As configurações mais usadas no interfaceamento se sensores de pressão utilizam amplificadores para instrumentação.. No entanto, para as aplicações mais modernas, em que o interfaceamento ocorre com circuitos digitais, existem configurações mais convenientes. Baseados em literatura da Freescale (www.freescale.com), mostramos algumas configurações específicas para sensores de pressão, com características melhores do que as tradicionais. Na revisão de 2012 constatamos que este artigo ainda é bastante atual, devendo apenas o leitor verificar antes a disponibilidade dos componentes recomendados.
Nas aplicações em que o sensor de pressão deve ser ligado a um microcontrolador, as características dos amplificadores utilizados devem levar em conta diversos fatores. Um deles é justamente a saída que deve se adaptar a faixa comum de entrada dos conversores A/D que varia de 0 a 5 V. Como os sensores de pressão fornecem saídas na faixa de milivolts é óbvio que os amplificadores utilizados devem ter um ganho elevado.
Outra característica a ser observada está no fato de que as saídas dos sensores de pressão são diferenciais, assim, devem existir recursos para que esta saída seja convertida para uma de pólo único capaz de ser trabalhada pelo circuito. Outros pontos importantes consistem na mudança do nível de referência de 0,5 V para a pressão zero, obtendo-se assim uma escala de 0,5 a 4,5 V para toda a faixa de pressões que devem ser medidas. Também devem ser levadas em conta as características de impedâncias de entrada e de saídas destes circuitos.
Para chegarmos às configurações melhoradas, partimos da configuração tradicional de um amplificador de instrumentação, mostrada na figura 1.
Este amplificador possui uma entrada diferencial e nas duas etapas paralelas de entrada o ganho é baixo para se obter assim maior impedância de entrada. O ganho final é dado pela segunda etapa. Este circuito, entretanto não tem um ajuste de offset DC, o que é importante na aplicação com sensores de pressão. Para obter um ajuste de offset temos uma configuração mais avançada que é mostrada na figura 2. Neste circuito o potenciômetro R6 possibilidade o ajuste do ponto de zero da saída. O recurso é obtido através da conexão de R3 de 1 k ao pino 14 do amplificador operacional U1D. A tensão bufferizada de offset é justamente derivada do cursor do potenciômetro de ajuste. Este circuito permite ajustar a tensão de offset em 0,75 V o que leva a uma faixa de saídas de 0,75 V a 4,75 V, compatível com as entradas A/D dos microcontroladores.
Se bem que este circuito funcione bem existem alguns problemas a serem considerados numa aplicação prática. Dentre suas limitações temos o elevado número de componentes externos, principalmente resistores que devem ser bem casados. Falhas no casamento destes resistores degradam a rejeição em modo comum e a tolerância inicial na tensão de offset sob pressão zero. Em aplicações críticas, onde o número de componentes e a precisão são importantes, esta configuração não pode ser considerada das mais convenientes.
As limitações do circuito apresentado podem ser eliminadas com outra configuração, mostrada na figura 3. Neste circuito a maior amplificação é obtida por U1A que é configurado como um amplificador diferencial , sendo isolado da saída negativa do sensor por U1B. A finalidade de U1B é evitar a corrente de feedback que flui através de R5 e R6 através do sensor. Observe ainda a presença de um regulador de tensão para alimentar o sensor e também fornecer uma tensão fixa para o ajuste de nulo.
Para os valores dos componentes utilizados neste circuito, o ganho é de aproximadamente 125. Este circuito utiliza menos componentes que o anterior e é mais estável. Mas, mesmo assim temos ainda quatro amplificadores operacionais e um número razoável de resistores que devem ser bem casados, com tolerâncias baixas. A saída deste circuito é uma tensão analógica que pode ser aplicada diretamente à entrada do conversor A/D de um microcontrolador. Uma configuração ainda melhor, pois usa menos componentes e é mais estável é a mostrada na figura 4.
Este circuito utiliza apenas dois amplificadores operacionais e alguns resistores para determinar o ganho e demais características. Os valores dos componentes podem ser alterados em função da faixa de tensões desejadas na saída, ou seja, conforme as características de entrada do circuito interfaceado.
Conclusão:
Os circuitos mostrados neste artigo são sugestões de aplicações para o desenvolvimento de projetos que empreguem sensores de pressão. Dependendo da s características dos circuitos interfaceados e a utilização de outros amplificadores operacionais, alterações dos valores dos componentes podem ser necessárias. O que é importante entretanto,, é que o leitor veja as configurações que podem ser adotadas para a resolução de problemas específicos quando se utilizam sensores de pressão.
