O Site do Hardware Livre - OSHW

Termostato de precisão (ART4065)

Um termostato nada mais é do que um dispositivo automático para manter uma temperatura praticamente constante ou para detectar variação de temperatura. Pelas razões expostas, esse tipo de circuito é ideal para comandar ventiladores, condicionador de ar, torradeiras, aquecedores elétricos ou qualquer outro dispositivo elétrico que se relacione com temperatura, como, por exemplo, o nosso bem conhecido ferro de soldar. Os termostatos convencionais se utilizam de uma lâmina bi metálica, foles cheios de gás ou líquido ou vários outros dispositivos sensíveis à temperatura — em particular os termistores — que provocam o fechamento de contatos, produzindo assim a ação ou correção necessária de temperatura.

 

 

Nota: este artigo foi publicado original num livro do autor de 1982. Como o 555 é um componente ainda atual, podemos dizer que o projeto pode ser montado com facilidade em nossos dias e não perdeu sua utilidade.
Para baixar o livro "O Superversátil CI 555" do autor - clique aqui.

 

O circuito aqui descrito utiliza um termistor corno elemento sensível à temperatura, sendo por isto capaz de ligar a carga por ele comandada tão logo a temperatura do local onde estiver instalado seu sensor atingir um valor inferior, da ordem de 0,5°C, ao programado pelo usuário; quando a temperatura, devido à comutação da carga aquecedora, for superior aproximadamente 0,5°C à previamente programada, o dispositivo automaticamente desligará a carga sob seu comando, assim permanecendo até o momento em que a temperatura venha a diminuir, quando o ciclo se repetirá.

Além das aplicações acima, o dispositivo ora proposto também poderá ser utilizado, com grande eficiência, como alarma contra incêndio. Devido à sua extraordinária sensibilidade a variações de temperatura, o dispositivo também pode ser empregado em laboratórios fotográficos, onde há necessidade de manter-se constante a temperatura da solução reveladora dos filmes, principalmente se estes forem coloridos.

Outras aplicações menos "convencionais" certamente serão encontradas pelo leitor para o termostato eletrônico aqui descrito.

 

O CIRCUITO

Corno o nosso dispositivo se utiliza de um termistor como elemento sensível à temperatura, é sobre este componente que serão tecidas as primeiras considerações.

Os termistores, abreviatura da palavra composta termo-resistor, são resistores cuja resistência ôhmica varia com a temperatura, ou seja: à medida que a temperatura se eleva, a sua resistência elétrica também aumentará ou diminuirá conforme, respectivamente, o termistor seja de coeficiente positivo ou de coeficiente negativo. Por isto, os termistores são classificados em duas grandes famílias, a saber:

a) termistor de coeficiente de temperatura positivo (termistor PTC —positive temperature coefficient) — a resistência ôhmica destes termistores acompanha, no mesmo sentido, a temperatura: se esta cresce, a resistência aumenta, e vice-versa.

b) termistor de coeficiente de temperatura negativo (termistor NTC — 'negative temperature coefficient') — nestes a sua resistência ôhmica varia de forma inversa com a temperatura, ou seja, se esta aumenta, a resistência diminui, e vice-versa (o termostato aqui proposto emprega justamente este tipo de termistor — termistor NTC). Pois bem, o circuito completo do termostato eletrônico está apresentado na Fig. 1; como podemos observar, o "coração" do mesmo é o nosso velho amigo 555, operando na condição de monoestável, cuja configuração foi amplamente analisada no capítulo II.

 

Fig. 1 — Diagrama esquemático do termostato eletrônico.
Fig. 1 — Diagrama esquemático do termostato eletrônico.

 

 

 


 

 

O funcionamento do circuito se processa da seguinte forma: a tensão da rede, normalmente 110 V C.A., é aplicada através da chave CH1 (optativa) ao primário do transformador T1, surgindo uma tensão eficaz de 12 volts no enrolamento do secundário; esta tensão alternada é retificada (onda completa) através dos diodos retificadores D2 a D5, sendo finalmente filtrada pelo capacitor eletrolítico C2; esta tensão, agora contínua, irá alimentar o integrado através dos pinos 1 e 8, assim como o restante do circuito.

Supondo que a resistência ôhmica do termistor R4, do tipo NTC, seja suficientemente elevada — temperatura baixa — a entrada-disparo do C.I. (pino 2) se encontrará a um potencial superior à terça parte do valor nominal da tensão de alimentação, devido ao divisor resistivo formado por R2-P1 e R4-R5; nestas condições, como é de nosso conhecimento, a saída do integrado (pino 3) se encontrará a praticamente zero volt, provocando a não condução do transistor Q1 que, em primeira análise, se constitui num estágio de potência cuja finalidade é fazer comutar adequadamente o relé R L1; com isto, os contatos do relé se apresentam conforme ilustra a Fig. X-1 e a carga estará desoperada.

Quando a temperatura aumentar, a resistência do termistor diminuirá, situando o potencial da entrada-disparo do integrado a um valor menor que a terça parte do valor da tensão de alimentação; neste justo momento, o integrado será disparado e, em consequência, a sua saída passa de zero volt —condição de repouso — para um valor praticamente igual ao de alimentação; este sinal é levado através de R3, que constitui um limitador de corrente, à base do transistor 01, o qual irá saturar, fazendo com que o relé R L1 opere, e o seu único contato reversível leva a alimentação conveniente à carga; simultaneamente a tudo isto, é retirado o aterramento, interno, do pino 7 do C.I., e o capacitor C1 começa a carregar-se através de R1. Quando a tensão entre os bornes deste capacitor, ou seja, quando a tensão entre o pino 6 (ou 7) do integrado e terra apresentar um valor em tensão igual a 2/3 da tensão de alimentação, o C.I. estará apto a retornar à sua condição de repouso, desativando a carga que seria responsável pela diminuição da temperatura; ao mesmo tempo, o capacitor C1 se descarregará quase que instantaneamente através do pino 7, agora aterrado, do circuito integrado.

Segundo os resultados no Apêndice IX, o tempo gasto pelo capacitor C1 carregar-se até o disparo de C.l.1 é da ordem de 3,6 ms, correspondendo ao tempo teórico mínimo no qual a carga ficará ativada, porém é bem provável que neste curto lapso de tempo a temperatura não tenha diminuído o suficiente para que o termistor apresente uma resistência ôhmica de maior valor, capaz de situar o potencial da entrada-disparo do C.I. em um valor superior à terça parte da tensão de alimentação; em consequência, o integrado se manterá constantemente disparado — carga ligada — mesmo que o período de temporização se tenha esgotado. Porém assim que a temperatura tenha diminuído o suficiente para tornar o potencial do pino 2 do C.I. superior à terça parte da tensão de alimentação, o circuito fará desativar a carga por ele comandada.

O ponto de disparo do dispositivo em função da temperatura é realizado através do potenciômetro P1 que, para maior precisão e facilidade de ajuste, poderá ser substituído por um outro potenciômetro do tipo multivoltas de valor ôhmico igual, ou maior, ao original; os resistores R2 e R5 se constituem em um limitador de corrente para os casos em que a resistência apresentada por P1 seja nula e quando o termistor apresentar um baixo valor resistivo.

O diodo D1 em paralelo com a bobina do relé R L1 tem por finalidade escoar o campo magnético desenvolvido pelo solenoide do relé quando da sua desoperação, protegendo o transistor Q1 contra estes transientes.

Como vimos, o circuito é bastante simples e muito eficaz; por estranho que possa parecer, nenhum componente é crítico: o valor de Cl pode ser qualquer um compreendido entre 100 pF a 0,68 µF, R1 poderá apresentar valores desde 1,2 kohms até algumas dezenas de quilohms. A única parte relativamente crítica do circuito refere-se ao conjunto P1-R2-R5 e, em especial, ao termistor que deverá apresentar uma resistência ôhmica entre 700 ohms a 1,5 kohms à temperatura ambiente (25°C), recaindo a preferência nos termistores de menor tamanho (menor massa), os quais detectam variações muito menores de temperatura e muito mais rapidamente que os de maior massa.

Outro item a considerar é a capacidade dos contatos do relé. O recomendado na lista de material poderá manipular cargas de até uns 500 W de potência; havendo necessidade de manipular cargas de maior potência, este relé deverá ser substituído por um outro de maior poder de manipulação de corrente, porém a sua bobina terá de ter uma resistência ôhmica compreendida entre 100 ohms a 1000 ohms, aproximadamente. Outra sugestão é empregar um relé para C.A., de capacidade adequada para as necessidades práticas, sendo comandado através do relé R L1 do dispositivo (Fig. X-1), tal como é mostrado pela Fig. X-2: o relé R L1, operando, fechará o seu contato e fará com que o relé de C.A. receba a tensão da rede; então este, por sua vez, também fechará o seu contato, alimentando a carga sob o seu controle. Tanto nesta figura como na anterior observamos que algumas linhas apresentam largura maior que as restantes; elas mostram que tais ligações devem ser feitas com fio de calibre 20 AWG ou 18 AWG.

Os leitores que desejarem podem incorporar entre os pontos A e B — Figs. 1 e 2 — um fusível de proteção de uns 200 mA; ainda para tornar o dispositivo mais atraente poderá ser acrescida uma lâmpada-miniatura para 12 volts, ou mesmo um 'LED', que irá indicar o funcionamento do dispositivo (vide Fig. 3). Outros melhoramentos do dispositivo ficarão a cargo da imaginação do leitor mais habilidoso e criativo.

Como vimos, o circuito da Fig. 1 destina-se a ligar cargas (ventiladores, por exemplo) tão logo a temperatura tenha subido o suficiente; quando a temperatura baixar, devido à ação da carga, o dispositivo irá desligá-la. Acontece, porém, que talvez haja interesse no funcionamento do circuito às "avessas", isto é: manter aquecido um ambiente; isto é possível de ser conseguido: bastará inverter o contato do relé com a carga, tal como nos mostra a Fig. 4; nesta condição, a carga aquecedora se manterá acionada até o momento em que a temperatura do ambiente, ao subir, tenha alcançado o ponto previamente programado pelo usuário através do potenciômetro de ajuste P1.

 


 

 

 

A MONTAGEM

A montagem do circuito não é crítica nem tampouco a distribuição dos componentes na placa de fiação impressa especialmente confeccionada para este fim, mas à guisa de orientação apresentamos a placa, ligeiramente ampliada, utilizada para a montagem do nosso protótipo (Fig. 5); a figura seguinte nos mostra a distribuição dos componentes nesta placa do tipo padronizado — a descrição da montagem; assim, a placa cobreada e a distribuição dos componentes na mesma referem-se ao circuito apresentado na Fig. 1; qualquer modificação do circuito, a título de melhoramento, requer alterações das interrupções das veias de cobre na placa e no layout.

Uma vez realizadas as treze interrupções das veias de cobre da placa, mostradas na Fig. 5, ela estará apta a receber os componentes. Obedecendo o layout, iniciaremos a montagem soldando o soquete para o integrado, resistores e capacitores, tomando o cuidado de obedecer à polaridade do capacitor C2; a seguir, soldamos os diodos — observar a sua polaridade — e o relé à placa; o transistor deve ser soldado obedecendo à posição indicada no chapeado da Fig. X-6, isto é, de "barriga para baixo".

 

Fig. 5 — Desenho da plaqueta (do tipo semiacabada), pelo lado cobreado, em tamanho ligeiramente maior que o real.
Fig. 5 — Desenho da plaqueta (do tipo semiacabada), pelo lado cobreado, em tamanho ligeiramente maior que o real.

 

Encerramos a montagem fixando o transformador à placa através de dois parafusos com as respectivas porcas, de tal forma que os dois fios encapados (primário) do transformador fiquem orientados para fora da placa e o par de fios esmaltados (secundário) do transformador se situe para o interior da placa; antes de soldar os dois fios do secundário à placa, as suas extremidades devem ser previamente raspadas e estanhadas, a fim de facilitar a soldagem e evitar as denominadas soldas "frias". Finalmente fazemos as conexões externas: as que vão para o potenciômetro e termistor, com fio fino, e as que vão manipular tensões C.A., com fio de bitola muito maior (18 AWG ou mesmo 14 AWG) — o comprimento dos fios irá depender das dimensões da caixa utilizada pelo leitor.

 

Fig. 6 — Distribuição dos componentes na plaqueta semiacabada.
Fig. 6 — Distribuição dos componentes na plaqueta semiacabada.

 

Para um bom acabamento, poderemos utilizar duas tomadas para os dois pares de fios que vão ter à carga (tomada-fêmea) e à rede (tomada-macho). Antes de ligar o dispositivo à rede, é recomendável conferir todas as ligações e verificar se não existem curtos-circuitos entre pontos de solda ou mesmo entre duas veias de cobre próximas entre si, principalmente nos pontos de interrupção das veias de cobre.

 

INSTALAÇÃO

O sensor, isto é, o termistor, do circuito, deve ser colocado em lugar propício, de forma a poder detectar rapidamente qualquer variação de temperatura; quando se tratar de líquidos como água, por exemplo, os seus lides devem ser preparados adequadamente, de forma a ficarem isolados do líquido — a Fig. 7 apresenta uma sugestão. Por outro lado, o termistor não deve situar-se nas cercanias da carga quando esta for um aquecedor ou um refrigerador, a fim de que o mesmo não interprete erroneamente variações repentinas de temperatura introduzidas pela carga. De qualquer forma, só a experiência e as tentativas nos irão indicar o local mais propício para a instalação do sensor.

 


 

 

 

AJUSTES

O único ajuste é realizado através do potenciômetro P1, dependendo das condições de temperatura que quisermos manter e da aplicação a que se destina o dispositivo. Também aqui, o ajuste deverá ser feito empiricamente, isto é, tentativa por tentativa, até que consigamos o ponto para nós ideal de funcionamento do circuito — normalmente não são necessárias mais do que duas tentativas para um ajuste justo e perfeito.

 

IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS DOS SEMICONDUTORES

Visando facilitar a montagem, ou mesmo a modificar o 'lay-out' apresentado para este circuito, todos os semicondutores empregados na montagem estão identificados na Fig. X-8.

 

Fig. 8 — Identificação dos lides dos semicondutores utilizados na montagem do termostato eletrônico.
Fig. 8 — Identificação dos lides dos semicondutores utilizados na montagem do termostato eletrônico.

 

 

 

 

BUSCAR DATASHEET

 


N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

Opinião

Mês de Muito Trabalho (OP197)

   Estamos em setembro de 2018 e continuamos com nosso trabalho, realizando palestras, viagens, escrevendo artigos, livros e muito mais. Em nossas duas últimas palestras, uma na Uninove e a outra na ETEC Albert Einstein, ambas de São Paulo, pudemos constatar de forma bastante acentuada um fato importante , que constantemente salientamos em nosso site desde seu início. 

Leia mais...

Repetir
Quem vive estudando, mas nunca repete o que aprendeu, se parece com quem vive semeando, mas nunca ceifa.
Do Talmude - Ver mais frases


Instituto Newton C Braga
Entre em contato - Como Anunciar - Políticas do Site

Apoio Social
Lions Clube de Guarulhos Sul SOS Mater Amabilis
Advertise in Brazil
If your business is Electronics, components or devices, this site is the correct place to insert your advertisement (see more)