Termômetro Eletrônico (COL140)

Medir a temperatura é algo muito importante em vários setores da atividade humana. Podemos citar como exemplo o caso das incubadoras, onde bebês prematuros ficam algum tempo até adquirirem condições de levar uma vida normal no meio ambiente natural. Outras aplicações ocorrem no lar e na indústria, onde o controle preciso da temperatura se faz necessário. O projeto descrito é de um eficiente termômetro eletrônico que pode ser montado com poucos componentes de fácil obtenção.

Nas incubadoras, entre outros, é importantíssimo o controle de temperatura

Na grande maioria dos casos, as incubadoras existentes nos berçários e maternidades utilizam o clássico termômetro de vidro, onde a indicação é feita pela dilatação do mercúrio num tubo capilar.

Os inconvenientes desta instrumentação são vários, ressaltando entre eles o risco de quebra do vidro e consequente contaminação do bebê.

Com um termômetro eletrônico estes problemas não existem, isso sem falar em outras possibilidades de uso como: controle de temperatura de estufas, ambientes com ar condicionado, aquecimento de água, banhos em laboratórios fotográficos, controle de temperatura de líquidos em laboratórios químicos etc.

O fato do autor citar especificamente as incubadoras é porque existem milhares desses equipamentos em hospitais, maternidades, casas de saúde, clínicas etc., necessitando de um sistema de indicação de temperatura confiável, simples e de baixo custo, e o circuito apresentado consiste numa ótima solução prática (o autor é um dos poucos especialistas "não-médicos" em eletrônica no Brasil, sendo consultor técnico de várias entídades médicas).

O ponto mais importante do termômetro eletrônico é o sensor que deve ter prontidão para traduzir rapidamente as variações de temperatura em sinais elétricos que sejam indicados por um medidor analógico (M1) no diagrama.

A confiabilidade deve-se acrescentar a rapidez de indicação. Normalmente um termômetro eletrônico exige de 10 a 15 segundos para uma leitura, porém existem sensores mais rápidos.

O sensor utilizado é um diodo 1N4148 porém para os que possam conseguir termistores NTC como o M841 (Siemens) a precisão e prontidão obtidas serão muito maiores.

Como Funciona

O circuito é dividido em duas partes: alimentação estabilizada e medição propriamente dita.

A estabilização da alimentação é muito importante, pois variações de tensão afetam as leituras.

Um diodo zener é responsável pela estabilização da tensão fornecida e o transistor Q1 funciona como um gerador de corrente constante que, juntamente com o diodo D1, assegura uma estabilidade térmica adicional à fornecida pelo zener.

Esta ação é mais acentuada quando a bateria dá sinais de enfraquecimento, de modo que obtém uma tensão absolutamente estável na saída do diodo zener.

A parte de medição é constituída por uma ponte, estando o galvanômetro inserido num dos braços da ponte. Neste mesmo braço também está o elemento sensor, que conforme explicamos é um diodo 1N4148.

Este diodo para pequenos sinais (silício) tem uma resistência inversa que depende da temperatura, assim como a direta.

Nesta configuração ele trabalha polarizado no sentido direto, apresentando por isso uma ddp da ordem de 0,6 Volts.

No entanto, esta tensão não é rigorosamente constante, variando em torno de 2,1 milivolts por grau centígrado de variação da temperatura da junção.

Esta variação é praticamente linear numa ampla faixa de temperatura (felizmente para o construtor caseiro), o que torna fácil o estabelecimento de uma escala em um instrumento analógico comum.

A baixa resistência ôhmica do diodo sensor possibilita o acoplamento direto do instrumento indicador sem a necessidade de circuitos amplificadores os quais além de encarecerem o projeto poderiam ainda introduzir erros de Ieitura.

Escala do instrumento

No circuito temos dois trimpots (R4 e R5), que permitem a realização da calibração inicial. (figura 1)

Figura 1 - Calibração

Com R4 regula-se a posição relativa a 0°C. Para se obter esta temperatura utiliza-se gelo modo colocado numa pequena vasilha (copo grande, por exemplo), mergulhando-se o sensor.

Se for desejada uma medição de temperaturas inferiores a 0°C, R4 deve ser ajustado para que, nesta calibração, o ponteiro fique um pouco antes do início da escala e não no zero do miliamperímetro.

R5 será ajustado posteriormente para 100°C. Para isso, mergulha-se o sensor em água fervente.

O ponteiro ficará então todo para a direita.

Se o leitor possuir um termômetro comum que alcance essas temperaturas poderá usá-lo para conferir a calibração.

O instrumento recomendado é de 0-100 µA caso em que cada µA corresponderá a 1°C.

Montagem

Na figura 2 damos o diagrama completo do aparelho.

Figura 2 – Diagrama do aparelho

Na figura 3 temos pormenores do sensor. O diodo DZ terá o catodo ligado à malha do fio blindado. No terminal do diodo, que será usado como “ponta de prova", deve ser aplicada uma pequena gota de solda, de modo a constituir uma pequena esfera (veja figura 3).

Figura 3 – O sensor

Esta gota de solda será limada para apresentar Uma superfície plana. Isso é importante, porque é o contato desta pequena superfície metálica que levará às variações de temperatura, devendo, se possível, ser utilizada uma liga rica em estanho.

Na figura 4 temos uma sugestão de placa de circuito impresso.

Figura 4 – Placa de circuito impresso

O instrumento recomendado é de 100 µA (podendo eventualmente ser utilizado um VU-meter de 200 u A, muito comum no mercado).

O uso de um microamperímetro de 100 u A de boa qualidade entretanto, implicará na qualidade maior do instrumento, mesmo que este instrumento seja mais caro.

Não recomendamos o uso de instrumentos de menor sensibilidade, pois isso obrigaria o uso de circuitos amplificadores.