3.2 SISTEMA DE ACIONAMENTO E CONDICIONAMENTO DE SINAIS DO PRO- CESSO T ´ERMICO
O sensor Pt100 instalado varia sua resist ˆencia el ´etrica conforme a tempe- ratura, sendo assim, para converter o sinal para um de tens ˜ao, ´e necess ´ario obter a curva de resposta (resist ˆencia por temperatura) para que seja poss´ıvel a obtenc¸ ˜ao dos valores m ´aximo e m´ınimo de resist ˆencia. Possuindo estes valores ´e poss´ıvel projetar um circuito de condicionamento para adequar o sinal para uma escala de 0 a 5V. A Figura 19 ilustra a relac¸ ˜ao citada acima.
25 30 35 40 45 50 55 60 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 Temperatura Resistência Resposta do sensor Pt100
Figura 19: Relac¸ ˜ao resist ˆencia por temperatura do sensor Pt100 Fonte: Autoria Pr ´opria
De acordo com o manual descritivo, a temperatura m ´axima suportada pela bancada ´e de 65◦C, logo o circuito de condicionamento foi desenvolvido de forma a emitir 5V, quando a resist ˆencia do sensor for 120 Ω(65◦C) e 0V quando a resist ˆencia for 100 Ω. O circuito de condicionamento do sensor ´e ilustrado na Figura 20.
No circuito da Figura 20, a resist ˆencia do sensor passa por um divisor de tens ˜ao com o intuito de converter a mesma para um valor em tens ˜ao. Esta tens ˜ao passa por um amplificador n ˜ao inversor e posteriormente por um amplificador subtra- tor, onde o sinal de tens ˜ao ´e subtra´ıdo pelo sinal de refer ˆencia com o intuito de se obter uma tens ˜ao dentro da faixa de valores desejada (0V - 5V). No final do circuito foi implementado um filtro passa-baixa, para eliminar o ru´ıdo de alta frequ ˆencia na forma de onda da sa´ıda. A Figura 21 ilustra o funcionamento do circuito condicionador, em diagrama de blocos.
3.2 Sistema de Acionamento e Condicionamento de sinais do processo t ´ermico 33 Title Designed by Revision Page 1 of 1 24 LM324N1 0 10k VDD1 24 Pt100 10k VDD2 24 LM324N2 24 0 LM324N3 24 0 1k 20k 1k 5k 1k 5k 10k 10u V V = 4.9V V = 4.9V V = 5.9V V = 0.28V V = 5V Tensão de Referência Buffer Conversão de resistência para tensão Amplificador Não-Inversor Subtrator Amplificador Filtro Passa-Baixa
Figura 20: Simulac¸ ˜ao para condicionamento do sensor Pt100 Fonte: Autoria Pr ´opria
Sinal do Sensor 100 - 120 Divisor de tensão 0,23V – 0,28V Amplificador subtrator 0,7V – 5V Filtro Passa- baixa 0,7V – 5V Amplificador não inversor 4,89V – 5,9V
Figura 21: Diagrama de Blocos do Fluxo de sinal do circuito de condicionamento do sensor
Fonte: Autoria Pr ´opria
Ap ´os a realizac¸ ˜ao de testes no Protoboard constatou-se que o amp-op LM324 n ˜ao conseguia emitir 0V na sa´ıda do subtrator, mesmo quando as entradas fossem iguais, sendo que o valor de tens ˜ao m´ınimo na sa´ıda ´e 0,7V, por ´em ao se ava- liar a curva ilustrada na Figura 19 foi constatado que devido a in ´ercia do sensor para baixas temperaturas ,a temperatura equivalente a 0,7V encontra-se abaixo do valor m´ınimo fisicamente poss´ıvel do sistema (0◦C), tornando este problema obsoleto para os experimentos deste trabalho.
Inicialmente o atuador de controle da unidade aquecedora, estava conec- tado diretamente com 24V e 0V em seus terminais, tamb ´em foi identificado que o mesmo era controlado por um rel ´e interno, ou seja, apenas possu´ıa a func¸ ˜ao li- gado(24V) e desligado(0V). Logo para realizar o controle de sinal, optou-se por utilizar um circuito chave controlado por um sinal PWM(Pulse Width Modulation) de frequ ˆencia baixa, para n ˜ao comprometer o funcionamento do rel ´e, e amplitude 5V proveniente da placa de aquisic¸ ˜ao. Este circuito ´e representado na Figura 22.
3.2 Sistema de Acionamento e Condicionamento de sinais do processo t ´ermico 34 Title Designed by Revision Page 1 of 1 1k 10k Atuador de Controle PWM 0-5V
Figura 22: Circuito para condicionamento do atuador de controle da unidade aquecedora
Fonte: Autoria Pr ´opria
ilustrado na Figura 23. +24V 0V 24V Circuito Chave Controlado por PWM Unidade aquecedora
Figura 23: Esquem ´atico da
implementac¸ ˜ao do circuito de condici- onamento no atuador de controle da unidade aquecedora
Fonte: Autoria Pr ´opria
Sendo assim, quando o sinal do PWM estiver em n´ıvel l ´ogico alto o transis- tor ir ´a conduzir, permitindo a passagem de corrente e ativando o aquecedor, e quando o sinal estiver em n´ıvel l ´ogico baixo o transistor se torna um circuito aberto interrom- pendo a passagem de corrente.
Ap ´os ambos os circuitos serem devidamente testados em protoboard, mon- tou-se a placa de circuito impresso representada na Figura 24, a qual comporta tanto o circuito de condicionamento do sensor, como o do atuador da unidade aquecedora.
3.2 Sistema de Acionamento e Condicionamento de sinais do processo t ´ermico 35
Figura 24: Circuito de condicionamento para o processo t ´ermico Fonte: Autoria Pr ´opria
Cada processo da bancada, possui um m ´odulo, e em cada m ´odulo existe um terminal anal ´ogico que possui conectores de 24V, 15V, 2,5V e 0V, os quais foram utilizados para alimentar os amplificadores e tornar a refer ˆencia comum nos circuitos de condicionamento. O terminal anal ´ogico do processo t ´ermico ´e ilustrado na Figura 25.
Os conectores azuis disponibilizam 0V (refer ˆencia) j ´a os brancos disponibili- zam variados valores de tens ˜ao (24V, 15V e 2,5V), enquanto os laranjas disponibilizam apenas a tens ˜ao m ´axima (24V).
O m ´odulo possui 4 chaves liga/desliga em sua parte externa e 3 pares de bornes, sendo que 2 chaves e 2 bornes encontravam-se inicialmente inativados. As chaves e os bornes est ˜ao ilustrados nas Figuras 26 e 27 respectivamente.
Dentre as chaves, a que esta sob o nome de Extern Function (Func¸ ˜ao Ex- terna), que anteriormente encontrava-se inativa, foi utilizada para controlar a imple- mentac¸ ˜ao do circuito-chave no controle do atuador. Sendo assim, quando a chave estiver no estado on (ligado), o atuador passar ´a a ser controlado pelo circuito repre- sentado na Figura 22, j ´a quando a chave estiver no estado off (desligado), a bancada permanecer ´a com seu sistema de controle original.
Dentre os bornes, o par inferior emitia o sinal do sensor original da bancada, enquanto os dois pares superiores encontravam-se inativos, assim o borne superior
3.2 Sistema de Acionamento e Condicionamento de sinais do processo t ´ermico 36
Figura 25: Terminal anal ´ogico da bancada de processo t ´ermico Fonte: Autoria Pr ´opria
Figura 26: Chaves on/off do processo t ´ermico Fonte: Autoria Pr ´opria
foi escolhido para receber o sinal PWM de controle do atuador gerado pela placa de aquisic¸ ˜ao de dados, enquanto o borne do meio foi escolhido para receber o sinal de tens ˜ao acondicionado do sensor Pt100.
3.3 Modificac¸ ˜ao da bancada para gerar o fen ˆomeno de atraso de tempo 37
Figura 27: Bornes para ligac¸ ˜ao externa do processo t ´ermico Fonte: Autoria Pr ´opria
3.3 MODIFICAC¸ ˜AO DA BANCADA PARA GERAR O FEN ˆOMENO DE ATRASO DE