Projeto de um termômetro a partir de um diodo

Universidade Federal do Rio Grande do NorteCentro de Tecnologia – CTDepartamento de Engenharia de ElétricaInstrumentação EletrônicaProf.: Luciano Fontes Projeto de um termômetro a partir de um diodo Alunos: José Inácio de Lima Neto(inacioneto2@yahoo.com.br) Roni Teteo Pessoa(roni_teteo@hotmail.com) Professor: Luciano Fontes

OBJETIVO • Construção de um termômetro digital a partir de um diodo como sensor e tendo como interface homem-máquina um multímetro.

SENSOR • Circuito básico do sensor • O diodo empregado é o LN4004, por sua disponibilidade no laboratório; • A característica mais importante para este projeto é a variação da tensão de polarização direta do diodo em função da temperatura.

SENSOR I = I0 (eqV/kT − 1) Onde:I: corrente no diodo em ampères (A).I0: corrente de saturação (A).q: carga do elétron (≈ 1,6 10−19 C).V: tensão aplicada em volts (V).k: constante de Boltzmann (≈ 1,38 10−23 J /K).T: temperatura da junção em kelvin (K).

PROCEDIMENTOS • 0ºC -----------------730mV • 100ºC --------------587mV, tomando a variação como linear, obtém-se a equação da reta: • Vd=[-1,43xTc+730] mV • Vd - tensão de polarização direta do diodo(V) • Tc – Temperatura(ºC)

GRÁFICOS

PROCEDIMENTOS

DESENVOLVIMENTO DOS CIRCUITOS Fonte de alimentação simétrica: • Para tornar o projeto mais compacto, optou-se por utilizar apenas uma bateria 9V, devido a isso foi elaborado o arranjo com o diodo Zener de modo a simular uma fonte simétrica. • A tensão sobre o Zener é da ordem de 4,5V, como a bateria é de 9V, a queda de tensão no resistor também é de 4,5V. Fazendo o referencial de terra no catodo do Zener, obtém-se uma fonte simétrica.

DESENVOLVIMENTO DOS CIRCUITOS Vd=-1,43xTc+730 mV • Fazendo: Vd’=[-1,43xTc+730mV]/-1,43 Vd’=Tc-0,51 V • Para obter a equivalência direta entre a temperatura e a tensão mostrada no multímetro é necessário implementar um circuito com Amp Op na configuração amplificador inversor, como segue:Ganho(A) = 1/1,43=0,51

DESENVOLVIMENTO DOS CIRCUITOS • Para ajustar o segundo termo da equação da reta, utiliza-se de um circuito subtrator: Com isso, obtém-se: • V0=Tc

DESENVOLVIMENTO DOS CIRCUITOS • Estas duas operações resultam no circuito abaixo:

CALIBRAÇÃO DO TERMÔMETRO • 1. Desligar pino 6 do 2º amp op e aterrar R8 que estava ligado neste pino. • 2. Ligar um multímetro na escala de 2Vdc no pino 6 do 2º amp op. • 3. Ajustar o potenciômetro R10 para obter 0,510 V no multímetro. • 4. Religar pino 6 do 2º amp op e desfazer aterramento em R8. • 5. Ajustar o potenciômetro R4 para obter 0,00 mV no multímetro (escala de 200 mV ). • 6. Com o auxílio de um termômetro em temperatura ambiente, reajustar P2 para que a temperatura lida no multímetro seja igual à do termômetro.

MULTÍMETRO (mV) TERMÔMETRO (ºC) ERRO 25,00 25,00 0,00% 26,70 27,00 -0,30% 38,80 39,00 -0,20% RESULTADOS OBTIDOS • A tabela a seguir mostra os resultados obtidos: Os erros de medida da temperatura com o circuito devem-se principalmente a não linearidade da tensão do diodo versus temperatura e a variações de tensão no circuito devido ao offset dos amp op e imprecisão nos ajustes

CONCLUSÃO • Comparando os resultados do projeto com o termômetro, estes foram satisfatórios. O circuito pode ser utilizado como termômetro eletrônico portátil e de baixo custo, sendo de fácil construção. • Com o conhecimento adquirido é possível projetar desde termômetros até termostatos eletrônicos utilizando o diodo como sensor de temperatura. • A escala do multímetro é de 0 a 100ºC.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Millman, Jacob. Eletrônica: dispositivos eletrônicos, 2ª Edição Vol 2,McGraw-Hill do Brasil, 1981. [2] Sedra, Adrel S.; Smith, Kenneth C. Microeletrônica, Quarta Edição ,MAKRON Books, 2000. [3] Boylestad, Robert Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos, 3ª edição – Rio de Janeiro : Prentice-Hall do Brasil, 1986. [4] Anotações da disciplina Circuitos Eletrônicos II. [5] http://www.eletrica.ufsj.edu.br/labeletroica.html [6] Notas de Aulas da disciplina de Instrumentação Eletrônica

Projeto de um termômetro a partir de um diodo