Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Relatório de Atividades Experimentais LDR’s e NTC’s
Projeto FEUP 2016/2017 - MIEEC :
Sara Marinho Pinho Ferreira Manuel Firmino da Silva Torres
Equipa XXX000:
Supervisor: José Nuno Teixeira de Almeida Monitora: Joana Fonseca
Estudantes & Autores:
Emanuel Castro [email protected] Rodrigo Alves [email protected] Filipe Oliveira [email protected] Rodrigo Lopes [email protected]
Maria Afonso [email protected]
Resumo
No âmbito da unidade curricular Projeto FEUP, foi proposto ao grupo de trabalho realizar atividades experimentais envolvendo LDR’s e NTC’s de modo a compreender o seu comportamento.
No que toca aos LDR’s, através da utilização de uma fonte de iluminação, cuja intensidade luminosa podia ser regulada, através de um luxímetro foram medidos os valores da resistência para os correspondentes níveis de intensidade luminosa, o resultado foi uma curva em que se verificava que à medida que a intensidade luminosa diminuía a resistência aumentava.
Em relação aos NTC’s, com o auxilio de um recipiente cheio de água quente, e de um termómetro foi medida a variação dos valores de resistência à medida que a água arrefecia.
Os valores observados formavam uma curva, a partir da qual era possível deduzir que, à medida que os valores da temperatura iam diminuindo os valores da resistência iam aumentando.
Conclui-se então que ambos os tipos de resistências se comportavam com era esperado.
Recomendações: Aquando da realização da atividade dos NTC’s é necessário ter atenção à posição da resistência, garantindo que esta não entra em contacto com as paredes do recipiente de modo a não afetar os valores obtidos. Durante a atividade pratica dos LDR’s com vista a obter resultados mais exatos recomenda-se a utilização de um espaço escuro para a realização da atividade experimental, evitando assim a influência da luz ambiente nos valores medidos pelo luxímetro.
Palavras-Chave
LDR, NTC, resistências, termómetro, intensidade luminosa, luxímetro.
Agradecimentos
Todo este projeto não teria sido possível sem o apoio do nosso professor José Nuno Teixeira de Almeida, e da nossa monitora Joana Fonseca, os quais nos guiaram tanto na realização dos trabalhos experimentais como na elaboração do presente relatório, com os seus conselhos e apoio contínuo.
Gostaríamos também de agradecer a toda a organização do Projeto FEUP e a todos os oradores das palestras, por todas as ferramentas e conhecimentos transmitidos na primeira semana do semestre, os quais fundamentaram a realização deste trabalho.
Índice
Lista de figuras………...5
Lista de acrónimos……….5
Glossário……….5
1. Introdução ………..6
2. LDR’s e NTC’s, O que são?...7
2.1. LDR’s……….7
2.1.1. Características dos LDR’s………7
2.1.2. Aplicações dos LDR’s………...8
2.1.3. Desenvolvimento Experimental……...………...8
2.1.3.1. Material Necesário………...8
2.1.3.2. Montagem Experimental………...9
2.1.3.3. Procedimentos Experimentais………..10
2.2. NTC’s………...11
2.2.1. Características dos NTC’s………..11
2.2.2. Aplicações dos NTC’s………...12
2.2.3. Desenvolvimento Experimental……….12
2.2.3.1. Material Necessário………12
2.2.3.2. Montagem Experimental………13
2.2.3.3. Procedimentos Experimentais………...14
3. Conclusões………..15
Referências bibliográficas………..16
Lista de figuras
Figura 1………9
Figura 2………9
Figura 3………..10
Figura 4………..11
Figura 5………..11
Figura 6………..12
Figura 7………..13
Figura 8 ……….13
Gráfico 1……….10
Gráfico 2……….14
Lista de acrónimos
LDR - Light Dependent Resistor
NTC - Negative Temperature Coefficient
Glossário
Light Dependent Resistor – Resistor cuja resistência varia inversamente à intensidade da luz que incide sobre o si.
Negative Temperature Coefficient – Resistor cuja resistência varia inversamente à temperatura do meio que o envolve.
Breadboard - placa em plastico usada para fazer ligaçoes entre circuitos
1. Introdução
No âmbito da unidade curricular Projeto FEUP, o grupo 2 da turma 2 do 1º ano do curso de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores, realizou este trabalho aqui presente, no qual aborda o tema “Resistências dependentes da luz e da temperatura”. O propósito deste trabalho é conhecer as características de cada uma das resistências estudadas, NTC´s e LDR´s, averiguando, através de atividades experimentais, quais as melhores formas de utilizar estes dispositivos e qual será a sua utilização no mundo atual.
(A possibilidade de fazer medições de temperatura que, hoje em dia, é de extrema importância, deve-se à necessidade de realizar medições precisas relacionadas com qualquer aparelho tecnológico do seculo XXI, desde computadores, carros e até reatores nucleares.
Estes são apenas três exemplos de sistemas modernos cujo funcionamento seria impossível sem NTC’s.)
2. LDR e NTC, o que são?
As resistências utilizadas, LDR’s (Light Dependent Resistors) e NTC’s (Negative Temperature Coeficient), tratam-se de resistências construídas com materiais especiais, cujas capacidades variam de acordo com a intensidade da luz e a temperatura do meio envolvente, respetivamente.
2.1. LDR’s
2.1.1. Características dos LDR’s
Um LDR é constituído a partir de um material semicondutor com elevada resistência.
Deste modo, quando a luz que incide sobre o semicondutor tem uma frequência suficiente, os fotões incidentes libertam eletrões para a banda condutora, aumentando a sua condutividade e diminuindo a sua resistência. Dependendo do tipo de LDR, estes podem ser mais ou menos sensíveis às radiações Infravermelhas (IR), Visíveis ou Ultravioletas (UV). A sensibilidade de um foto resistor varia de acordo com o comprimento de onda da radiação incidente, sendo que, por vezes, se o comprimento de onda estiver fora de um certo intervalo este não irá afetar o resistor de maneira alguma. Por outro lado, muitos resistores são feitos para detetar radiações de maior comprimento de onda, como os Infravermelhos. Assim é necessário evitar mudanças de temperatura uma vez que estas podem influênciar as medições, afetando a resistência do LDR.
Outra propriedade característica dos LDRs é o intervalo de tempo entre a deteção da alteração da intensidade da luz e a respetiva alteração do valor da resistência. Depois de se fazer incidir luz sobre o LDR, tendo este estado submetido a um ambiente de escuridão total, costuma demorar aproximadamente 10 ms (milisegundos) para a resistência diminuir. No caso do procedimento oposto pode demorar até 1 segundo até se verificar o mesmo fenómeno. Isto é chamado de resistance recovery rate, e, por esta razão, os LDR’s não podem ser utilizados onde existam rápidas mudanças de intensidade luminosa.
2.1.2. Aplicações dos LDR’s
Os LDR’s são frequentemente utilizados como sensores de luz, ou seja, quando se pretende detetar a presença ou ausência de luz, ou de medir a intensidade da mesma.
Alguns exemplos de aplicações mais comuns para os foto-resistores são luzes de rua e medidores de luz fotográfica. Como a reação à luz nos LDRs não é instantânea uma das suas aplicações fora do campo da deteção é o seu uso em áudio compressores, utilizando-os como uma forma de induzir uma resposta com delay.
2.1.3. Desenvolvimento experimental
Neste capítulo iremos explicar como procedemos na concretização da experiência, material utilizado, parte teórica e processos experimentais específicos.
2.1.3.1. Material Necessário
Para realiza a experiencia é necessário o seguinte material:
-LDR
-Multímetro, com capacidade de medir resistências -Breadboard
-Cabos para realizar as ligações entre breadboard e multímetro -Fonte de energia luminosa (candeiro com lâmpada)
-Luximetro -Caixa opaca -Reóstato
-Telemóvel equipado com luxímetro
2.1.3.2. Montagem do sistem
1º-Com todos os terminais desconectados, fazer a ligação da breadboar com o LDR, e com o multímetro, para isso ligamos um dos terminais do LDR a uns dos terminais do multímetro (tanto faz qual o terminal neste caso), e reperimos o processo para o outro par de terminais multimetro-LDR, como na imagem apresentada.
2º- Colocar o extremo vermelho na entrada do multimetro com o seguinte aspeto : HzΩ mV, e a ponta preta na entrada : COM . Depois, selecionar para mediçao de resistências no multimetro, rodando para o simbolo Ω, como sugere a figura abaixo.
Figura 1: Montagem experimental LDR.
Figura 2: Configuração do Multímetro.
3º-Ligar a fonte luminosa a um reóstato (para regular a intensidade da luz), coloca-la sobre o LDR e sobre o luximetro e envolver tudo numa caixa opaca, de modo a minimizar a entrada de luz exterior no sistema, pois se tivermos essa interferência os valores irão ser falseados.
2.1.3.3. Procedimentos Experimentais
Em primeiro lugar, escolhem-se diversos pontos no regulador da fonte de iluminação, de modo a fazer incidir sobre o LDR diferentes intensidades de radiação. De seguida, seleciona- se o primeiro ponto escolhido, fazendo-se incidir a radiação sobre o LDR e o luxímetro. Após isto registam-se os valores de resistência e intensidade luminosa. Repete-se o processo para todos os pontos escolhidos, anotando os valores que lhes correspondem. Por fim, utilizando os valores obtidos, constrói-se um gráfico cuja representação será do tipo:
Figura 3: Montagem experimental com iisolamento luminoso.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Gráfico 1: Relação entre a resistência elétrica e a intensidade luminosa (Gráfico Experimental).
Resistência Elétrica (Ohms)
Intensidade Luminosa (Lux)
2.2. NTC’s
2.2.1. Características dos NTC’s
Os NTC’s são um tipo de termístor, não polarizado eletricamente e cuja resistência diminui com o aumento da temperatura . Apareceram pela primeira vez em 1834 e são formados normalmente por platina , níquel , cobalto e ferro.
Os NTC’s podem ser distribuídos em três diferentes grupos dependendo do processo de produção e também para que finalidade específica eles são utilizados:
Bead thermistors: são usados em corpos cerâmicos (diretamente inseridos).
Têm uma maior velocidade de resposta e uma melhor estabilidade. São usados para temperaturas mais elevadas do que os termístores do tipo disk and chip. Apesar de tudo isto, eles são bastante frágeis, daí a necessidade comum de selá-los em vidro, para que estejam mais protegidos de eventuais danos mecânicos durante a montagem dos circuitos.
Disk and Chip thermistors:
estes termístores têm superfícies de contacto metalizadas e são mais largas portanto têm um tempo de
resposta mais lento. Contudo, têm uma elevada constante de dissipação (energia necessária para aumentar a temperatura em 1º C) devido ao seu tamanho e, como a energia dissipada e a intensidade ao quadrado são proporcionais, este tipo de termístores conseguem aguentar com uma maior corrente do que os do tipo bead.
Figura 4: Bead Thermistors.
Figura 5: Disk and Chip thermistors.
Glass encapsulated NTC thermistors:
são selados numa bolha de vidro hermética, ou seja, totalmente fechada, o que melhora a
estabilidade do sensor assim como a sua proteção do meio ambiente. São especialmente usados para temperaturas acima dos 150º C ou em quadros de montagem de circuitos uma vez que é necessário elevada robustez.
2.2.2. Aplicações dos NTC’s
Devido à relação entre a resistência e a temperatura, anteriormente referida, o objetivo principal dos NTC’s é controlar, compensar e alterar a temperatura em dispositivos eletrónicos (diminuindo ou aumentando a sua resistência). Alguns exemplos de tais dispositivos eletrónicos são: alarmes, termómetros digitais, relógios digitais, ar-condicionado e dissipadores de calor.
2.2.3. Desenvolvimento experimental
2.2.3.1. Material Necessário
Para que a realização da experiência seja possível, são necessários os seguintes elementos:
-NTC
-Multímetro, com capacidade de medir resistências -Breadboard
-Cabos para realizar as ligações entre breadboard e multímetro -Caixa a prova de agua que resista a temperaturas até 120ºC -Termómetro submersível
-Agua a 50-70ºC
Figura 6: Glass encapsulated NTC
thermistors.
2.2.3.2. Montagem do Sistema
1º-Com todos os terminais desconectados, fazer a ligação da breadboard com o NTC, e com o multímetro, para isto liga-se um dos terminais do NTC a uns dos terminais do multímetro (o terminal é indiferente neste caso), e repetir o processo para o outro par de terminais multímetro-NTC, como na imagem apresentada. Introduzir o sensor do termómetro na agua, com cuidado, para não entrar em contacto com a superfície do recipiente, o mesmo se aplica ao NTC.
2º- Colocar o extremo vermelho na entrada do multímetro com o seguinte aspeto: HzΩ mV, e a ponta preta na entrada : COM . Depois, selecionar para medição de resistências no multímetro, rodando para o símbolo Ω, como sugere a figura abaixo.
Figura 7: Montagem experimental de NTC.
Figura 8: Configuração do Multímetro.
2.2.3.3. Procedimentos experimentais
Agora, já com todos os elementos montados e ligados (multímetro e termómetro), podemos então dar inicio aos precessos experimentais. Para isso, determinamos um intervalo de tempo (30 s, ou o utilizado 1 min) e a cada intervalo recolhemos 2 valores, o valor da resistência apresentado no multímetro e o valor da temperatura que se verifica no termómetro.
29 31 33 35 37 39 41 43 45 47
7,5 9,5 11,5 13,5 15,5 17,5 19,5
Relação Temperatura-Resistência
Resistência (Kilo-Ohms kΩ) Gráfico 2: Relação entre a temperatura e a resistência elétrica de um NTC.
Temperatura (ºC)
3. Conclusões
Foi-nos proposto realizar estes trabalhos laboratoriais com o objetivo de nos ajudar a compreender o funcionamento de dois tipos diferentes de resistências. Assim, a partir dos resultados experimentais que obtivemos, pudemos concluir que:
No que diz respeito aos LDR’s, quanto maior for a intensidade da radiação que se fizer incidir sobre os mesmos, menor é a resistência elétrica que estes oferecem.
Em relação aos NTC’s, à medida que a temperatura da água que envolvia o NTC diminuía, a resistência elétrica era cada vez maior.
Estas características juntamente com o baixo custo de produção, tanto dos LDR’s como dos NTC’s, significam que estas resistências e as suas diversas aplicações estão presentes em todo o nosso dia-a-dia e continuarão a sê-lo futuramente.
Referências bibliográficas
Ryan.2002."Light Dependent Resistors"
http://www.technologystudent.com/elec1/ldr1.htm (Acedido a 18 de Outubro)
SUNROMTechnologies.2008."Light Dependent Resistor"
http://kennarar.vma.is/thor/v2011/vgr402/ldr.pdf (Acedido a 18 de Outubro)
RadioEletronics."Light Dependent Resistor, Photoresistor, or Photocell"
http://www.radio-electronics.com/info/data/resistor/ldr/light_dependent_resistor.php (Acedido a 19 Outubro)
ResistorGuide. "NTC themistor".
http://www.resistorguide.com/ntc-thermistor/
(Acedido a 23 de Outubro)
ResistorGuide. "Photo resistor".
http://www.resistorguide.com/photoresistor/
(Acedido a 20 de Outubro)
