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

OBJETIVOConstrução 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.

SENSORI = 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

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 CIRCUITOSVd=-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: Com isso, obtém-se:

V0=TcV0=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.

RESULTADOS OBTIDOS A tabela a seguir mostra os resultados obtidos:

MULTÍMETRO(mV)

TERMÔMETRO(ºC)

ERRO

25,00 25,00 0,00%

26,70 27,00 -0,30%

38,80 39,00 -0,20%

Os erros de medida da temperatura com o circuito devem-se principalmente a 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 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 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