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Monitor de Estabilidade de Temperatura

1. Introdução:A dinâmica acelerada dos mercados industriais faz com que o nível deexigência quanto à qualidade e rapidez dos processos desenvolvidos

seja bastante elevada. Desta forma, a tendência natural buscarmaior precis!o, con"abilidade e exatid!o nos processosdesenvolvidos para que a atividade "m ou o produto consiga serentregue no menor espa#o de tempo possível, tendo o menor custopossível, mas ainda assim garantindo qualidade.

$ma importante ferramenta para que se atinjam estes parâmetros otrabal%o de calibra#!o. &egundo o 'ocabul(rio )nternacionalde *etrologia +')* a  calibra#!o representa o conjunto de opera#-esque estabelece, sob condi#-es especí"cas, a rela#!o entre os valoresindicados por um instrumento de medi#!o, sistema de medi#!o ouvalores representados por uma medida materializada ou material dereferência, e os valores correspondentes às grandezas estabelecidaspor padr-es. ste trabal%o ent!o valida o desempen%o doequipamento ou instrumento dentro do processo no qual ele est(inserido, garantindo que estes itens sejam capazes de fornecer   osresultados desejados de forma precisa, por meio de uso deinstrumentos de controle. A calibra#!o garante continuidade no nívelde desempen%o das m(quinas e tambm auxilia nos requisitos dequalidade uma vez que deixa os dispositivos sempre em constantedisponibilidade para o processo.

Dentre as grandezas as quais mais se realizam trabal%os decalibra#!o no ambiente industrial est!o press!o, sinais eltricos e / ofoco deste trabal%o 0 a temperatura. 1os processos de calibra#!orelacionados a esta grandeza, existem importantes critrios deuniformidade e estabilidade do meio no qual se realizam os ensaiosos quais precisam ser assegurados para que a calibra#!o sejaconsiderada v(lida. 2 preciso garantir a %omogeneidade datemperatura em diferentes pontos do meio no qual estejam sendorealizados os ensaios +ainda que este meio seja o ar atmosfrico, e preciso tambm assegurar a constância da temperatura em pontos

de uma mesma zona de medi#!o durante a decorrência de instantessucessivos de tempo.

Alm do contexto da calibra#!o, a importância da termometria seestende para os mais diversos segmentos do mercado sejam estesquímicos, petroquímico, sider3rgico, cerâmico, farmacêutico, vidreiro,alimentício, papel e celulose, %idreltrico, nuclear ou quaisqueroutros. 4 monitoramento da temperatura fundamental para aobten#!o do produto "nal especi"cado que apresente alta qualidade,mel%ores condi#-es de rendimento e seguran#a, e a custos

compatíveis com as necessidades e exigências do mercadoconsumidor.

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Dos mais diversos sensores para temperatura existentes no mercado,como term5metros +de coluna de vidro, digitais, à g(s oubimet(licos, termorresistências, e termopares, os mais utilizados na(rea industrial s!o os termopares. stes elementos contam com umaextensa faixa de temperatura a qual conseguem cobrir, possuem boa

precis!o e taxas de repetibilidade consideradas aceit(veis, tudo issomediante a um custo mais econ5mico uma vez comparamos osvalores com outros tipos de sensores.

2. Objetivo:6onstruir um dispositivo que monitore a temperatura doambiente7equipamento desejado, identi"cando valores m(ximos emínimos e anunciando quando a temperatura medida pode serconsiderada est(vel baseado em erro aceit(vel.

3. Materiais e Métodos:8ara a constru#!o deste dispositivo foram utilizados9

• : 8laca Arduíno $14 com processador A;*< *=A >?@8• &oftBare Arduíno +)D vers!o :.C. • Eiblioteca para conversor *AFCCG• : *Hdulo conversor *AFCCG • : ;ermopar tipo I • : DisplaJ <6D *4D<4 :CK?%• : 8otenci5metro +?KI•

: 6abo de dados $&E• : 8rotoboard modelo *8?L?KA• Mios para alimenta#!o e comunica#!o de dados

4 procedimento de montagem do dispositivo foi executado nasetapas descritas abaixo9)nicialmente foi feita a alimenta#!o da 8laca Arduíno por umcomputador atravs do cabo de dados, e como forma de teste daliga#!o foi carregado para esta placa um programa b(sico +NElinOP dabiblioteca de exemplos do softBare de programa#!o o qual faz piscarum <D da prHpria placa.

$ma vez visto que o programa funcionava corretamente, foi realizadaa conex!o entre o conversor *AFCCG e a placa Arduíno conformeilustrado na Migura K: e descrito na ;abela K:.

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Migura K: 0 Detal%e da liga#!o entre o conversor *AFCCG e a placa

Arduíno.

MX!" #rduino

' 'cc

=1D =1D

&4 8ino L +digital

6& / c%ip select 8ino +digital

&6I 8ino C +digital

 ;abela K: 0 <iga#!o dos pinos do *AFCCG na placa Arduíno.

6om o conversor conectado à placa, conectamos o termopar aoconversor conforme a Migura K? e testamos o conjunto por meio daleitura serial +serialt%ermocouple presente na biblioteca do conversor*AFCCG cujas leituras podem ser observadas na Migura K>.

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Migura K? 0 Detal%e da liga#!o do termopar no conversor *AFCCG.

Migura K> 0 <eituras do termopar com o programaQserialt%ermocoupleR da biblioteca do conversor *AFCCG

As etapas de montagem e teste do displaJ foram realizadas emseguida e consistiram nos passos descritos abaixo9Moi implementado o controle de bril%o para o displaJ conformemostrado nas Miguras KL a e b abaixo.

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Migura KL a0 Detal%e da liga#!o do controle de bril%o do displaJ

Migura KL b0 squema de liga#!o do controle de bril%o do displaJ.

Ainda com a placa Arduíno conectada ao computador por meio docabo de dados, a utilizamos para alimentar o displaJ e seu sistema decontrole de bril%o, fazendo uso do protoboard para multiplicar estespontos de alimenta#!o, conforme ilustra a Migura K.

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Migura K 0 Detal%e da multiplica#!o de pontos de alimenta#!o no8rotoboard.

Sealizamos a liga#!o entre o displaJ e a placa Arduíno conformemostrado na Migura KC descrito na ;abela K?.

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Migura KC 0 Detal%e da liga#!o entre o displaJ e a placa Arduíno.

$ispla% #rdu&no

8ino L do <6D +S& 8ino G do Arduíno+8T*

8ino do <6D +ST =1D

8ino C do <6D + 8ino @ do Arduíno+8T*

8ino :: do <6D +DL 8ino U do Arduíno+8T*

8ino :? do <6D +D 8ino :K do Arduíno+8T*

8ino :> do <6D +DC 8ino :: do Arduíno+8T*

8ino :L do <6D +DG 8ino :? do Arduíno

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+8T*

 ;abela K? 0 <iga#!o do Arduíno no displaJ

8ara testar a liga#!o do displaJ com a placa Arduíno criamos umprograma simples e o carregamos no sistema, conforme mostram asMiguras KG e K@.

Migura KG 0 6Hdigo do programa para teste do displaJ

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Migura K@ 0 DisplaJ mostrando mensagem de teste.

4 teste do sistema como um todo foi realizado atravs de umprograma prHprio para indica#!o da leitura do termopar em displaJ<6D, tambm presente na biblioteca do *AFCCG +lcdt%ermocouple,como mostrado na Migura KU. Moi necess(rio um pequeno ajuste noprograma base, pois nele os pinos dos quais s!o col%idas informa#-esda placa Arduíno n!o correspondem ao modelo utilizado. staaltera#!o destacada na Migura :K.

Migura KU 0 Detal%e do displaJ indicando a temperatura registradacom programa da biblioteca do *AFCCG.

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Migura :K 0 Detal%e da altera#!o da numera#!o dos pinos decomunica#!o entre displaJ e placa Arduíno.

'. (esultados:Ao "m da etapa de montagem e teste do projeto proposto, obtivemoso %ardBare mostrado na Migura ::.

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1V A*4&; W:

Migura :: 0 XardBare do monitor de estabilidade de temperatura

4 programa criado para o dispositivo possui lHgica descrita conformeo Yuxograma mostrado na Migura :?, +que ser( explicado mais afrente nas discuss-es do relatHrio e o cHdigo escrito abaixo9

*dia de A*4&;

6ol%er :Kamostras de

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/:Z6 [+X/<[:Z6

/:Z6[+8/ ;6[:Z6

 

Migura :? 0 Mluxograma do cHdigo para monitor de estabilidade

 //Instituto Federal Do Maranhão - IFMA //Disciplina de Microcontroladores //Alunas: Juliana Mota e Muriel Mendes //Código para Monitor de Estabilidade de Teperatura //Cria!ão e "# de $unho de %"&#

1\

&)*

)denti"catemperatura

 

)denti"catemperatura

 

*dia dastemperaturas

1\

&)*

1

&istemaconsiderado

screver na telaN&;A'<P

*ostratemperatura de

 

*ostrartemperatura

 

&)*

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 //'e(isão n) #

*include +a,.#h0*include +1i2uidCr3stalh0*include +4ireh0

int theroD5 6 78int theroC9 6 #8int theroC1 6 8

MA;.# therocouple<theroC1= theroC9= theroD5>8int (cc?in 6 @8int gnd?in 6 %8

1i2uidCr3stal lcd<.= = B= &"= &&= &%>8

 // Escre(endo o sbolo de grausuintt degree 6 G&7"=&7=&7=&7"=&%=&%=&%=&%H8

int i= $8oat 6-&""= 16&""= au,&6&""= au,%8oat au,= tep6"8oat leituras&#8

(oid setup<> G  9erialbegin<B"">8

  // use Arduino pins pinMode<(cc?in= 5KT?KT>8 digital4rite<(cc?in= IL>8  pinMode<gnd?in= 5KT?KT>8 digital4rite<gnd?in= 154>8  //Denindo pino digital % coo de entradalcdbegin<&= %>8

  lcdcreateChar<"= degree>8

  // Tepo de espera para estabiliNa!ão do con(ersor   dela3<&"">8H

 //1a!o principal do prograa(oid loop<> G  6-&""8  16&""8  Ohile<au,&0%>G  Por<$6"8$+&#8$QQ>G  tep6"8  Por<i6"8i+&"8iQQ>G  au,6<therocouplereadCelsius<>>8  tep6tepQau,8  H

tep6tep/&"8  leituras$6tep8

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 iP<leituras$0>

  6leituras$8  iP<leituras$+1>  16leituras$8

 //Teperatura Rdia  lcdclear<>8  lcdsetCursor<&"= &>8  lcdprint<tep>8  lcdOrite<<b3te>">8  lcdprint<SC S>8  //Teperatura ,ia  lcdsetCursor<"= ">8

lcdprint<S:S>8

  lcdprint<>8  lcdOrite<<b3te>">8  lcdprint<SC S>8

 //Teperatura nia  lcdsetCursor<"= &>8

lcdprint<S1:S>8  lcdprint<1>8  lcdOrite<<b3te>">8  lcdprint<SC S>8

  dela3<&""">8

  Hau,&6-18

  H  lcdclear<>8  lcdsetCursor<#= ">8

lcdprint<SE9TAUE1S>8  lcdsetCursor<"= &>8  lcdprint<tep>8

lcdsetCursor<= &>8  lcdprint<therocouplereadCelsius<>>8  dela3<#"">8  au,%6therocouplereadCelsius<>8  iP<au,%-tep0&VVau,%-tep+-&>  au,&6&""8H

Ao trmino da montagem do %ardBare e integra#!o dele com osoftBare realizarmos testes no monitor de estabilidade cujosresultados s!o expostos abaixo9

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 ;&; : 0 &1&4S )*S&4 * AS A;*4&M2S)64, ;*8SA;$SAA*E)1;.

Migura :> 0 Ambiente de teste

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Migura :L 0 *onitor de estabilidade realizando leituras

Migura : / *onitor de estabilidade indicando estabilidade

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 ;&; ? / &1&4S )*S&4 * =<)6S)1A <]^$)DA, ;*8SA;$SA D>KZ6 * EA1X4 $<;SA;S*4&;_;)64.

Migura :C 0 Ambiente de teste

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Migura :G 0 *onitor de estabilidade realizando leituras

Migura :@ / *onitor de estabilidade indicando estabilidade

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 ;&; > 0 &1&4S )*S&4 * _=$A M)<;SADA ^$1;, ;*8SA;$SA A8S4F)*ADA D KZ6.

Migura :U 0 Ambiente de teste

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Migura ?K 0 *onitor de estabilidade realizando leituras

Migura ?: / *onitor de estabilidade indicando estabilidade

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". $is)ussão:Ao vislumbrarmos um dispositivo que operasse como monitor deestabilidade de temperatura, pensamos em um equipamento queconseguisse acompan%ar as varia#-es que a temperatura de umYuido sofre 0 para mais e7ou para menos 0 quando est( em processo

de estabiliza#!o em um ponto de temperatura de"nido como alvo.ste dispositivo deveria acompan%as estas varia#-es, comparando/assempre em rela#!o ao ponto alvo, identi"car dentre estes valoraquele que atingiu a m(xima temperatura +mais distante do alvo paramais e aquele que atingiu a mínima temperatura +mais distante doalvo para menos, e realizar uma an(lise constante destes valorespara de"nir quando a medida pode ser considerada est(vel,respeitando uma faixa de tolerância nesta decis!o.

Diante desta necessidade, "zemos a escol%a de uso de uma placaArduíno $no por sua forma did(tica e vasto material disponível parapesquisa e desenvolvimento, e do conjunto termopar tipo I `6onversor *AFCCG pois o sensor possui um largo range detemperaturas as quais pode ser exposto + K a @KKZ6,o conversortorna o sinal de saída pronto para a leitura e o conjunto garanteprecis!o de :,Z6, resolu#!o de K,?Z6.8or se tratar de um projeto com pouco tempo para desenvolvimento,escol%emos assumir os riscos de construir o monitor em uma placa deteste.

8ara o softBare do dispositivo, foi pensado em um programa que

realiza dez leituras sucessivas de temperatura. ste processo deleitura se repete por : vezes e deste universo de amostras extrai amaior temperatura+X, a menor temperatura +< e a mdia de todasas dez amostras. ApHs isso realizada uma compara#!o entre omaior valor registrado de temperatura e o menor valor registrado detemperatura +X/<. 6aso esta diferen#a seja igual a :Z6 o dispositivoconsidera a temperatura est(vel e assim o indica na tela por escreverN&;A'<P na regi!o superior do displaJ, mostrando tambm atemperatura na qual foi observada a estabilidade +ponto deestabilidade em seu canto inferior esquerdo e a medi#!o detemperatura corrente no canto inferior direito. 1este modo de

indica#!o de estabilidade o programa compara constantemente ovalor de"nido como ponto de estabilidade e o valor medido datemperatura corrente9 enquanto a diferen#a entre eles permanece de:Z6 o modo de estabilidade mantido, no entanto se este limite forultrapassado o programa volta a coletar amostras de temperatura erealizar o processo j( descrito.

Durante a montagem e testes do dispositivos observamos algunsdetal%es que acreditamos ser de importante exposi#!o9 o termopartipo I n!o o sensor adequado para medir temperaturas prHximas àtemperatura ambiente. &endo indicado principalmente paraambientes extremos, as medidas para temperaturas prHximas àtemperatura ambiente mostram uma oscila#!o muito grande

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pudemos observar tambm que para rampas de temperaturas quecrescem ou decrescem de forma muito lenta o monitor apresentafalsos sinais de estabilidade antes de indicar a estabilidadeverdadeira. )sso ocorre pois como a temperatura sobe de forma lenta%( espa#o de tempo su"ciente para que %aja a#!o de compara#!o e

indica#!o de estabilidade em um ponto que logo em seguida sofrer(mudan#a. 

. *on)lusão:4 dispositivo desenvolvido como protHtipo atingiu resultadossatisfatHrios para este primeiro nível de testes, conseguindo rastreara temperatura em crescimento ou em decrescimento, identi"car ospontos de m(xima e mínima temperatura +X e <, respectivamente erealizar a compara#!o destes valores identi"cando a situa#!o deestabilidade dentro do parâmetro de erro dito como aceit(vel. Almdisso, ao analisarmos o cumprimento da rotina do programa odispositivo atende à critrios de repetibilidade, uma vez queconseguiu realizar a rotina descrita acima quantas vezes foramrealizados testes +para uma mesma temperatura e realizada a medidaem um mesmo meio e de reprodutibilidade, pois tambm conseguiurealizar a rotina descrita em diferentes cen(rios +diferentestemperaturas e medidas realizadas em diferentes meios.Moram observadas algumas oportunidades de mel%oria para odispositivo desenvolvido9 o %ardBare do monitor de estabilidade pode

ser construído em uma estrutura mais de"nitiva e robusta, na qualpodemos eliminar ruídos e interferências provenientes de mauscontatos dos "os de comunica#!o e alimenta#!o do dispositivos necess(rio encontrar uma curva de lineariza#!o para o sensor, pois omesmo apresenta erros diferentes para diferentes faixas detemperaturas, o que deve ser corrigido a possibilidade de adapta#!odo dispositivo para uso com diferentes tipos de sensores +outros tiposde termopares.

!. (e+er,n)ias::%ttp977BBB.unievangelica.edu.br7gc7imagens7"le7pbic7cnpq?K:K?K:

:7*odSelMinal)nic6ient.pdf.

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>%ttp977BBB.dreamdealer.nl7tutorials7connectinga:CK?alcddisplaJandalig%tsensortoarduinouno.%tml.

L %ttp977BBB.ceramicaindustrial.org.br7pdf7vKGnK7vGnC.pdf.

%ttp977BBB.mecatronicaatual.com.br7educacao7?>L/como/fazer/medicoes/de/temperatura/com/termopares/parte/>.

G %ttps977BBB.arduino.cc7.

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@ "le9777697$sers7uliana7DoBnloads7implant/sistemas/calibracao/ind?K+:.pdf 

U %ttp977BBB.manutencaoesuprimentos.com.br7conteudo7?:CK/bene"cios/do/servico/de/calibracao/e/ensaio/de/materiais7

:K %ttp977BBB.inmetro.gov.br7inovacao7publicacoes7vim?K:?.pdf 

:: %ttp977BBB.agsolve.com.br7dicas/e/solucoes7a/importancia/da/calibracao/e/manutencao/de/equipamentos