Sensor de Corrente (ART2238)

Apresentamos um circuito de grande sensibilidade que dispara um relé quando a intensidade de corrente contínua que circula por uma carga atinge certo valor. Na indústria podemos usá-lo como alarme ou sistema de aviso e proteção contra sobrecargas. Em outras aplicações podemos usá-lo como parte de projetos que exijam o disparo de relés com variações de corrente. O circuito é simples, tendo por base um circuito integrado bastante popular que é o 741.

O aumento súbito da intensidade da corrente numa carga pode ser sinal de que algo anormal está ocorrendo.

Em alguns casos, o aviso desta anormalidade pode ser útil, a fim de que uma operação de intervenção seja suficiente para evitar problemas.

Em outros, entretanto, é preciso que o sistema seja imediatamente desligado ou algum tipo de comando impeça que algo mais perigoso ocorra.

Com o sensor de corrente que propomos neste artigo, a monitoração da intensidade de corrente num circuito se torna muito simples, com o acionamento de um relé quando ela atinge um valor programado.

O circuito é muito simples podendo operar com correntes que vão de alguns miliampères a dezenas de ampères, tudo dependendo do valor do resistor Rx.

A alimentação do circuito é feita com tensão de 12 V e pode ser retirada do próprio equipamento com o qual vai funcionar.

Características:

Tensão de alimentação: 12 V (ou faixa de 9 a 18 V)

Corrente de contato do relé: 2 A (contato duplo)

Corrente de repouso: menor que 10 mA

Corrente de disparo: 1 mA a 10 A

COMO FUNCIONA

Um amplificador operacional é ligado como comparador de tensão, conforme mostra a figura 1.

Figura 1 – Ligação de um comparador

A tensão de saída será então positiva na saída se a tensão no pino 2 for menor que no pino 3 e negativa se a tensão no pino 2 for maior que no pino 3

Quando a tensão nas duas entradas tem o mesmo valor, a saída apresenta um valor intermediário entre 0 e a tensão de alimentação, ou seja Vcc/2.

A tensão será positiva na saída se a tensão na entrada não inversora for maior que a tensão na entrada inversora e negativa se a tensão na entrada não inversora for menor que a da entrada inversora.

O amplificador operacional amplifica a diferença de tensão, e como possui um ganho em torno de 100 000 vezes, a transição na saída nos pontos indicados ocorre de maneira muito rápida, conforme mostra a figura 2.

Figura 2 – Transição de saída

Assim, para uma diferença de tensão de apenas 9 uV entre as entradas, temos uma variação na tensão de saída de 0,9 V, o que é suficiente para polarizar o transistor que excita o rele.

O que temos a fazer então é dimensionar o resistor Rx para que tenhamos a transição com a corrente desejada, e ajustar P1 para o limiar de disparo.

De uma forma simples, podemos dar como valor de Rx:10 para 1 ampère, aumentando o seu valor na proporção inversa em que a corrente diminui.

Este valor permite um ajuste relativamente fácil de P1 para o disparo no ponto ideal.

Uma maneira de se alterar a linearidade de resposta do integrado, tornando-a mais lenta, é com uma realimentação feita entre a saída e a entrada inversora, conforme mostra a figura 3.

Figura 3 – Controlando o ganho

Com um potenciômetro de 100 k ohms podemos alterar a curva de resposta ao disparo, em função da aplicação, tornando o ajuste de P1 menos crítico.

Observe que a referência de tensão, sendo dada por um divisor resistivo, possibilita o uso de fonte simples em lugar de fonte simétrica, o que simplifica o projeto.

O transistor usado como driver é um PNP 80558 ou equivalente. O diodo D1 serve para proteger o transistor contra as altas tensões geradas na bobina do relé na comutação.

MONTAGEM

Na figura 4 temos o diagrama completo do sensor.

Figura 4 – Diagrama do sensor | Clique na imagem para ampliar |

Como se trata de montagens que em geral farão parte de outros projetos, o desenho de sua placa pode ser agregado ao layout destes, mas damos na figura 5 uma versão independente que pode ser acrescentada a aparelhos ou circuitos.

Figura 5 – Placa para a montagem | Clique na imagem para ampliar |

Para o circuito integrado e o relé sugerimos o emprego de soquetes DIL.

Os resistores são todos de 1/8 ou ¼ W com até 20% de tolerância; para maior precisão pode-se optar pelo uso de um trimpot multi-voltas.

Os cabos ou trilhas que conduzem a corrente de carga devem ser dimensionados de acordo com sua intensidade.

Observe o ponto comum do circuito de alimentação negativa. Quanto ao transistor, serve qualquer tipo PNP de uso geral com corrente de coletor de pelo menos 100 mA.

Eventualmente podem ser usados transistores de maior potência, com a redução de R4 para 1 k ohms na excitação de relés maiores.

O capacitor C1 deve ter uma tensão de isolamento de 16 V ou mais, dependendo da tensão de alimentação.

Para D1 serve qualquer diodo de uso geral de silício, mesmo retificadores como o 1N4002.

PROVA E USO

Ligue a unidade, e ajuste inicialmente P1 para que, com a intensidade normal de corrente em Rx o circuito fique prestes a disparar.

Depois, aumente a corrente na carga, verificando se o disparo ocorre da maneira esperada.

O valor de Rx deve ser o menor possível para que se obtenha um disparo com a corrente desejada, pois assim não teremos quedas de tensão no circuito.

São recomendados valores na faixa interior a 1 ohm, se possível.

Se houver dificuldade em ajustar o ponto exato de disparo, coloque um trimpot de 100 k ohms entre a saída e a entrada inversora do integrado (pino 2) de modo a controlar seu ganho.