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Transmissores de 2, 3 e 4 fios: alimentar corretamente a malha
"De quantos fios precisa este transmissor?" parece uma pergunta sobre ligações, mas é sobretudo uma pergunta sobre alimentação. Um transmissor tem duas tarefas, medir e comunicar, e o número de fios depende da origem da sua alimentação. Um erro nesta escolha pode impedir a alimentação da malha, produzir leituras incorretas ou queimar uma placa.
O transmissor de 2 fios alimentado pela malha
Um transmissor de 2 fios funciona inteiramente com a corrente da própria malha. Os mesmos dois fios transportam a alimentação DC e o sinal de 4–20 mA. Não existe um cabo de alimentação separado: o transmissor é alimentado pela malha, e a fonte de 24 V DC é instalada em série na malha, no painel ou nos bornes de interligação.
Esta é a solução habitual para a grande maioria dos transmissores de processo, de pressão, temperatura, nível e caudal, porque exige apenas dois fios por dispositivo e é simples na sua conceção. A contrapartida é um orçamento de potência restrito: toda a eletrónica do transmissor tem de funcionar com a corrente mínima disponível nos modos de operação e de falha especificados, mantendo correta a corrente de sinal. Por isso, os dispositivos de 2 fios dispõem de potência interna limitada para funções como grandes visores ou sensores aquecidos.
| Propriedade | 2 fios | 3 fios | 4 fios |
|---|---|---|---|
| Origem da alimentação | O mesmo par do sinal numa configuração alimentada pela malha | Alimentação separada com referência partilhada | Par de alimentação e par de sinal separados |
| Saída típica | 4–20 mA | Corrente ou tensão, conforme o projeto | Corrente ou tensão, conforme o projeto |
| Orçamento de potência | Limitado pela tensão da malha e pela corrente mínima | Limites da fonte e do condutor comum | Capacidade nominal da fonte separada |
| Isolamento | Verificar a especificação real | Verificar a especificação real | Quatro fios não o garantem |
| Verificação das ligações | Alimentação da malha e entrada compatível | Tipo de saída, comum e comportamento de fornecimento/absorção de corrente | Alimentação nominal e saída ativa/passiva |
A solução intermédia de 3 fios
Um transmissor de 3 fios tem dois fios de alimentação e um terceiro para o sinal, partilhando um condutor comum. Esta solução é utilizada quando o dispositivo precisa de mais potência do que a malha pode fornecer, mas o fabricante pretende poupar um fio em relação à ligação completa de 4 fios. A configuração de 3 fios normalmente fornece uma saída de tensão de 0–10 V ou uma saída de 4–20 mA referenciada ao mesmo comum da alimentação.
O comum partilhado de um dispositivo de três fios merece atenção. A queda de tensão nesse condutor afeta diretamente um sinal de tensão referenciado; uma saída de corrente comporta-se de outra forma até se ultrapassar o seu limite de tensão disponível para a carga ou de modo comum. Verifique a resistência dos condutores, o tipo de entrada e as diferenças de referência permitidas no circuito real.
O transmissor de 4 fios com alimentação separada
Um transmissor de 4 fios tem dois fios para a sua própria alimentação, normalmente 24 V DC ou 110/220 V AC, e dois fios separados para o sinal de saída. A alimentação e a saída podem ou não estar galvanicamente isoladas entre si. É utilizado quando o dispositivo precisa de potência significativa: transmissores de radar com aquecimento da antena, instrumentos analíticos, computadores de caudal e transmissores com um grande visor local ou uma saída de relé.
Uma configuração de quatro fios proporciona um orçamento de potência separado. O isolamento é uma especificação adicional a verificar entre alimentação, sinal, sensor e terra; não decorre do número de condutores. Verifique também se a saída de corrente é ativa ou passiva antes de a ligar a uma entrada alimentada.
O cálculo da queda de tensão que determina a viabilidade da malha
Num circuito de corrente alimentado pela malha, a fonte tem de cobrir a tensão mínima nos terminais do transmissor, a resistência de ida e volta dos cabos, as cargas em série e as quedas nos equipamentos associados. Uma saída de tensão com alimentação separada exige outro cálculo de carga. Para a malha de corrente:
Tensão de alimentação ≥ tensão mínima do transmissor + Imax × resistência total em série + outras quedas de tensão especificadas, com margem de projeto.
A 20 mA, assumindo uma tensão mínima do transmissor de 12 V, uma carga de 250 ohms e cabos com resistência de ida e volta de 150 ohms, o consumo é 12 + 5 + 3 = 20 V, restando 4 V de uma fonte de 24 V. A 22 mA, as mesmas cargas resistivas consomem 8.8 V, restando 3.2 V. Verifique a corrente máxima real, a alimentação mínima, as barreiras e as tolerâncias antes de aceitar essa margem.
Escolher a configuração adequada
Medição normalizada de 4–20 mA → considerar um instrumento de dois fios quando os seus requisitos de potência e de resposta forem adequados à aplicação.
Sensor alimentado ou dispositivo com necessidade moderada de potência → 3 fios, mas verificar os erros de terra associados ao comum partilhado.
Dispositivo com maior consumo de potência → utilizar a configuração de alimentação separada especificada; verificar explicitamente o isolamento e o tipo de saída.
Malha de segurança ou crítica → seguir o manual de segurança e a arquitetura aprovada, incluindo a fiabilidade da alimentação, os diagnósticos e o orçamento de tensão no pior caso. O número de fios, por si só, não demonstra a adequação.
Perguntas dos técnicos
P1. Posso alimentar pela malha um transmissor de 4 fios?
Só se o fabricante disponibilizar expressamente uma configuração de funcionamento alimentada pela malha. Um dispositivo com alimentação separada precisa da sua fonte nominal; o par da saída de corrente, por si só, não alimenta a eletrónica.
P2. Por que é comum utilizar 24 V DC em vez de 12 V?
Essa tensão proporciona frequentemente uma margem útil para a tensão do transmissor, a resistência dos cabos e as cargas em série. Escolha a fonte dentro dos limites nominais de todos os dispositivos e do circuito. Nenhum limiar único de tensão DC garante proteção ao toque em todas as condições de humidade, áreas perigosas ou falha.
P3. O que acontece se ligar um transmissor de 2 fios a uma placa de 3 fios?
Verifique os terminais reais e se a entrada alimenta a malha ou apenas mede a corrente. Algumas entradas suportam várias configurações. Utilize o esquema de circuito aprovado; as designações pelo número de condutores não determinam, por si só, a compatibilidade.
P4. Um transmissor de 4 fios precisa de um isolador separado?
Verifique a especificação de isolamento, o tipo de saída e os limites de modo comum da entrada. Alguns já fornecem o isolamento necessário; outros não. Quatro fios não comprovam separação galvânica.
