Termômetro
- Autor: Luciano Lettnin
- Email: luciano12.rs at gmail.com
- Curso: Engenharia Eletrônica
- Data: Julho de 2013
Informações Técnicas
- Sensor Base:
- LM35 - Sensor de Temperatura
- Datasheet: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf
- Principio de funcionamento:
- O LM35 é um sensor de temperatura de precisão, cujo sinal de saída (em tensão) é linearmente proporcional à temperatura. A vantagem do LM35 é que é um circuito integrado de baixo custo e com baixa impedância de saída e que não necessita calibração externa. A resposta do LM35 é em tensão e é de 10mV/ºC.
- Características do CI LM35:
- Calibrado diretamente em graus Celsius (ºC);
- Linear 10,0 mV / °C (fator de escala);
- Precisão de 0,5°C (a 25 °C);
- Faixa de Operação de -55°C até 150 °C;
- Apropriado para aplicações remotas;
- Baixo custo;
- Não necessita de calibração no circuito;
- Alimentação de 4V a 30V;
- Corrente de dreno menor que 60 µA;
- Baixo auto-aquecimento, 0,08 °C em ar ambiente;
- Baixa impedância de saída (0,1 Ohm por 1 mA de carga).
- Diagrama esquemático:
- fonte (editor utilizado)
- Este circuito foi projetado utilizando o Eagle na versão 6.4.0.
- Comportamento:
- Para este instrumento, o sinal em tensão do LM35 será amplificado para que possamos melhorar o desempenho do circuito, pois a tensão de saída máxima do LM35 é 1.5V, isso para 150°C, porém, o PIC permite um sinal de entrada de até 5V, então devemos amplificar o sinal para melhorar a precisão.
- O ganho do amplificador deve ser VS/VE (VS=tensão de saída e VE=tensão de entrada), ou seja:
- AV= 5V/1,5V
- AV= 3,33.
- Dimensionando os resistores do amplificador:
- Como a configuração da etapa amplificadora é não inversora, a equação é:
- AV = 1+(R2/R1) (esta denominação dos componentes está associada ao esquemático acima)
- 3,3 = 1+(R2/1000) (resistor de 1 KΩ escolhido aleatoriamente)
- R2 = 2333 KΩ
- Como este valor encontrado não é um valor comercial, usaremos um resistor de 2k2Ω que nos proporcionará uma tensão de saída máxima de 4,8V.
- Com os valores definidos, o novo ganho ficará:
- AV = 1+(2200/1000)
- AV = 1+2,2
- AV = 3,2.
- Para proteger a entrada do conversor A/D de tensões maiores de 5 volts, pois o circuito de amplificação neste caso é alimentado com 7 Volts, a saída do amplificador operacional possui um diodo ligado a 5 volts. Com isto, garantimos que não haverá tensão maior que 5 volts na entrada do conversor. Uma possível saturação da saída do amplificador operacional já poderia danificar a entrada do conversor A/D. Com esta proteção, evitamos uma possível queima do CI LM324 (amplificador operacional).
- Comportamento na Prática:
- O circuito acima demonstrado foi montado primeiramente em pront-board para testes e o resultado pode ser observado na foto abaixo:
- Nesta imagem com os dois multímetros, o da esquerda está medindo a saída do LM35 e o da direita está medindo a saída da tensão após a etapa de amplificação, ou seja, na saída do amplificador operacional. Como podemos observar, o valor lido na saída do LM35 é de 0,2286V que corresponde a 22,8ºC conforme a relação de linearidade (10mV/ºC). O Valor lido na saída amplificada é de 0,7208V. Este valor é 3,15 vezes o valor da entrada, portanto, o circuito de amplificação está funcionando conforme projetado.
- Mais uma imagem para ilustrar o funcionamento do circuito. Novamente o sinal amplificado é 3,15 vezes do valor da entrada. Com isto, podemos comprovar que o circuito funciona tanto em valores de temperatura ambiente como em valores mais altos de temperatura e demonstra que a amplificação também mantém-se constante.
- Os multímetros utilizados para estas medições, são calibrados.
- Máscara para confecção da placa:
- Para poder confeccionar a placa, foi gerado a máscara pelo software Eagle, conforme o documento acima.
- Placa montada:
- Após a placa devidamente corroída, a mesma foi montada conforme o esquemático apresentado anteriormente.
- Na foto abaixo, podemos observar a placa montada.
- Software Customizado:
- Para poder monitorar e plotar o valor da temperatura, foi desenvolvido um software customizado na plataforma do Borland Builder 6.0. Este software, faz a leitura do valor da porta serial e faz o tratamento necessário para converter este valor em temperatura. Para poder ler este valor do sensor, está sendo utilizado a placa de aquisição CD2000. Na tela abaixo, apresento uma tela que foi capturada no monitoramento do sensor.
- Validação:
- Afim de validar o valor de temperatura apresentado pelo software, foi realizado um print da tela no mesmo instante em que foi registrado uma foto contendo um multímetro com um termo-higrômetro. O multímetro está medindo a resposta em tensão do valor de temperatura diretamente no pino do CI LM35 e o termo-higrõmetro está medindo a temperatura ambiente.
- Para fins de comparação:
- Foto do multímetro lendo o valor direto no LM35 e de um Termo-Higrômetro;
- Tela do software no mesmo momento da foto anterior;
- Nas fotos, é possível observar que há uma diferença entre as medições do multímetro, do termo-higrômetro e do valor apresentado pelo software customizado. Esta diferença é perfeitamente aceitável, visto que, a precisão de resposta do CI LM35 é de 0,5ºC e também há a questão da tolerância dos componentes utilizados na placa de circuito impresso (2%) e também da placa de aquisição de dados (5%). Estas tolerâncias interferem diretamente nestes valores.
- Relatório Final (pdf):
- O relatório final apresentando o instrumento desenvolvido pode ser acessado neste link: termometro_digital_-_relatorio_final.pdf
- Apresentação Final do Instrumento Desenvolvido:
- Software Customizado:
- Neste link coletadaq_proj.zip você encontra o arquivo executável do software customizado.