O pedido chega assim: "preciso de um sensor 4-20 mA para a linha de recalque; o painel fica a 150 metros da bomba". Quem escreve sabe o que quer na ponta do cabo, mas esse sinal não sai do sensor. Quem procura um sensor de pressão 4-20 mA está, na prática, comprando um transmissor, e a saída escolhida (4…20 mA, 0…10 V, 0…5 V ou ratiométrica) define o cabo, a alimentação e a capacidade de perceber um fio rompido.
"Sensor 4-20 mA" existe? A saída é o que faz o transmissor
Na terminologia que usamos na Kelltech, sensor de pressão é a célula que mede: um chip piezorresistivo de silício, montado em ponte de Wheatstone, que responde à pressão com alguns milivolts. Nas células KELLER da Série 3 L – 10 L (que a KELLER, nos datasheets, chama de cápsulas de transdutor), alimentadas com corrente constante de 1 mA, o sinal vai de pouco mais de 10 mV nas faixas mais baixas a cerca de 200 mV (estimativa nossa a partir das sensibilidades típicas do datasheet). É um sinal pequeno, sensível à temperatura e frágil em cabo longo; veja o post sobre sensor de pressão com saída em mV.
Quando a célula ganha corpo e conexão mecânica, vira transdutor. Quando ganha também uma placa eletrônica que converte os milivolts em um sinal padronizado e um conector para a ligação externa, vira transmissor. "Sensor 4-20 mA" é o nome que aparece na busca; o produto é um transmissor de pressão com saída 4…20 mA. O funcionamento da célula está no guia de sensores de pressão, e o que vai dentro do instrumento pronto, em o que são transmissores de pressão.
4…20 mA: distância, ruído e fio rompido
A saída em corrente é o padrão de campo por três motivos:
- Distância: num laço em série, a corrente é a mesma em todo o circuito: a resistência do cabo não muda o valor lido, desde que a fonte tenha tensão suficiente.
- Ruído: o receptor lê a corrente sobre uma resistência baixa, o que deixa o laço menos sensível a tensões induzidas por inversores e cabos de potência.
- Diagnóstico: o zero é "vivo": pressão zero corresponde a 4 mA. Se o cabo rompe, a corrente cai a 0 mA, valor fora da faixa que o CLP pode tratar como falha, não como pressão zero.
A ligação é a 2 fios: o mesmo par leva a alimentação e o sinal. A conversão é linear:
P = (I − 4 mA) / 16 mA × fundo de escala
Exemplo: transmissor de 0…10 bar lendo 12 mA → (12 − 4) / 16 × 10 = 5 bar. Lendo 0 mA → não é 0 bar, é laço aberto. Configure no CLP um alarme para correntes claramente abaixo de 4 mA; o limiar depende do cartão e do limite inferior de sinal informado no datasheet do transmissor.
A conta que define o comprimento do cabo
Todo transmissor 4…20 mA precisa de uma tensão mínima nos próprios terminais. O que sobra da fonte é o que o laço pode "gastar" no cabo e no resistor do cartão. A conta geral é:
Carga máxima = (U da fonte − U mínima do transmissor) / I máxima do laço
Exemplo hipotético, no cenário da abertura: transmissor que precisa de 8 V nos terminais, com corrente máxima de 25 mA (folga para a sobrefaixa). Os valores reais estão no datasheet.
- Fonte de 24 V → carga máxima = (24 − 8) / 0,025 = 640 Ω.
- Cartão de entrada com resistor de 250 Ω + 150 m de cabo de cobre 0,5 mm² (ida e volta = 300 m × ≈ 0,035 Ω/m ≈ 10,5 Ω) = 260,5 Ω. O laço fecha com folga.
- Com fonte de 12 V → carga máxima = (12 − 8) / 0,025 = 160 Ω. Só o resistor de 250 Ω já estoura o limite: o sinal satura antes de chegar a 20 mA.
No 4…20 mA, quem limita a distância costuma ser a fonte, não o cabo. O custo: consome pelo menos 4 mA o tempo todo, o que pesa em equipamento a bateria.
0…10 V e 0…5 V: quando a tensão basta
A saída em tensão usa 3 fios: alimentação, sinal e comum. É fácil de ler (muitos controladores e cartões de aquisição têm entrada 0…10 V) e funciona bem com cabo curto, dentro do painel ou da máquina.
Os cuidados aparecem quando o cabo cresce:
- Queda no comum: a corrente de alimentação do transmissor volta pelo fio comum, e a queda de tensão nesse fio soma-se ao sinal. Exemplo: 100 m de cabo de 0,5 mm² = 3,5 Ω no comum; com consumo de 5 mA (valor hipotético), a queda é 17,5 mV, ou cerca de 0,18 % de 10 V. Em 0…5 V, o mesmo erro vale o dobro em porcentagem: cerca de 0,35 %.
- Zero "morto": 0 V significa pressão zero. Com o fio de sinal rompido, a entrada pode ler zero ou um valor flutuante, e o sistema não distingue falha de pressão nula.
- Carga do receptor: a entrada precisa ter impedância acima da carga mínima informada no datasheet; abaixo dela, o erro cresce.
A 0…5 V serve a eletrônicas de 5 V, como o conversor A/D de um sistema de aquisição; a 0…10 V, a painéis com entradas de tensão e cabo curto.
Ratiométrico 0,5…4,5 V: o caso do equipamento OEM
Na saída ratiométrica, o sinal é uma fração da própria alimentação. A linha KELLER 4LC–9LC trabalha com saída ratiométrica 0,5…4,5 V. Com 5 V de alimentação, isso equivale a 10 % e 90 % da tensão da fonte. A vantagem aparece quando o conversor A/D usa os mesmos 5 V como referência (contas ilustrativas):
- Alimentação a 5,0 V → meia escala = 2,50 V, ou 50 % da referência.
- Alimentação caindo para 4,8 V → a faixa vira 0,48…4,32 V; meia escala = 2,40 V, que continua sendo 50 % da referência de 4,8 V.
A variação da fonte se cancela na leitura, sem precisar de uma referência de tensão absoluta. E o zero também é vivo: se o receptor tiver resistor de pull-down ou pull-up, uma leitura fora de 0,5…4,5 V indica falha de ligação.
A 4LC–9LC tem o mesmo tamanho das células KELLER, com a eletrônica integrada à própria célula. A KELLER a classifica como transmissor OEM: a eletrônica que padroniza o sinal está lá; a rosca e o conector ficam no seu projeto. Sai em pinos (fios opcionais) e é montado com o-ring no corpo do seu equipamento. Serve para quem fabrica a máquina, não para rosquear na linha.
Comparativo prático das saídas
| Saída | Ligação | Cabo longo e ruído | Fio rompido | Alimentação | Onde se encaixa |
|---|---|---|---|---|---|
| 4…20 mA | 2 fios | Melhor opção analógica | Detectável (corrente abaixo de 4 mA) | Fonte DC no laço; conferir a conta da carga | CLP de campo, distâncias longas, ambiente com inversores |
| 0…10 V | 3 fios | Cabo curto; queda no comum vira erro | Confunde-se com 0 bar | Acima de 10 V | Painel e máquina com entradas de tensão |
| 0…5 V | 3 fios | Cabo curto; erro relativo maior que em 0…10 V | Confunde-se com 0 bar | Aceita fontes menores | Eletrônica de 5 V, aquisição de dados |
| Ratiométrica 0,5…4,5 V | 3 fios | Dentro do equipamento | Detectável se o receptor tiver pull-down/pull-up (leitura fora de 0,5…4,5 V) | 5 V, mesma referência do A/D | Equipamento OEM com placa própria |
| Digital RS485 | Barramento | Sinal diferencial, vários instrumentos no mesmo par | Falha de comunicação é percebida pelo mestre | Conforme o transmissor | Leitura digital, reprogramação, redes de medição |
Como escolher o transmissor KELLER pela saída
- Série 23(S)Y/25Y: o ponto de partida para a saída analógica padrão. Segundo a KELLER, é oferecida com 4…20 mA (2 fios), 0…10 V ou 0…5 V (3 fios). Confirme a configuração com a equipe.
- Série 33X/35X: quando, além do analógico, você quer a leitura digital. Combina a interface RS485 com uma saída analógica (4…20 mA a 2 fios ou tensão a 3 fios, como 0…10 V, conforme a versão), e a faixa analógica pode ser reprogramada por software. O datasheet da KELLER (2009) alerta que a comunicação RS485 pode interferir no sinal 4…20 mA. Confirme a configuração com a equipe.
- 4LC–9LC: saída ratiométrica, para quem integra a medição no próprio produto.
- Célula da Série 3 L – 10 L: a Kelltech vende a célula avulsa, mas ela sai em mV: só faz sentido se a sua equipe vai projetar a eletrônica de leitura.
A família 23(S)Y/25Y tem versões Ei, com certificação europeia ATEX e sem certificação Inmetro. Elas não são indicadas para área classificada no Brasil; nesse caso, fale com a equipe.
Antes de pedir, responda:
- Qual entrada o receptor tem: corrente, tensão, A/D de 5 V ou porta serial?
- Qual o comprimento do cabo e o que passa ao lado dele?
- Você precisa distinguir fio rompido de pressão zero?
- Qual alimentação está disponível no ponto de instalação?
- Vai precisar reprogramar a faixa ou ler o valor digital?
Já sabe qual saída o seu painel ou equipamento lê? Peça a indicação. Envie a faixa de pressão, a referência (PR, PA, PAA ou PD), o meio, a temperatura, a saída e a alimentação disponíveis, o comprimento do cabo, as conexões de processo e elétrica, a quantidade ou volume anual e a fase do projeto. Veja a Série 23(S)Y/25Y, compare as opções no catálogo de transmissores de pressão e fale com a equipe pela página de contato.
Fale com um especialista e encontre o produto certo para a sua aplicação.Equipe técnica da Kelltech, distribuidora oficial KELLER no Brasil.
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