Compreendendo os sensores PWM:guia de funcionalidade e testes

Um número crescente de sistemas industriais está substituindo os sinais analógicos tradicionais por modulação de largura de pulso limpa e resistente a ruídos.

Como a saída PWM liga e desliga em vez de manter um nível analógico estável, isso resulta em menor consumo de energia e menor produção de calor. Explicaremos as operações ON e OFF posteriormente neste artigo.

Os sensores de modulação por largura de pulso (PWM) estão agora em toda parte. Neste artigo, explicaremos em detalhes como um sinal de sensor PWM pode representar uma variável de processo e mostraremos como testá-lo com seu confiável multímetro digital.

Sensores PWM são usados em diversas aplicações. Por exemplo, medem posição e deslocamento, pressão e força, monitoram velocidade e RPM, entre outras funções.

Sensores analógicos e PWM

Vamos começar identificando dois sensores analógicos que estão sendo substituídos por sensores PWM.

Potenciômetros

Os potenciômetros já foram a escolha preferida para muitas aplicações de medição de posição.

Eles também eram comuns em joysticks, alavancas e pedais.

Por que eles estão sendo substituídos por dispositivos PWM? Um potenciômetro possui um limpador de metal que esfrega contra um material resistivo para criar uma resistência variável. Com o tempo, eles ficam sujos e desgastados. Limpá-los é quase impossível, por isso são frequentemente substituídos.

No entanto, eles não desapareceram completamente e provavelmente continuarão por aí por algum tempo.

Codificadores de eixo

Tudo bem, e os codificadores de eixo? Encoders ópticos têm sido usados ​​há décadas para determinar a posição do eixo. Existem codificadores absolutos PWM que oferecem melhor resistência a poeira, óleo, vibração e choque; eles não dependem de uma fonte de luz LED e de um disco de código para gerar um sinal de saída.

Como funcionam os sensores PWM

Ok, agora que discutimos onde você pode encontrar sensores PWM e por quê, vamos prosseguir e explicar como eles funcionam.

Em termos simples, o PWM envolve o ajuste do ciclo de trabalho de uma forma de onda digital de frequência constante. Com um sensor PWM, as alterações no ciclo de trabalho refletem variações em um parâmetro físico, como rotação, posição ou pressão.

Ciclo de trabalho e frequência

Então, o que é ciclo de trabalho? Vamos começar discutindo a frequência.

Na América do Norte, todos estamos familiarizados com a frequência de 60 Hz de uma tensão de linha CA.

Em um osciloscópio, a tensão da linha CA é mostrada como uma onda senoidal que se repete a 60 ciclos por segundo.

Usando matemática simples, podemos determinar que o tempo para completar um ciclo, denominado Período, é de 16,67 milissegundos. Como conseguimos isso? O Período é o inverso da frequência.



P é o período de um ciclo.

Tipos de forma de onda

Nem todas as formas de onda repetidas são senoidais ou alternadas em polaridade como a tensão de linha. Existem formas de onda dente de serra e formas de onda quadradas, para citar alguns.

PWM é uma forma de onda repetida em que cada meio ciclo pode variar em duração.

Cada ciclo da forma de onda possui um tempo em que a tensão está LIGADA e outro quando está DESLIGADA.

O ciclo de trabalho é a proporção do tempo ligado em relação ao período ou a duração de um ciclo. O ciclo de trabalho é expresso como uma porcentagem.

Exemplo de sensor PWM

Vejamos um exemplo.

Temos um sensor PWM com período de 2 segundos e tempo ON de 0,5 segundos. O ciclo de trabalho é a relação entre o tempo ligado e o período total. Neste exemplo, são 0,5 segundos divididos por 2 segundos. Lembre-se, expressamos o ciclo de trabalho como uma porcentagem, portanto é 25%.



O dispositivo da série Megatron HTP36 é um codificador absoluto de volta única com saída PWM.

Opera a uma frequência de 244 Hz. O ciclo de trabalho varia de 10% a 90%, o que corresponde a uma rotação de 0 a 360 graus. Com uma tensão de alimentação de 5V DC, podemos assumir que o pulso de tensão no tempo ON é de 5V DC.

Por que o ciclo de trabalho varia de 10% a 90%? Essa faixa é comum para sensores PWM, embora 5% a 95% também seja típica. A faixa completa de 0% a 100% não é usada para fins de diagnóstico. Um sinal abaixo de 10% ou acima de 90% indica uma possível condição de falha.

Observando um sinal PWM com um osciloscópio

Vamos examinar a forma de onda que observaríamos num osciloscópio portátil Fluke 190, alimentado por bateria, ligado à saída deste codificador.

Numa rotação de 0 graus, observamos um ciclo de trabalho de 10%. O período da forma de onda é de 4,0 milissegundos e o tempo de ativação é de 0,4 milissegundos.



Numa rotação de 360 graus, observamos um ciclo de trabalho de 90%. Como de costume, o período da forma de onda é de 4,0 milissegundos. O tempo ON é de 3,6 milissegundos.



É importante notar aqui que a especificação indica um ciclo de trabalho máximo de 90%, que é aproximadamente 3,5 ms.

Por que a diferença? Essencialmente, esta é uma prática padrão em planilhas de dados. O fabricante arredonda os valores para simplificar.

Medindo sinais PWM com um multímetro digital

Bem, é ótimo se você ou sua empresa puderem comprar um osciloscópio portátil caro, mas poucos conseguem.

Tudo o que você realmente precisa é de um DMM (multímetro digital) com algumas opções especiais, como o Fluke 87V, que pode medir frequência e ciclo de trabalho.

Um sensor PWM é um dispositivo ativo, diferentemente de um potenciômetro, que é passivo. Ele precisa de energia para funcionar. Não há testes de ohmímetro que você possa realizar para determinar se ele pode ser reparado.

Este DMM específico possui um botão denominado Hz com um sinal de porcentagem percentual.

Este botão permite medir a frequência em hertz e o ciclo de trabalho como uma porcentagem com um único toque.

Para medir a frequência, conecte os cabos aos terminais VAC DMM e ajuste o seletor para volts CA. Conecte os terminais como fez com o osciloscópio. Pressione o botão Hz uma vez e o display mostrará a frequência em hertz.



Lembre-se de que a frequência PWM permanece constante; portanto, a leitura não deve mudar ao girar o codificador.

Para medir o ciclo de trabalho, mantenha os mesmos cabos conectados. Pressione o botão Hz novamente e o display mostrará agora o ciclo de trabalho como uma porcentagem. Você verá o valor do ciclo de trabalho mudar de 10% para 90% à medida que gira o codificador de 0 a 360 graus.



Será óbvio se o sensor está morto, questionável ou instável a partir das leituras do DMM.

Testando sensores PWM usando tensão CC

Se o seu DMM não tiver a opção de medir frequência ou ciclo de trabalho, nem tudo estará perdido. Você ainda pode ter uma ideia aproximada da operação de um sensor PWM configurando o medidor para medir volts CC. Neste modo, o DMM mostra a média da forma de onda pulsada.

Como o ciclo de trabalho varia com a rotação do encoder, a tensão CC média também muda. Quando o ciclo de trabalho aumenta, a tensão CC medida aumenta de acordo.



Você não poderá determinar o ciclo de trabalho com este método. No entanto, se a tensão CC permanecer inalterada enquanto o codificador gira, o sensor PWM deve ser considerado suspeito.

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Resumo

Os sensores PWM são surpreendentemente fáceis de testar em campo com um multímetro digital, desde que você entenda o ciclo de trabalho e a frequência.

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18 de março de 2026