Monitor de Temperatura (ART2240)

Descrevemos um monitor de temperaturas com indicação a partir de 4 LEDs e que pode operar com sensores do tipo diodo. Com a utilização de uma escala de barra móvel com 4 LEDs podemos facilmente perceber quando a temperatura se afasta muito do valor previsto, tanto para mais como para menos e até ativar um sistema de alarme. A base do circuito é um comparador de tensão quádruplo do tipo 1391/39 ou 339.

A monitoração de temperaturas em máquinas, estufas, ou outros ambientes pode ser de grande importância em muitos casos.

Para sabermos se a temperatura está ou não dentro da faixa prevista e eventualmente acionar um alarme tanto na elevação como na queda de valor, damos um circuito bastante simples e preciso com base num quádruplo amplificador operacional comparador de tensões.

Este circuito integrado pode ser qualquer um da família LM139 da Texas ou CA139.

Estes integrados acionarão 4 LEDs na forma de um indicador de barra móvel

Ajustando o sistema para que o terceiro LED fique aceso, com a queda de temperatura teremos o apagamento deste terceiro, segundo e eventualmente do primeiro.

Com a elevação teremos o acendimento do 4o LED.

Um relé, ou mais, de alarme podem ser ligados ao primeiro LED (temperatura baixa) ou ao último LED (temperatura alta) para acionar um alarme externo.

O circuito funciona com tensões de alimentação de 6 a 12 V e com o sensor indicado teremos uma faixa de operação entre -40 e +120°C.

A escolha dos componentes de referência permite programar as temperaturas de acionamento de cada Led e eventualmente dos alarmes externos.

COMO FUNCIONA

Um comparador de tensão nada mais é do que um amplificador operacional de ganho muito alto.

Fixando numa de suas entradas, por exemplo, a não inversora, uma tensão de referência, a sua saída estará no nível alto quando a entrada inversora estiver com tensão abaixo da tensão de referência e irá para o nível baixo quando a entrada inversora estiver com tensão superior à da entrada de referência.

Ligando diversos amplificadores deste tipo numa rede escalonada de referência poderemos ter as comutações de saída com diversos pontos de uma faixa de tensões de entrada (figura 1).

Figura 1 – Usando o comparador numa escala

Ligando LEDs nas saídas teremos um indicador simples e sensível de barra móvel.

Os valores dos resistores da rede de referência determinam o ponto de comutação da saída de cada comparador.

Usando, como sensor um diodo de silício não temos uma linearidade que pode ser considerada excelente, mas isso pode ser compensado pela utilização de trimpots na rede divisora.

Com um ajuste cuidadoso, lembrando que, neste caso, as referências devem ser independentes, podemos determinar o ponto de ativação de cada LED e isso será importante caso também corresponda a ativação de um alarme.

Na figura 2 mostramos como isso pode ser feito.

Figura 2 – Usando um trimpot de ajuste

A tensão de referência e consequentemente a tensão de disparo de cada comparador pode ser calculada pela fórmula seguinte:

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Onde: V1 a V4 são as tensões nos 4 comparadores

R1 a R5 são os resistores do divisor Vcc é a tensão de alimentação

Para estas fórmulas, o circuito é o da figura 3.

Figura 3 – Circuito para as fórmulas

No nosso projeto final usaremos resistores de baixo valor no sentido de obter passos pequenos para a indicação de temperatura e um trimpot para fixação do LED intermediário na temperatura considerada como de referência.

O sensor, um diodo de uso geral1N4148 ou 1N914, tem sua corrente de fuga amplificada por um transistor Darlington.

Os limites de corrente deste par de transistores também podem ser ajustados em P1. Isso permite uma fixação do ganho do circuito conforme a faixa de temperatura medida.

Para a configuração descrita temos a possibilidade de um ajuste do terceiro LED aceso na temperatura ambiente e Uma ativação dos demais LEDs com variações de 5 a 10°C para mais e para menos.

Dependendo da aplicação a ser dada ao indicador estes valores, que influem no comportamento do monitor, podem ser facilmente recalculados ou mesmo obtidos experimentalmente.

MONTAGEM

Na figura 4 temos o diagrama completo do indicador, sem a ligação de alarmes.

Figura 4 – Diagrama do aparelho | Clique na imagem para ampliar |

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 5.

Figura 5 – Placa para a montagem | Clique na imagem para ampliar |

Os resistores são todos de 1/8W e os LEDs podem ser de cores diferentes, conforme o tipo de monitoração desejada.

As cores são sugeridas no próprio diagrama.

Os trimpots são comuns e para os transistores são usados NPN de uso geral.

Os resistores de R8 a R11 determinam o brilho dos LEDs, podendo ser aumentados ou reduzidos numa faixa de valores que seja permitida pelas características dos LEDs usados.

O sensor D1 pode ser remoto, mas deve ser conectado ao circuito com cabo blindado. dada a possibilidade de captação de ruídos que se somariam ao sinal, causando assim indicações errôneas.

Para a alimentação podem ser usadas pilhas ou bateria, ou então uma fonte estabilizada.

O Consumo de corrente é baixo, sendo basicamente dado pela quantidade de LEDs acionados.

PROVA E USO

Basta ligar a alimentação e inicialmente colocar P2 na posição de máxima resistência.

Depois, ajustando P1, faremos com que o LED verde seja o último a acender (3 LEDs acesos na escala).

Aquecendo então o sensor com a aproximação da ponta de um ferro de soldar ou mesmo dando uma baforada devemos ter a passagem da escala para o último LED.

Do mesmo modo, ajustando o trimpot P1 para que o primeiro LED acenda, com aproximação do ferro, teremos o acendimento de até todos os LEDs gradualmente

Afastando a fonte de calor, o último LED aceso deve ser o ajustado previamente.

Comprovado o funcionamento, instale o sensor no local em que se deseja monitorar a temperatura e faça os ajustes para ter o acendimento do LED verde com a temperatura normal.

Ajuste P2 para a detecção das variações nos passos desejados.