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Módulo diferencial de temperatura (ART998)

Apresentamos um projeto de circuito básico que detecta quando a temperatura de dois sensores torna-se diferente, ou quando a temperatura de um de dois ambientes varia de modo diferente. Trata-se de projeto bastante interessante para aplicações industriais, como, por exemplo, no controle de temperatura de processos, estufas, câmaras frigoríficas e outras aplicações semelhantes.

Dois sensores são utilizados neste circuito que detecta quando a temperatura de um deles varia de forma diferente do outro. Isso significa que podemos usar um dos sensores como referência ou usar os dois para detectar variações de modo diferencial desta grandeza.

Os sensores usados são diodos de silício que apresentam variações na tensão quando polarizados no sentido direto, as quais variam da ordem de -2 µV por grau Celsius. Amplificando-se esta tensão podemos facilmente disparar um relé ou um circuito de aviso ou controle.

O circuito é alimentado com 12 V e tem excelente estabilidade em virtude da tensão regulada por zener aplicada aos diodos.

Dentre as possíveis aplicações para este circuito, podemos indicar as seguintes:

a) Manutenção da temperatura de dois ambientes iguais.Se as temperaturas subirem ou diminuírem de forma semelhante em dois ambientes, numa boa faixa de valores o circuito se manterá inativo. O circuito irá disparar se a variação de temperatura nos dois ambientes ocorrer de forma diferente.

b) Controle de temperatura num ambiente de modo que ela corresponda à temperatura de referência aplicada a um dos sensores. Se um dos sensores estiver ao ar livre, pode-se controlar a temperatura de um ambiente a partir desta referência.

c) Detecção de aquecimento ou falhas de refrigeração em ambientes, utilizando-se um dos sensores como referência.


COMO FUNCIONA

Os sensores são diodos de silício comuns que têm a tensão entre anodo e catodo quando polarizados no sentido direto, dependente da temperatura.

Dessa forma, a partir de uma referência de 9,1 V dada por um diodo zener, aplicamos uma polarização em dois diodos com a ajuda de um potenciômetro de ajuste.

Os dois diodos são ligados às entradas inversoras e não inversoras de um amplificador operacional.

Quando a tensão sobre o diodo ligado à entrada não inversora for maior do que a aplicada pelo diodo ligado a entrada inversora, a saída do operacional irá ao nível alto, saturando o transistor que disparará então o relé.

Quando a tensão sobre o diodo ligado à entrada não inversora for menor, a saída do integrado se manterá no nível baixo e o transistor no corte.

O ajuste de P1 deve ser feito de modo que o circuito integrado fique no limiar da comutação na temperatura que precisará ser detectada.

O ganho do amplificador operacional e, portanto, a sensibilidade depende do resistor R3. Valores elevados como o mostrado permitem um ajuste bastante preciso do ponto de disparo, se for usado um trimpot multivoltas para P1. Todavia, se for usado um valor menor, teremos uma faixa maior de ajuste, mas esta operação será menos crítica.

Os sensores podem ficar longe do circuito desde que sua conexão seja feita com cabo apropriado.


MONTAGEM

Na figura 1 damos o diagrama completo do Módulo Diferencial de Temperatura.


Módulo diferencial detecta quando a temperatura de D1 sobe ou D2 desce.
Módulo diferencial detecta quando a temperatura de D1 sobe ou D2 desce.


A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é vista na figura 2.


Sugestão de montagem em placa de circuito impresso.
Sugestão de montagem em placa de circuito impresso.


Os sensores podem ser diodos de silício de qualquer tipo, de uso geral, como os 1N4148, 1N914, etc.

Deve-se tomar cuidado para que sujeira ou umidade não afetem a polarização desse componente, levando o circuito a um disparo indevido.

O circuito integrado pode ser um operacional como o 741, ou um equivalente de menor consumo na condição de espera, como o CA3140.

O relé de 12 V deve ter contatos de acordo com o tipo de carga que venha a ser controlada.

O conjunto deve ser alimentado por fonte estabilizada de 12 V com corrente de acordo com o relé utilizado. Na verdade, a alimentação desse circuito pode ser retirada do equipamento com o qual ele vai ser usado.

O diodo zener não é crítico podendo ter tensões entre 6 e 9 V. Os tipos de 400 mW são os recomendados para essa aplicação.


PROVA E USO

Para provar, ligue a unidade e ajuste P1 até o ponto em que o relé fique próximo do disparo.

Segurando entre os dedos um dos diodos, deve-se ter o disparo do relé. Identifique qual é o diodo que provoca o disparo quando a temperatura aumentar. Segurando os dois diodos entre os dedos de modo que aqueçam por igual, o relé, numa boa faixa de temperaturas não deverá disparar.

Lembre-se que os diodos comuns não devem ser usados em temperaturas acima dos 120 graus Celsius.

Comprovado o funcionamento, é só usar o aparelho.

Para uma aplicação mais crítica, utilizando-se um termômetro como referência pode-se levantar a curva de atuação do aparelho.


Semicondutores:

CI1 - 741 ou equivalente - circuito integrado - amplificador operacional

Q1 - BC548 ou equivalente - transistor NPN de uso geral

D1, D2, D3 - 1N4148 ou equivalentes - diodos de silício de uso geral

Z1 - 9,1 V x 400 mW - diodo zener - ver texto

Resistores: (1/8 W, 5%)

R1 - 4,7 k?

R2 - 1,5 k?

R3 - 2,2 M?

R4 - 2,7 k?

P1 - 10 k? - trimpot

Capacitores:

C1 - 100 µF/16 V - eletrolítico

Diversos:

K1 - relé de 12 V - Metaltex G1RC2 ou equivalente

Placa de circuito impresso, terminais para conexão dos sensores, cabos, caixa para montagem, terminais para conexão da carga, etc.

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N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

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