Aulas Liberato Do professor Irineu curvas ntc ptc

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Trabalho prático 6 / Instrumentação e Medidas 1

INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS

TRABALHO PRÁTICO Nº 6

SENSORES DE TEMPERATURA

1ª Parte - Medição de temperatura com Termopar

Introdução:

Os termopares apresentam uma f.e.m. de dezenas de µV por grau Centígrado de variação da temperatura entre a junção de medida e a junção de referência. Desta forma torna-se necessário fazer a sua amplificação para níveis de tensão que estejam menos sujeitos ao ruído e possam ser transmitidos à distância.

Outro problema que está associado à utilização dos termopares é a compensação da junção de referência quando se pretende uma resolução melhor que a gama de variação da temperatura em relação à temperatura ambiente.

A sua não linearidade e o acondicionamento do sinal, requerido devido à baixa f.e.m. gerada, são também problemas a ter em conta quando se pretende obter uma boa precisão da medida da temperatura.

Pretende-se nesta parte do trabalho realizar a medição da temperatura de um bloco de alumínio usando um termopar e o respectivo circuito de acondicionamento

Material:

- Bloco de aquecimento em alumínio;

- Termopar;

- Termómetro digital; - Fonte de Tensão tripla;

- Amplificador operacional LM 741; - Multímetros digitais;

- Osciloscópio;

- Resistências e condensadores;

Dados:

R₁=220 Ω R₂=220 kΩ R=10 kΩ C=10 µF

Descrição do trabalho:

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T1, T2, R1 e R2, sabendo que o coeficiente de temperatura (ou de Seebeck) é dado por α=40µ V/°C ( Vi=α.(T2-T1)).

1.2 – Para os valores dados, determine a expressão de Vo (considere a temperatura ambiente T1=25ºC).

1.3 – Polarize o amplificador operacional da figura 1 com +/- 12V.

1.4 – Usando um multímetro meça e registe os valores de tensão na entrada Vi e na saída Vo do amplificador operacional a partir de 30ºC até 130ºC com incrementos de 10ºC (use o outro multímetro como termómetro digital). Preencha o quadro 1 e comente eventuais diferenças entre os valores teóricos e experimentais.

1.5 – Coloque o filtro passa-baixo na saída do circuito e visualize no osciloscópio em modo AC os sinais antes e depois do filtro com grande amplificação vertical. Comente.

Figura 1 - Medição de temperatura com termopar.

2ª Parte - Medição de temperaturas com termistores

Introdução:

Outro tipo de sensor de temperatura muito utilizado é o termístor. Os termístores são dispositivos feitos de materiais semicondutores, cuja resistência varia acentuadamente com a temperatura. Enquanto o sensor de platina é quase linear, os termístores são bastante não lineares.

Os termístores NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo) apresentam um abaixamento da resistência com o aumento da temperatura. Os termístores PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo) apresentam um aumento da resistência com o aumento da temperatura e alguns são caracterizados por esta subida ser abrupta, o que os torna úteis em dispositivos de protecção de sobreaquecimento.

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Figura 2 – Curvas características de termístores NTC.

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Material:

- Bloco de aquecimento em alumínio; - Termómetro digital;

- Fonte de Tensão tripla;

- Amplificadores operacional LM 741; - 2 Multímetros digitais;

- Resistências

Descrição do trabalho:

2.1 - Pretende-se simular com base na montagem da figura 4 o funcionamento de um sistema de aquecimento com controlo de temperatura de um processo. Para isso utilizam-se dois led´s (díodos emissores de luz), um servirá para indicar que o sistema se encontra a aquecer correctamente o processo controlado (led verde), e um segundo servirá para indicar uma situação de excesso de temperatura e consequentemente a necessidade de efectuar o corte no aquecimento (led vermelho).

Supondo que se faz R1=R2=10kΩ e R=”valor da resistência do NTC para a

temperatura escolhida como limite máximo do processo”, analisando o primeiro andar da

montagem, da figura 2, resulta que a tensão à saída do mesmo é dada por Vo =2,5×

( )

∆x V, em

que ∆x=(R−RNTC)/R. Pela expressão anterior podemos constatar que o sinal de V0 depende do sinal de ∆x. Para RNTC>R a tensão V0 é negativa e para RNTC<R V0 é positiva. Se for utilizado

um segundo andar para realizar uma montagem comparadora, à saída deste segundo andar teremos +/-12V, que serão utilizados para controlar o processo, que é simulado em laboratório pela utilização dos dois led´s, conforme explicado acima.

Vermelho Verde

-+

+ -5V R1 R R2 NTC 1K 1K V0

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2.2 – Obtenha a expressão de V0 dada no ponto anterior.

Considerando que a temperatura máxima de funcionamento admitida é de 65ºC, ao que corresponde uma resistência do NTC de aproximadamente 360Ω, faça a montagem de acordo com as indicações referidas no ponto anterior (não se esqueça de polarizar os amplificadores operacionais) e ligue o bloco de aquecimento, controlando a temperatura com o termómetro digital e verificando o estado dos led´s.

Compare o funcionamento da montagem em aquecimento com o arrefecimento. Comente quaisquer diferenças observadas

2.3 – Suponha agora que R1=10kΩ e que R2=4,7kΩ e que não alterava o valor de R. Verifique analiticamente se existe alteração do valor da temperatura para a qual se dá a comutação dos led´s.

2.4 – Ainda com R1=10kΩ e que R2=4,7kΩ, dimensione o valor máximo e mínimo de um potenciómetro a colocar no lugar de R, por forma a que possa efectuar manualmente o ajuste da temperatura limite do processo. A temperatura limite deverá estar compreendida dentro do intervalo 25ºC a 65ºC a que correspondem valores da resistência do NTC de 1.4kΩ e 360Ω respectivamente.

Leitura recomendada:

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INSTRUMENTAÇÃO E MEDIDAS

TRABALHO PRÁTICO Nº 6

FOLHA DE RESPOSTAS

TURMA:________ GRUPO:________

NOMES:____________________________________________________________________

1.1

1.2

1.4

T2(ºC) T2-T1(ºC) Vi(mV) Vo medido(V) Vo teórico(V)

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

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1.5

2.2

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