistência do cabo e a impedância de entrada do CLP formam um divisor de tensão que introduz erros. Em termos de ordem de grandeza, 100 m de cabo de 0,5 mm² resultam em uma resistência de ida e volta de aproximadamente 7 Ω, o que é desprezível em comparação com uma carga de 250 Ω.

Ruído elétrico

A entrada de energia possui baixa impedância, portanto, as tensões induzidas por inversores, contatores ou motores geram correntes muito pequenas e têm um impacto menor na medição do que com uma entrada de energia de alta impedância. Mesmo assim, recomenda-se o uso de um cabo blindado com a malha conectada de acordo com as recomendações do fabricante e mantido separado dos cabos de alimentação.

Detecção de ruptura de cabo

O ponto de partida da escala é 4 mA, não 0 mA («zero ativo»). Se o cabo for cortado, a corrente cai para 0 mA, um valor fora da escala que o CLP pode interpretar como uma falha. Com uma faixa de 0 a 10 V, um cabo rompido e uma posição no ponto de partida resultam em 0 V e são indistinguíveis.

Alguns transdutores nos chips adicionam seu próprio sinal de erro. O TF1 emite menos de 3,5 mA com um fio rompido. O TM1 emite 24 mA ou mais se o marcador estiver fora do alcance e 3,5 mA ou menos se o fio GND estiver rompido.

Dois fios, três fios e carga máxima

Dois e três fios

Em um sensor de laço de dois fios, os mesmos condutores alimentam o sensor e transportam o sinal; portanto, o sinal nunca cai abaixo de 4 mA, pois essa corrente alimenta os componentes eletrônicos. Em um laço de três fios, a alimentação, o terra e o sinal são transportados por condutores separados. Os transdutores Novotechnik com saída de 4–20 mA mencionados neste artigo possuem fontes de alimentação independentes (24 V ou 8–32 V no TM1) e não funcionam como um laço de dois fios. Se a sua instalação tiver apenas um laço de dois fios, isso deve ser verificado antes de selecionar um sensor.

Carga máxima

A carga é a soma da resistência de entrada do CLP (por exemplo, 250 Ω em uma placa com resistor shunt) e a resistência do cabo. Os conectores indicam claramente o máximo: não mais que 500 Ω para TH1, TP1, TF1, LS1, FTI e MUW. Para TM1, o máximo é 500 Ω com uma fonte de alimentação de 24 V e 250 Ω com uma fonte de 12 V. Com uma entrada de 250 Ω e um cabo de 20 Ω, a carga é de 270 Ω: atende ao limite de 500 Ω, mas não ao limite de 250 Ω para TM1 alimentado com 12 V.

Alternativas: 0…10 V e saída ratiométrica

• 0–10 V: adequado para cabos curtos dentro do gabinete. Muitos transdutores oferecem ambas as saídas, como o TE1, LS1, TF1 e TM1. Os conectores requerem uma carga mínima de 5 kΩ ou 10 kΩ na saída de tensão.
• Ratiométrico: a saída é uma porcentagem da tensão de alimentação (por exemplo, 10–90%). Este tipo de conversão é utilizado quando a mesma fonte de 5V alimenta tanto o sensor quanto a tensão de referência do conversor, sendo comum em veículos. Não é adequado se a tensão de alimentação variar e o conversor tiver uma tensão de referência diferente.
• Digital (SSI, CANopen, IO-Link): Os modelos TH1 e TP1 também são oferecidos com essas interfaces, em placas separadas. Elas evitam a conversão analógica, mas exigem um módulo de entrada compatível.

Saída integrada ou potenciômetro com condicionador

Um transdutor potenciométrico é um divisor de tensão: ele fornece uma tensão proporcional à sua posição e requer um condicionador de sinal para convertê-la em um sinal normalizado. Um transdutor com saída integrada possui os componentes eletrônicos dentro da carcaça.

Quando cada opção é útil?

• Saída integrada: um único componente, menos fiação e um único cabo para o CLP. Isso é comum em ambientes de longa duração ou alta pressão, como circuitos magnetoestritivos.
• Potenciômetro com condicionador: permite escolher entre diferentes transdutores de curso e formatos (LWH, TLH ou TEX) e alterar a saída (0…10 V, ±10 V, 0…20 mA, 4…20 mA) sem trocar o sensor. O condicionador fornece ao potenciômetro uma referência estável e detecta o cursor praticamente sem carga.

Condicionadores Novotechnik

• MUW-200/250: encaixa-se na caixa do conector DIN 43650 dos transdutores LWH e TLH. Saída: 0…10 V, 0…20 mA ou 4…20 mA; alimentação: 18…30 VCC; IP65. A série 200 possui faixa fixa; a série 250 possui faixa ajustável.
• MUK-350: Caixa de alumínio fundido IP66, saída de 0…10 V, ±10 V, 0…20 mA ou 4…20 mA, com zero e alcance ajustáveis, e fonte de alimentação de 18…30 VCC.
• MUP-080: Trilho DIN, saída de 0…10 V ou 4…20 mA, carga de até 500 Ω, sem isolamento galvânico.
• MUP-100/150 e MUP-110/160: Trilho DIN; os modelos MUP-150 e MUP-160 incluem isolamento galvânico entre a alimentação e a saída.
• MUP-410: Trilho DIN, controlado por microprocessador, saída de 4…20 mA, 0…10 V ou ±10 V.

Tabela de opções com produtos reais

Quais produtos da GUEMISA são uma boa opção?

Para ver mais modelos, confira a categoria. Transdutores lineares e a categoria Conversores de resistência e potenciômetros.

Documentação e casos relacionados

• Potenciômetros: Definições Técnicas da Novotechnik (PDF, em inglês)
• Sensores Novotechnik com interface IO-Link (PDF, inglês)
• Sensores de posição e deslocamento (relatório, PDF)
• Todas as informações técnicas sobre GUEMISA

Perguntas frequentes

Como converter de 4…20 mA para miligramas em um CLP?

A escala é linear: posição = curso × (I − 4 mA) / 16 mA. Com uma entrada de resistência de 250 Ω, a placa recebe tensões de 1 V a 5 V, e a escala é configurada com esses valores.

O que significa uma leitura abaixo de 4 mA?

Isso não deveria ocorrer em um sensor em bom estado. Indica um cabo rompido, falha de energia ou erro no sensor. Alguns transdutores, como o TF1 e o TM1, indicam isso explicitamente com uma corrente abaixo de 3,5 mA.

Posso usar um transdutor de 4 a 20 mA com uma fonte de alimentação de 12 V?

Somente se o conector permitir. O TM1 aceita 8 a 32 VCC, mas a carga máxima cai para 250 Ω a 12 V. Os outros modelos da tabela são alimentados por 16 a 32 V, dependendo do modelo.

Qual o comprimento de cabo suportado por uma saída de 4…20 mA?

O próprio sinal suporta longas distâncias, pois a corrente é independente do comprimento. O limite é determinado pela carga total, que não deve exceder a capacidade máxima do conector, e pelo ruído. Recomenda-se o uso de cabo blindado, mantido separado dos cabos de alimentação.

Quando é aconselhável usar um potenciômetro com condicionador?

Quando você precisa de um tipo de curso ou montagem que não existe com uma saída integrada, ou quando deseja escolher o sinal de saída posteriormente, com LWH ou TLH, o MUW se encaixa na caixa de conectores e deixa o sinal de 4 a 20 mA próximo ao sensor.