Relatório de experimento laboratorial da disciplina de Instrumentação. Criar o circuito de um sensor de 4 a 20 mA.

Relatório de Instrumentação: Circuito que fornece corrente de 4 a 20mA

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[pic 1]

Circuito final

Para chegarmos neste circuito final, partimos de um circuito base [1], e fizemos ajustes que atendessem aos requisitos do projeto e aos seguintes pontos:

• Utilizar tensão de 15V, aproveitando que o ampli-op µA741 é alimentado com tensões de +15V e -15V;
• Utilizar de preferência as faixas de resistores já de posse do grupo.
• Quanto mais luz no sensor maior a corrente na saída e quanto menos luz no sensor, menor a corrente.

Tal corrente que varia de 4 a 20mA deverá ser aplicada na realimentação, independente da carga utilizada. Desta forma, sabendo que a corrente que passa pelo resistor R9 é a mesma que passa na realimentação, podemos estimar um valor para o resistor R9.

Conforme a teoria, temos que V+ (tensão na entrada não-inversora do ampli-op) é igual a V- (tensão na entrada inversora do ampli-op), portanto será necessário uma determinada faixa de tensão a ser aplicada na entrada não inversora (pino 3)para que se obtenha a corrente no valor desejado.

Supondo uma resistência de 1K para o resistor R9, percorremos a malha do aterramento ao pino 2 e verificamos os seguintes valores de tensão no pino 2:

• [pic 2]
•                 [pic 3]

Desta forma vemos que o resistor de 1K não é ideal, já que vamos utilizar uma tensão máxima de 15V.

Assim vemos que o ideal é que o resistor R9 seja menor que 1K. Então foi escolhido o de 300Ω.

Realizando os mesmos cálculos anteriores agora para 300Ω, encontraremos as seguintes faixas de tensão:

• [pic 4]
• [pic 5]

Como o projeto impõe que quanto maior a quantidade de luz (no caso utilizando um sensor de luz, o LDR – Ligth Dependent Resistor) maior a corrente, já que o LDR diminui a resistência quando submetido à luz, utilizamos um resistor, no caso o R7, para obtermos a tensão necessária para a entrada não-inversora, pois assim atende ao ideal do projeto. Se usássemos a tensão no LDR o circuito atuaria de forma contrária: Quanto mais luz menor a corrente, e quanto menos luz maior a corrente.

Desta forma teremos mais tensão em R7, consequentemente 20mA na realimentação, quando maior for a intensidade de luz no sensor, e menos tensão em R7, 4mA na realimentação, quando menor for a intensidade de luz no LDR.

Conforme o datasheet do LDR a resistência é incerta no seu mínimo quando sem luz e no seu máximo quando em luz total. Na prática verificamos que a resistência do LDR pode chegar a 100Ω ou até pouco menos, quando praticamente em máxima luz, e chegar a 200MΩ ou mais quando em aproximadamente escuridão total.

Testando os possíveis valores para R7, calculou-se os valores dessa resistência para obtermos as tensões de 1,2V e 6V em R7. Supondo R7 = 10k, a corrente no circuito seria:

;[pic 6]

. [pic 7]

Assim a resistência equivalente dos outros resistores seria:

;[pic 8]

. [pic 9]

Com isso observamos que a resistência equivalente com o sensor seria muito alta, e não possuímos tais resistências.

Para diminuir tais valores reduzimos o valor de R7 e testamos para 1K. Obtemos o seguinte:

; [pic 10]

. [pic 11]

Então a resistência equivalente seria:

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