Uso de Sensores

1. Uso de Sensores Termômetro utilizando a porta de jogos do computador Alexandre Alves dos Santos Farias

2. Introdução • O projeto consiste na construção de um termômetro digital tendo como base a utilização de um termistor e a porta de jogos de um computador.

3. Porta de Jogos • O princípio de funcionamento do instrumento é similar ao de um joystick. • Quatro entradas analógicas e quatro digitais. • Medimos temperatura usando apenas as entradas analógicas (sticks), ou seja, os pinos 3, 6, 11 ou 13 existentes no conector DB15 (quinze pinos).

4. Porta de Jogos

5. Porta de Jogos • Circuito Elétrico da Porta de Jogos

6. Entrada Analógica • Resolução de 8 bits, isto significa que é possível medir 28 (= 256) valores distintos nesta entrada. • Concebida para trabalhar com um potenciômetro cuja resistência varia desde zero até aproximadamente 100 kΩ.

7. Aquisição de Dados • Com o auxílio de um software apropriado é possível fazer o computador ler e armazenar as resistências que variam. • AqDados 2.0, desenvolvido por Ives S. Araújo da UFRGS. • Linguagem Logo.

8. Sensor • Para medidas de temperatura, é necessário conectar na entrada analógica um sensor cujo valor da resistência depende da temperatura. • Sua resistência deve estar dentro da faixa de operação da entrada analógica ao longo de toda a experiência.

9. Termistor • Termistor é um semicondutor fabricado à base de um óxido metálico, cuja resistência varia com a mudança na temperatura. • NTC (do inglês Negative Temperature Coefficient) - termístores cujo coeficiente de variação de resistência com a temperatura é negativo. • PTC (do inglês Positive Temperature Coefficient) - termístores cujo coeficiente de variação de resistência com a temperatura é positivo.

10. Termistor

11. Termistor NTC • Tipicamente utilizável para medidas na faixa de -50º C a 150ºC. • É constituído por uma liga de óxidos metálicos principalmente manganês, níquel, cobalto, cobre ou ferro. • Na fabricação, dois destes metais são unidos numa mistura que é sintetizada em elevada temperatura. • Variando o tipo de óxido, temperatura e atmosfera onde é realizada a síntese, tem-se curva características R-T diferentes para cada NTC.

12. Montagem • A montagem consiste na conexão elétrica de um termistor entre um pino +5V e um dos pinos 3, 6, 11 ou 13, interpretados pelo computador como leituras de resistência variável.

13. Calibragem • Transformar as leituras feitas pelo computador, dadas em unidade de resistência elétrica, em temperatura. • O valor da resistência dado pelo computador é obtido pela equação: t(μs) = 22,4 + 11 x R , onde t é o tempo que demora um capacitor, que está em série com o termistor, para carregar.

14. Calibragem • Um boa aproximação para a resistência do NTC em função da temperatura para variações de até 50° C tem a seguinte forma: • E sua inversa logarítmica: • Para um termistor de 100kΩ, a incerteza foi de ±2°C para utilização dentro da faixa de até 50°C de variação. Para até 80°C, incerteza de ±4°C.

15. Calibragem • Para calibragem, deve-se definir os parâmetros a e b das equações do NTC. • Pode ser feita pela escolha de duas temperaturas conhecidas: T1 e T2. Medindo-se R(T1) e R(T2), através do AqDados 2.0, obtêm-se a e b pela solução de um sistema de duas equações e duas variáveis.

16. Calibragem • Conhecidos a e b, utiliza-se a equação 2 para converter, através de uma planilha eletrônica de dados, cada valor de resistência elétrica em um valor de temperatura.

17. AqDados 2.0

18. Vantagens • Baixo Custo; • Armazenamento quase instantâneo das informações em planilhas de dados; • Separação física entre a unidade termossensível e o mostrador.

19. Referências • ARAUJO, I. S. et al. Medindo temperatura com um termistor do tipo NTC conectado à porta de jogos. Disponível em http://www.if.ufrgs.br/cref/ntef/material/joystickNTC.html. Acesso em 13 set. 2007. • HAAG, Rafael - Aquisição automática no laboratório de Física da escola de ensino médio, VIII WIE: Workshop de Informática na Escola. Florianópolis 17 a 19/07/2002. • CAVALCANTE, M. A.; TAVOLARO, C. R. C. – Projete você mesmo experimentos assistidos por computador: construindo sensores e analisando dados – Revista Brasileira de Ensino de Física, São Paulo, v. 22, n. 3, p. 421-425, 2000.