Métodos de medição atuais
Existem duas maneiras principais de medir a corrente – uma é baseada na eletromagnetismo e está associada ao medidor de bobina móvel inicial (d’Arsonval), e a outra é baseada na teoria principal da eletricidade, a lei de Ohm.
Um medidor d'Arsonval é um tipo de amperímetro, que é um instrumento para detectar e medir corrente elétrica. É um transdutor eletromecânico analógico que produz uma deflexão rotativa, através de um arco limitado, em resposta à corrente elétrica que flui através de sua bobina.
A forma d’Arsonval usada hoje é construída com uma pequena bobina giratória de fio no campo de um ímã permanente. A bobina está presa a um ponteiro fino que atravessa uma escala calibrada. Uma pequena mola de torção puxa a bobina e o ponteiro para a posição zero.
Quando uma corrente contínua (CC) flui através da bobina, a bobina gera um campo magnético. Este campo atua contra o ímã permanente. A bobina gira, empurrando a mola, e move o ponteiro. O ponteiro aponta para uma escala que indica a corrente elétrica. O projeto cuidadoso das peças polares garante que o campo magnético seja uniforme, de modo que a deflexão angular do ponteiro seja proporcional à corrente.
Essencialmente, a maioria dos amperímetros atuais baseia-se na teoria fundamental da eletricidade, a lei de Ohm. Os amperímetros modernos são essencialmente voltímetros com um resistor de precisão e, usando a lei de Ohm, pode ser feita uma medição precisa, porém econômica.
Lei de Ohm – A lei de Ohm afirma que, em um circuito elétrico, a corrente que passa por um condutor entre dois pontos é diretamente proporcional à diferença de potencial (em outras palavras, queda de tensão ou tensão) entre os dois pontos, e inversamente proporcional à resistência entre eles.
A equação matemática que descreve esta relação é:
Eu = V/R
onde I é a corrente em amperes, V é a diferença de potencial entre dois pontos de interesse em volts e R é um parâmetro do circuito, medido em ohms (que equivale a volts por ampere), denominado resistência.
Operação do Amperímetro – Os amperímetros atuais têm uma resistência interna para medir a corrente através de um sinal específico. Porém, quando a resistência interna não é suficiente para medir correntes maiores, é necessária uma configuração externa.
Para medir correntes maiores, você pode colocar um resistor de precisão chamado shunt em paralelo com o medidor. A maior parte da corrente flui através do shunt e apenas uma pequena fração flui através do medidor. Isso permite que o medidor meça correntes maiores.
Qualquer resistor é aceitável, desde que a corrente máxima esperada multiplicada pela resistência não exceda a faixa de entrada do amperímetro ou dispositivo de aquisição de dados.
Ao medir a corrente dessa maneira, você deve usar o resistor de menor valor possível, pois isso cria a menor interferência no circuito existente. No entanto, resistências menores criam quedas de tensão menores, portanto você deve fazer um compromisso entre resolução e interferência no circuito.
A Figura 2 mostra um esquema comum de medição de corrente em um resistor shunt.
Figura 2. Conectando um resistor shunt a uma medição
Usando esta abordagem, a corrente não é realmente direcionada para o amperímetro/placa de aquisição de dados, mas sim através de um resistor shunt externo. A maior corrente que você pode medir é teoricamente ilimitada, desde que a queda de tensão no resistor shunt não exceda a faixa de tensão de trabalho do amperímetro/placa de aquisição de dados.
As correntes convencionais são as medições de corrente comuns na eletrônica, nos circuitos elétricos, nas linhas de transmissão e assim por diante. Eles não estão em conformidade com um padrão de transmissão e podem variar de zero a grandes valores de amperagem.
Loops de Corrente/Convenção 4-20 mA
Loops de corrente analógica são usados ​​para qualquer finalidade onde um dispositivo precisa ser monitorado ou controlado remotamente através de um par de condutores. Apenas um nível atual pode estar presente a qualquer momento.
“Loop de corrente de quatro a 20 miliamperes”, ou 4-20 mA, é um padrão de transmissão elétrica analógica para instrumentação e comunicação industrial. O sinal é um loop de corrente onde 4 mA representa o sinal de zero por cento e 20 mA representa o sinal de 100 por cento. O “mA” significa miliampere, ou 1/1000 de ampere.
O “zero vivo” a 4 mA permite que a instrumentação receptora distinga entre um sinal zero e um fio quebrado ou um instrumento morto. Desenvolvido na década de 1950, esse padrão ainda é amplamente utilizado na indústria hoje. Os benefícios da convenção 4-20 mA incluem ampla utilização pelos fabricantes, custos de implementação relativamente baixos e sua capacidade de rejeitar muitas formas de ruído elétrico. Além disso, com o live zero, você pode alimentar diretamente instrumentos de baixa potência a partir do circuito, economizando o custo de fios extras.
A colocação do resistor shunt no circuito é importante. Se o circuito externo compartilhar um aterramento comum com o computador que contém o amperímetro/placa de aquisição de dados, você deverá colocar o resistor shunt o mais próximo possível da perna de aterramento do circuito. Caso contrário, a tensão de modo comum produzida pelo resistor shunt pode estar fora da especificação do amperímetro/placa de aquisição de dados, o que pode levar a leituras imprecisas ou até mesmo danificar a placa. A Figura 3 mostra os posicionamentos corretos e incorretos do resistor shunt.
Figura 3. Colocação do resistor de derivação
Medições de dispositivos de aquisição de dados
Existem três métodos diferentes de medição de entradas analógicas. Consulte o artigo “Como fazer uma medição de tensão” para obter informações adicionais sobre cada configuração.
Como exemplo, considere o sistema de aquisição de dados USB NI CompactDAQ. A Figura 4 mostra o chassi NI cDAQ-9178 e um módulo de entrada de corrente analógica NI 9203. O NI 9203 não requer um resistor shunt externo devido à presença de um resistor de precisão interno.
Figura 4. Chassi NI cDAQ-9178 e módulo de entrada de corrente analógica NI 9203
A Figura 5 mostra o diagrama de conexão para medições de corrente de referência única (RSE) usando um chassi NI cDAQ-9178 com um NI 9203, bem como as pinagens do módulo. Na figura, o Pino 0 corresponde ao canal “Entrada Analógica 0” e o Pino 9 corresponde ao terra comum.
Figura 5. Medição de Corrente na Configuração RSE
Além do NI 9203, módulos de entrada analógica de uso geral, como o NI 9205, podem fornecer funcionalidade de entrada de corrente usando um resistor shunt externo.
Como ver sua medição: NI LabVIEW
Depois de conectar o sensor ao instrumento de medição, você poderá usar o software de programação gráfica LabVIEW para visualizar e analisar os dados conforme necessário.
Figura 6. Medição de Corrente LabVIEW
Bolton, Guilherme (2004). Sistemas de Instrumentação e Controle. Elsevier. ISBN 0750664320.