Ao contrário do que muitos podem pensar os interruptores magnéticos do tipo “reed-switch” não são usados somente em alarmes e circuitos de proteção. Com um pouco de imaginação, podemos tornar ilimitadas suas aplicações, entrando inclusive no campo profissional. Neste artigo, focalizamos algumas aplicações interessantes para os interruptores de lâminas, as quais poderão ser de grande utilidade para nossos leitores.
Basicamente, um interruptor magnético consiste numa ampola vedada de vidro, no interior da qual existem gases nobres e duas lâminas, que formam os contatos.
A aproximação do campo magnético de um ímã faz com que as lâminas se verguem e encostem uma na outra, estabelecendo o contato elétrico, como vemos da figura 1.
Os interruptores deste tipo, recomendados para utilização em alarmes, podem ter formatos apropriados, conforme mostra a figura 2, em que já temos o ímã e o próprio interruptor instalados em suportes de fácil fixação.
No entanto, mesmo estes conjuntos apropriados para uso em alarmes, podem ser utilizados em aplicações diferentes, conforme explicaremos no decorrer do artigo.
O principal ponto a ser considerado na utilização destes interruptores é o que se refere às suas características elétricas.
Estes interruptores não são projetados para operarem com correntes elevadas.
A corrente máxima que seus contatos suportam está em torno de 200 mA, o que significa que, na utilização em qualquer sistema de controle de maior potência, devem ser usados circuitos intermediários, que serão exemplificados mais adiante.
CONTROLE DE NÍVEL DE LÍQUIDOS
O nível de reservatórios, de recipientes diversos ou mesmo de instrumentos de laboratório de química pode ser facilmente controlado com o sistema proposto na figura 3.
Neste sistema que não faz conexão elétrica alguma com o líquido, o que é importante se este for combustível, uma boia tem um pequeno ímã preso e corre por um trilho, tubo ou guia, de acordo com o nível controlado.
Os reed-switches, ou chaves magnéticas, são instalados do lado externo da parede do reservatório, em posições onde se desejar o acionamento.
Na figura 4 damos um circuito simples de acionamento de relé que pode controlar um alarme ou então uma bomba de líquido.
No nível mais alto será feito o desligamento da bomba e acionamento do alarme.
Um circuito interessante é mostrado na figura 5, em que temos a reversão temporizada do sistema com integrados 555.
O tempo de reversão de um sistema nos níveis controlados pode ser ajustado no potenciômetro e é dado basicamente pelo capacitor C1.
Com um capacitor de 1 000 uF e um potenciômetro de 2M2, obtemos um tempo de aproximadamente uma hora.
É claro que, num sistema em que se deseja a indicação de nível do reservatório de uma forma mais precisa, podem ser utilizados diversos interruptores magnéticos, conforme mostra a figura 6.
Neste caso, entretanto, o posicionamento deve ser tal que não existam pontos intermediários “mortos”, em que o ímã não acione algum deles.
Para pequenos interruptores magnéticos, como os utilizados em alguns de nossos protótipos e que são encontrados no comércio especializado, a atuação do ímã se faz a uma distância de até 2cm, o que é a separação ideal entre cada unidade e também a espessura máxima da parede do reservatório.
É claro que a utilização de ímãs mais potentes pode ampliar esta distância.
CONTAGEM DE OBJETOS OU DE PASSAGEM
O número de voltas que uma peça dá numa máquina ou a contagem de objetos pode ser realizada com a utilização dos interruptores da forma mostrada na figura 7.
Normalmente, os interruptores são suficientemente rápidos para responderem a velocidades de passagens elevadas.
Para uma peça em rotação, valores na faixa de até 600 rpm podem ser respondidos com facilidade.
No entanto, para a obtenção de pulsos apropriados para a excitação de circuitos contadores, como o Módulo de Contagem, que publicamos no site devem ser usados elementos adicionais.
Na figura 8 temos um monoestável com o 555, em que a saída é um sinal perfeitamente retangular, compatível com as características de entrada de contadores TTL e CMOS.
Os componentes R2 e C1 devem ser calculados de tal forma a termos um tempo de saída (t) não maior do que o mínimo intervalo entre os pulsos que vamos contar.
A fórmula para calcular este tempo é
T = 1,1 X R2 X C1
Na figura 9 temos um conformador de impulsos, usando o integrado CMOS 4081, que consiste em 4 portas AND.
Apenas uma destas quatro portas é usada em conjunto com um transistor, a fim de se obter pulsos retangulares.
Estes pulsos podem ser usados num contador, como o Módulo de Contagem já citado.
Com este mesmo circuito, podemos elaborar facilmente um tacômetro, em que a produção dos pulsos é feita pela passagem de um ímã próximo a um interruptor magnético.
Um circuito analógico para contagem de impulsos, ou seja, um tacômetro, é dado na figura 10.
Este circuito tem por base um integrado 555 na configuração monoestável, em que a constante de tempo R1 - C1 determina a rotação máxima a ser medida, ou seja, o intervalo mínimo entre os pulsos.
Os pulsos de entrada, provenientes do sensor magnético, são aplicados ao pino 2 do integrado, levando sua saída ao nível alto por um tempo determinado pelos valores de R1 e C1.
O diodo zener, o potenciômetro de ajuste (P1) e o capacitor em paralelo com o instrumento determinam a constante de integração do sinal de saída.
Obtemos desta forma uma indicação de corrente proporcional à rotação ou número de pulsos de entrada.
Na figura 11 temos as formas dos sinais de saída e a Corrente média no instrumento indicador para números pequenos e grandes de impulsos por segundo no sensor.
Observe que a indicação de máximo ocorre quando o intervalo entre os pulsos de entrada se iguala à constante de tempo do monoestável, quando, então, não existe intervalo entre os pulsos de saída, que se mantêm constantemente no nível alto.
A alimentação deste Circuito pode ser feita com tensões entre 9 e 20 V, devendo ser utilizado um regulador intermediário para se garantir a precisão de indicação.
No caso, este regulador é um integrado 7806.
REVERSÃO A PARTIR DE IMPULSOS
Uma aplicação interessante para os sensores magnéticos é a parada ou reversão de um sistema mecânico quando a posição de uma peça atinge certo ponto.
Na figura 12 mostramos um exemplo, em que o motor deve ser desligado de seu sentido de rotação invertido, quando a peça chega à posição X.
Neste ponto é colocado o sensor magnético, enquanto que o ímã é preso ao objeto móvel.
O circuito de acionamento é um biestável, mostrado na figura 13.
Veja que nas entradas 1 e 2 deste circuito podemos ligar um único sensor magnético ou um par deles.
No caso de um único sensor, teremos ainda um interruptor de pressão ou um relé em paralelo.
Conforme mostra a figura 14, através do qual temos o comando externo para nova reversão.
Com dois interruptores em paralelo temos uma reversão contínua em dois pontos do percurso do objeto (no Caso, X e Y da figura 12).
O objeto controlado pelo motor terá, então, um movimento de vai-e-vem contínuo, e a vantagem do sistema é que este percurso pode ser alterado pela mudança de posição dos ímãs de controle ou ,de interruptores nos trilhos.
O Circuito consiste num biestável, em que o pulso de comando é produzido por um monoestável 555.
A finalidade básica deste monoestável é evitar repiques do interruptor de lâminas, que poderia levar o circuito a um funcionamento instável.
A constante de tempo deste circuito é dada por R2 e C1 e depende da aplicação do sistema.
O biestável em si, tem por base metade de um 4013, CMOS.
Num primeiro impulso, produzido por sensores ligados às entradas 1 e 2, temos a operação do relé.
No pulso seguinte, o relé desopera e o ciclo repete-se, enquanto a alimentação estiver ligada.
O circuito pode ser alimentado com tensões de 6 ou 12 V, bastando apenas escolher o relé apropriado.
Em alguns tipos de aplicações, como por exemplo na reversão de motores de corrente contínua, pode ser necessário o uso de fonte separada para a alimentação do motor.
Isso ocorre porque o ruído de comutação das escovas pode gerar transientes fortes que, mesmo com o uso de C2, causariam a comutação errática do biestável.
Aproveitando os dois biestáveis de um 4013 e mais dois 555 do Módulo de controle, podemos ter um circuito bastante útil para ser usado com chaves magnéticas em muitos aplicativos industriais.
O circuito do Módulo de Controle é mostrado na figura 15.
Conforme podemos ver, temos dois relés que podem ser levados à operação biestável ou monoestável, conforme as posições das chaves S1 e S2, a partir de sinais de controle aplicados às entradas 1, 2, 3 e 4.
Os sinais consistem no aterramento momentâneo do pino 2 do 555, ou seja, pelo curto momentâneo entre os pontos1e 2 ou então 3 e 4.
A constante de tempo dos circuitos monoestáveis são dadas por R3/C1 e R4/C2.
Na aplicação monoestável pura, o capacitor de cada integrado pode ser aumentado até 1 000 uF e o resistor até 2M2, de modo a serem obtidos longos intervalos de temporização.
O circuito pode ser alimentado com tensões de 6 ou 12 V, bastando apenas escolher o relé apropriado.
Veja que, em todas as aplicações, nada impede que diversos sensores sejam ligados à mesma entrada.
INDICADORES DE POSIÇÃO
Uma Rosa dos Ventos eletrônica pode ser facilmente implementada em função de interruptores magnéticos, conforme sugere o desenho da figura 16.
Cada sensor é colocado numa determinada posição de indicação e na parte móvel, que é acionada pelo vento, temos um pequeno ímã.
Este mesmo princípio pode ser usado para a elaboração de um joystick ou mesmo um comando de posição para microcomputador por ação magnética, conforme mostra a figura 17.
Será acionado o interruptor magnético que estiver alinhado com o ímã da parte móvel.
OUTRAS APLICAÇÕES
Na figura 18 temos um interessante circuito de controle magnético de ganho para um amplificador operacional.
Dependendo do interruptor acionado, pela presença do campo magnético de um ímã, temos um resistor de valor diferente colocado no circuito de realimentação.
Como o ganho depende deste resistor, ou melhor, da relação entre este resistor e o resistor em série com a entrada, com diversos resistores temos diversos ganhos possíveis.
Assim, no circuito exemplificado, estes ganhos são de 10, 22 e 47 vezes.
Mas, é claro, que outros valores podem ser empregados.
Na figura19 temos um circuito interessante, que consiste num conversor digital/analógico em que diversos níveis de tensão são obtidos a partir da combinação dos interruptores, ativados pela ação de campos magnéticos de pequenos ímãs.
Este circuito pode ser usado para a indicação remota de posições, associado, por exemplo, à Rosa dos Ventos que já vimos, utilizando-se para a transmissão de dados um único condutor.
Um instrumento analógico ligado à saída deste circuito fornece uma indicação que permite saber quais são as chaves ativadas em cada instante.
CONCLUSÃO
Evidentemente, não vimos tudo que pode ser feito com interruptores magnéticos.
Baseadas nos circuitos que demos neste artigo, acreditamos que muitas outras aplicações podem ser imaginadas.
Sugerimos que enviem suas aplicações à nós, pois dependendo de sua utilidade e da maneira como cada um nos der notícia de suas descobertas, poderemos aproveitá-las publicando-as na seção de Colaboradores.
