Os transdutores de pressão são componentes essenciais de várias aplicações. Por exemplo, seu veículo automotivo tem mudanças de pressão para óleo, líquido e combustível. Da mesma forma, as máquinas hidráulicas usam óleo para empurrar e criar uma força.
As alterações de pressão devem ser precisas para garantir a transmissão de pressão e força adequadas. Um dos sensores de pressão mais importantes é o transdutor de pressão 4-20mA. Hoje, discutiremos vários aspectos desse transdutor de pressão e entenderemos como ele funciona.
O que é um transdutor de pressão 4-20mA?
Um transdutor de pressão, que opera em um sinal de 4-20 mA, testa a pressão do líquido ou do combustível e a converte em sinais elétricos. Em vez de tensão como saída, esse sistema oferece saída de corrente.
Talvez você se pergunte por que deve considerar o transdutor de pressão 4-20 mA; a lógica é simples.
- 4 mA representa o menor valor mensurável (por exemplo, 0 bar ou faixa mínima).
- 20 mA representa o maior valor mensurável (por exemplo, escala total, como 100 bar).
- As medições e indicações são mais fáceis. A linha de base de quatro mA garante a presença de um "zero vivo", o que significa que se o loop ler zero mA, isso indica uma falha - como um fio quebrado ou perda de energia - em vez de apenas pressão zero.
As aplicações típicas de um transdutor de pressão incluem:
- Automação industrial
- Sistemas HVAC
- Controle hidráulico e pneumático
- Monitoramento de processos em fábricas de produtos químicos
- Instalações de tratamento de água
Princípio de funcionamento do transdutor de pressão 4-20mA
O princípio de funcionamento de um transdutor de pressão de montagem embutida O 4-20mA envolve três estágios principais. São elas:
Elementos de detecção
Os elementos sensores são as ferramentas que mudam o jogo e moldam os sensores de pressão. No transdutor de pressão 4-20 mA, há três tipos cruciais de sensores.
- Piezoresistivo. Nesse tipo, há uma mudança na resistência que incita as mudanças de pressão em um strain gauge. Com base na alteração, há um sinal elétrico que fornece os dados.
- Sensores capacitivos são bons para detectar mudanças de pressão. Eles alteram a distância entre duas placas, mudando a capacitância e interpretando os dados.
- Fio ou cristal ressonante. Se houver uma mudança de pressão, isso afetará a frequência de vibração.
Conversão de sinal
Os elementos sensores têm como objetivo a detecção de pressão. A próxima etapa é a conversão do sinal. Veja como isso ocorre.
- Os sensores detectam as alterações de pressão por meio de resistência ou capacitância.
- Essa alteração é transmitida para o sinal elétrico.
- Esse sinal elétrico causa a saída de tensão no sistema, fornecendo as leituras.
Saída de loop de corrente
Como você está usando o sistema de saída de corrente, a conversão de tensão é convertida em valores de corrente. A conversão de corrente ocorre entre 4mA e 20mA, garantindo uma saída segura do sistema.
Essa alteração é proporcional às alterações de pressão. Suponha que um transdutor tenha uma faixa de 0-100 psi.
- A 0 psi → saída de 4 mA
- A 50 psi → saída de 12 mA
- A 100 psi → saída de 20 mA
Em vez de mostrar os valores em tensão, por que você deveria usar a corrente? A lógica é simples.
- O impacto do ruído elétrico é mínimo sobre os sinais de corrente.
- Não há mais erros de queda de tensão devido ao aumento do comprimento do cabo.
- Muitos dispositivos industriais interpretam loops de 4-20 mA.
Guia passo a passo para a fiação de um transdutor de pressão 4-20mA
Se você quiser obter o melhor trabalho de detecção de pressão dos seus sensores de pressão, a fiação e a fonte de alimentação podem ajudá-lo com isso.
Estão disponíveis conexões de dois, três e quatro fios. Vamos avaliar cada conexão.
Conexão de 2 fios
A conexão de dois fios é a mais comum e padronizada devido à sua facilidade e ao rápido processo de instalação. As chances de erros são menores, pois dois fios têm dois terminais.
São elas:
- O fio positivo (+) conecta-se ao terminal positivo da fonte de alimentação. Ele se conecta a vários dispositivos e à entrada de sinal do receptor (PLC, controlador, monitor).
- O fio negativo (-) conecta-se ao terminal negativo da fonte de alimentação.
A tensão varia entre 12 e 16V CC.
Depois de obtê-lo, prossiga com a conexão. Aqui estão algumas etapas simples de fiação.
- Etapa 1: Desligue a fonte de alimentação
A segurança é a primeira opção. Para evitar acidentes, você deve verificar se a fonte de alimentação está conectada. Se estiver, desligue-a imediatamente para garantir que não haja fluxo de corrente ou tensão.
- Etapa 2: Conectar o terminal
Como já determinamos, há dois terminais. Um é o terminal positivo que deve ser conectado ao terminal positivo. Você deve conectar o terminal positivo ao terminal positivo de alimentação do loop.
A conexão do terminal negativo é diferente. Você deve conectar os terminais negativos ao eletrodo negativo do dispositivo de medição e, em seguida, ao terminal negativo da alimentação do loop.
- Etapa 3: Ligar o sistema
Verifique as conexões e a polaridade antes de ligar o sistema. Verifique se o sistema está funcionando.
Conexão de 3 fios
A conexão de 3 fios oferece uma rota separada para a saída de sinal do retorno de energia. Essa configuração é ideal para os setores industriais e proporciona maior durabilidade do sinal.
Há três terminais de fiação.
- V+ (alimentação positiva). Ele conecta o terminal positivo da fonte de alimentação CC (normalmente 12-36 V CC).
- Saída de sinal. Esse terminal envia a corrente de 4-20 mA para o PLC, o monitor ou o controlador.
- V- (Negativo de energia) é um terminal comum com um caminho de retorno compartilhado. Ele fornece transmissão de energia e de sinal.
As etapas de fiação são fáceis. Você pode seguir:
- Conexão do terminal positivo. Conecte V+ ao terminal positivo da fonte de alimentação.
- Terminal de saída de sinal Conexão. O terminal de saída de sinal para a entrada de sinal de seu dispositivo receptor.
- Conexão do terminal negativo. Conecte V- ao terminal negativo da fonte de alimentação e ao comum/terra da entrada de sinal.
Conexão de 4 fios
Uma conexão de 4 fios tem uma rota separada para a alimentação e o sinal. Ela fornece sinais melhores do que a de 3 fios, mas é usada em sensores industriais específicos.
Vamos dar uma olhada nos terminais.
- V+ (Positivo de energia): Entrada positiva da fonte de alimentação CC.
- V- (Negativo de energia): Entrada negativa da fonte de alimentação CC.
- Sinal + (saída positiva): Lado positivo do sinal de loop de 4-20 mA.
- Sinal - (Saída negativa): Lado negativo do sinal de loop de 4-20 mA.
Teste de um transdutor de pressão 4-20mA
O teste de um transdutor de pressão 4-20 mA é essencial para confirmar se ele funciona na faixa de pressão especificada e se oferece a funcionalidade ideal. Para isso, é preciso passar por várias etapas e usar algumas ferramentas.
Listamos aqui as ferramentas e as etapas necessárias.
Ferramentas necessárias
Aqui está a lista de ferramentas necessárias para testar um transdutor de pressão 4-20 mA.
- Multímetro digital (DMM) para medir DC
- Calibrador de loop. É uma ferramenta opcional, mas recomendada para testes precisos.
- Fonte de alimentação (24 V CC é o padrão)
- Fonte de pressão conhecida (bomba manual, testador de peso morto ou pressão do processo)
Procedimento de teste básico
Depois de reunir todas as ferramentas, é hora de testar o transdutor de pressão 4-20 mA com as etapas a seguir.
- Segurança em primeiro lugar.
Desligue qualquer fonte de energia e despressurize o sistema antes de conectar ou desconectar para evitar qualquer contratempo ou acidente durante a operação.
- Conexão
Você deve trazer sua fonte de alimentação e conectar o transdutor à fonte de alimentação a partir de um terminal. No segundo terminal, você pode conectar o equipamento de medição que ajuda a testar o transdutor de pressão 4-20 mA.
- Aplicar pressões conhecidas.
O teste com pressão conhecida pode ajudar a avaliar o intervalo. As ferramentas de medição captam os valores relevantes. Aqui estão algumas faixas de pressão. Você precisa alterar a pressão entre 0%, 25%, 50%, 75% e 100% da faixa.
- Medir a saída de corrente em cada etapa.
Tudo o que você precisa fazer é medir a saída de corrente em cada etapa. Teste cada nível separadamente e calcule-o.
- Compare as leituras com os valores esperados de mA.
Quando você tiver todos os valores, é hora de compará-los e determinar o intervalo. Veja como você deve proceder.
- 0 psi → 4,00 mA
- 25 psi → 8,00 mA
- 50 psi → 12,00 mA
- 75 psi → 16,00 mA
- 100 psi → 20,00 mA
Guia de solução de problemas para o transdutor de pressão 4-20mA
| Sintoma | Possível causa | Solução |
| Sem sinal (0 mA) |
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| Saída travada em 4 mA |
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| Saída travada em 20 mA |
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| Leitura flutuante ou com ruído |
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| Leitura incorreta vs. pressão real |
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Conclusão
A escolha de um sensor de pressão é um desafio. Isso ocorre porque você precisa observar a qualidade, os graus, a saída e vários fatores de precisão. Nem todos os transdutores de pressão são adequados para sua escolha. Muitos variam de acordo com o sistema.
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