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artigo técnico
medição de corrente com resistência Bert Weiss Suporte Técnico Resistências RUTRONIK Elektronische Bauelemente GmbH
Praticamente qualquer circuito com função de comando e monitorização utiliza atualmente a medição de corrente, baseada em shunt, como a alternativa mais simples e barata às soluções de sensores. Para obter resultados de medição com a precisão necessária, é importante conhecer o modo de funcionamento dos shunts, uma vez que o método faz parte da tecnologia de medição de precisão e não deve ser descartado como uma tarefa banal. Um shunt é uma resistência de baixa impedância, com o qual é possível medir a intensidade da corrente – motivo pelo qual também é conhecido por resistência de deteção de corrente. Este é utilizado sempre que a corrente a medir ultrapassa a gama do aparelho de medição, uma vez que o shunt é ligado paralelamente ao aparelho de medição. Toda a corrente flui através do shunt e produz uma queda de tensão que é medida. Com a ajuda da Lei de Ohm é possível calcular a partir daqui a intensidade da corrente através da resistência conhecida (I = V/R). Para manter a potência de dissipação – e assim também a geração de calor – tão reduzida quanto possível, é necessário que os shunts tenham um valor de resistência muito baixo na área dos miliohms, e alguns ainda inferiores. A vantagem deste tipo de medição é que as falhas podem ser rapidamente detetadas e eliminadas, tornando-o particularmente interessante para aplicações relevantes do ponto de vista da segurança, nas quais são detetadas falhas. Além disso, fornecem resultados de medição precisos e permitem assim, por exemplo, o comando eficiente de acionamentos ou a monitorização de sistemas de gestão de baterias. As resistências shunt oferecem, simultaneamente, uma excelente relação preço/qualidade. Por princípio, os shunts são adequados para todos os tipos de aplicações de medição – nomeadamente na Corrente Contínua e Alternada. Os mesmos vivem atualmente um verdadeiro boom, sobretudo devido ao www.oelectricista.pt o electricista 63
número crescente de medições de estados no automóvel, por exemplo na gestão do motor e da bateria, no comando de airbags, ABS e outros sistemas de segurança, fecho e entretenimento informativo. Também em aplicações na indústria, tecnologia médica, energias renováveis e registo avançado (Smart Metering), as resistências de deteção de corrente são utilizadas com frequência.
ESTÃO DISPONÍVEIS DIFERENTES TÉCNICAS Os shunts estão disponíveis na técnica de camada metálica, assim como totalmente em metal. As resistências de camada são bastante mais económicas, mas há que contar com um coeficiente de temperatura comparativamente pior. Acresce uma outra desvantagem resultante do tipo de construção: nas resistências de camada metálica é aplicada uma pasta sobre um substrato de cerâmica que é depois regulada para o valor desejado através do ajuste por laser. Forma-se, assim, uma estrutura heterogénea que é ajustada para o valor nominal na forma meândrica. Além das indutâncias parasitas já existentes, isto causa uma indutância em série, invalidando a Lei de Ohm na sua forma pura e falsificando o resultado da medição de corrente. A queda de tensão no shunt ocorre depois segundo a fórmula U = I x R – L(di/dt). Assim, as resistências de camada metálica são viáveis apenas se a indução for irrelevante. As resistências shunt totalmente em metal são constituídas por um elemento de resistência homogéneo, não se formando uma indutância adicional e permitindo um resultado de medição constante e verdadeiro. Isto é decisivo para aplicações de alta precisão,
como por exemplo na tecnologia médica ou em aparelhos de medição de precisão. Além disso, destacam-se por uma elevada precisão de medição e capacidade de resistência a choque térmico. As mesmas estão disponíveis em diferentes formatos – entre os quais alguns bastante maiores do que as resistências de chip padrão – e valores de coeficiente de temperatura bastante inferiores a 100 ppm/K. As resistências totalmente em metal podem ser operadas a temperaturas de 275°C no máximo com uma potência até 7 W. Estão disponíveis valores de resistência até à gama mais baixa dos miliohms de um dígito. O valor de resistência ideal pode ser determinado de forma relativamente simples: a tensão de medição mais baixa com a qual ainda se consegue alcançar resultados suficientemente precisos é dividida pelo valor de corrente mais baixo da gama de medição. A tendência vai para os formatos mais pequenos com potências maiores, havendo também cada vez mais procura de versões específicas para os clientes no que respeita à geometria das ligações e ao formato do shunt. Não é possível avaliar de forma generalizada se estes devem ser preferidos aos modelos padrão, pois depende da aplicação. Uma vez que as resistências shunt são relativamente caras em comparação com outras tecnologias de resistências, já estão disponíveis em pequenas quantidades e amostras de teste.
SHUNTS DE 4 CONDUTORES Uma variante é a versão com 4 condutores. Aqui, a corrente passa através de duas ligações, sendo a tensão medida nas outras duas. Com a ajuda das ligações Kelvin internas é possível determinar a queda de tensão nas resistências de passagem, permitindo calcular a partir daí os erros de medição daí resultantes. Os shunts de 4 condutores são utilizados em dois casos: em primeiro lugar quando as resistências do circuito e de contacto são relativamente grandes e não podem ser descuradas em comparação com a resistência a medir. Em segundo lugar quando o valor de resistência é inferior a 10 mR, porque também os valores de resistência dos traçados de circuitos situam-se na área dos miliohms, devendo por isso ser considerados.