Monitor de Variação de Resistência (ART950)

Descrevemos um circuito que pode ser de grande utilidade em diversos campos de aplicação que vão desde o laboratório de pesquisa em qualquer área além da eletrônica até a automação de diversos equipamentos. O que este circuito faz é disparar um circuito externo por um tempo determinado quando a resistência de um sensor cai. No artigo daremos aplicações muito úteis para este aparelho.

Variações da resistência de um sensor podem ser usada para detectar diversos tipos de fenômenos. Desta forma, um circuito eletrônico que opere a partir destas variações gerando sinais de aviso, controle ou atuando sobre circuitos pode ter uma grande gama de aplicações.

Dentre as aplicações possíveis para este tipo de circuito destacamos as seguintes:

* Sensor de toque ou contacto detectando a presença de pessoas, animais ou mesmo objetos.

* Sensor de pressão detectando o aumento de peso de um recipiente, pelo seu enchimento, a queda de um corpo ou ainda um esforço mecânico.

* Sensor de umidade detectando a queda de uma simples gota de água ou a passagem momentânea de uma certa quantidade do líquido.

* Sensor de luz (usando um LDR como sensor) detectando assim um flash de luz ou ainda o corte de um feixe de luz pela passagem de um objeto diante do sensor.

O circuito é muito simples e pode ser facilmente modificado para aplicações em diversos setores de atividade que vão desde simples utilidades domésticas até equipamentos de pesquisa.

São dadas suas versões cuja escolha vai depender da aplicação que o leitor tenha em mente:

a) versão em que o disparo ocorre por uma transição rápida da resistência que aumenta e depois volta ao valor inicial.

b) versão em que o disparo ocorre por uma transição rápida da resistência que diminui e depois volta ao valor inicial.

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Para as duas versões temos temporizações que são ajustadas de acordo com a finalidade do projeto.

COMO FUNCIONA

A versatilidade do circuito integrado 555 nos permite elaborar este projeto com facilidade, bastando para isso tomarmos a configuração monoestável básica que é mostrada na figura 2.

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Nesta configuração, o pino 2 do circuito integrado deve ser mantido no nível alto, ou seja, com uma tensão positiva o que pode ser conseguido com um resistor de 1k ohms a 1 M ohms ligado ao positivo da alimentação.

Quando este pino é levado a uma tensão que caia abaixo de 1/3 da tensão de alimentação ocorre o disparo do circuito.

Nestas condições, sua saída (pino 3) que estava inicialmente no nível baixo, ou seja, apresentando uma tensão de 0V, passa para o nível alto, apresentando uma tensão da ordem da alimentação.

Nas duas condições o circuito integrado 555 pode drenar ou fornecer uma corrente de até 200 mA. Na prática, podemos usar esta saída para alimentar um LED indicador, acionar um relé através de um transistor ou ainda alimentar um circuito externo de baixo consumo.

A saída do integrado permanecerá no nível alto por um intervalo de tempo que depende dos componentes R e C, segundo a fórmula:

T = 1,1 x R x C

Como R admite valores na faixa de 1 k ohms a 1 M ohms e C na faixa de 100 pF a 1 000 uF, é fácil perceber que o tempo máximo conseguido é da ordem de 1 100 segundos ou aproximadamente 18 minutos. No entanto, com o uso de um bom capacitor eletrolítico de 1 000 uF podemos usar um resistor de até 2,2 M ohms, o que aumenta este intervalo de tempo para algo em torno de 40 minutos.

A única coisa que pode comprometer o funcionamento do aparelho com intervalos muito grandes de tempo é a existência de fugas no capacitor eletrolítico.

Como no nosso circuito o resistor que determina o tempo é variável, podemos ajustar facilmente o intervalo desejado segundo nossas necessidades.

Para disparar o circuito a partir de um sensor, o sistema usado é muito simples:

O resistor R1 e o sensor formam um divisor de tensão ligado ao pino 2 de disparo.

A relação entre os valores da resistência R1 e do sensor Rx determinam o ponto de disparo. R1 e Rx devem ser tais que a tensão no pino 2 seja 1/3 da tensão de alimentação no disparo, ou:

Rx/(Rx+R1) = 1/3

Desenvolvendo esta relação temos:

3.Rx = Rx + R1

3.Rx - Rx = R1

2.Rx = R1

Rx = R1/2

Em outras palavras, quando a resistência do sensor cai para menos da metade de R1 o circuito dispara. Assim, tendo nas mãos as características do sensor que vamos usar, podemos facilmente selecionar um "R1" de acordo com o ponto em que desejamos que o circuito seja disparado.

É claro que, para uma aplicação mais versátil podemos usar para R1 um potenciômetro. Um potenciômetro de 1 M ohms em série com um resistor de 10 k ohms será interessante para sensores de resistências de valores elevados (de 3 k ohms a 300 k ohms e um potenciômetro de 47 k ohms em série com um resistor de 1 k ohms pode ser usado com sensores de valores baixos (500 ohms a 30k ohms).

Se tivermos um pulso de curta duração, o recurso indicado consiste em se acrescentar um transistor comutador de modo a se obter uma transição rápida na entrada do circuito integrado, conforme mostra a figura 3.

 

Neste caso, o pulso é produzido quando ocorrer uma redução da resistência entre o positivo da alimentação e a base do transistor. Entretanto, em condução o transistor faz com que a tensão de coletor caia colocando assim em curto o capacitor C. No breve intervalo em que C se carrega, a entrada de disparo do circuito integrado 555 vai ao nível baixo produzindo assim o disparo.

A alimentação de quaisquer das versões que damos pode ser feita com tensões de 5 a 12 volts, dependendo do que se pretende acionar. Se tivermos um LED indicador, esta tensão pode variar em toda a faixa. No entanto, se tivermos um relé, a tensão deve ser de acordo com o valor exigido para seu disparo.

MONTAGEM

Na figura 4 temos a primeira versão de nosso circuito em que a carga é um LED indicador para um sensor direto.

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A disposição para os componentes desta montagem numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 5.

 

O resistor R3 deve ter seu valor escolhido em função da tensão de alimentação. Para 5 e 6 volts, o resistor pode ter 470 ohms. Para 9 V recomendamos 680 ohms e para 12 volts o valor será 1 k ohms.

O capacitor C1, conforme explicamos determina o intervalo de temporização e pode admitir valores na enorme faixa de 1 a 1000 uF. O mesmo ocorre em relação a R2 que pode ter valores entre 1 k ohms e 1 M ohms. Os valores indicados produzem pulsos de alguns segundos o que é suficiente para um alerta normal.

Quando ao sensor, daremos mais adiante informações sobre sua elaboração, com muitas opções interessantes.

Os resistores são de 1/8 W e os capacitores eletrolíticos devem ter tensões de trabalho iguais ou maiores que a tensão usada na alimentação.

O segundo circuito, mostrado na figura 6, aciona um relé.

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A única diferença em relação ao primeiro circuito está na utilização de um transistor para excitar o relé, que pode ser de 6 ou 12 volts, conforme a tensão usada na alimentação.

Para o MCH2RC2 ou ainda o MCH2RC1 que são micro-relés com pinos em disposição DIL pode ser usada a placa da figura 7. Se for usado outro tipo de relé, a placa deve ser refeita.

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Todos os componentes têm as mesmas características gerais do projeto anterior.

Na figura 8 temos a versão do circuito para pulsos de curta duração que voltam ao nível baixo.

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O potenciômetro de ajuste de sensibilidade é opcional e o desenho da placa de circuito impresso para esta montagem é mostrado na figura 9.

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Esta versão aciona um LED e o resistor em série, que depende da tensão alimentação tem seu valor escolhido da mesma forma que na primeira versão.

Os demais componentes têm as mesmas características gerais das versões anteriores.

Para acionamento de um relé, temos o circuito da figura 10.

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Para um relé com base DIL como os da série MCH a placa de circuito impresso pode ser a mostrada na figura 11.

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Para outros tipos de relé podemos fazer a alteração correspondente da placa de circuito impresso. A sensibilidade deste circuito depende do sensor e do ajuste do potenciômetro.

Da mesma forma que nas duas versões iniciais, o tempo de acionamento do LED ou do relé depende dos resistores e capacitores de temporização, os quais podem ser alterados numa ampla faixa de valores.

SENSORES

Utilizando-se para R1 um resistor de 1,5 M ohms ou mesmo 2,2 M ohms nas versões sem transistores de disparo, podemos acionar o circuito somente com o toque dos dedos. Desta forma, basta usar duas plaquinhas de metal ou então dois percevejos próximos que, ao serem tocados simultaneamente provoquem o disparo do circuito, conforme mostra a figura 12.

 

Na versão transistorizada, um toque rápido também provoca o disparo e o potenciômetro de ajuste de sensibilidade deve ter valores de 1 M ohms a 2,2 M ohms para melhores resultados. Em todos os casos, o fio de ligação ao sensor não deve ter mais de 2 metros de comprimento para que não ocorra o disparo errático do aparelho.

Utilizando-se como sensor dois fios com as pontas descascadas, em qualquer das versões, o toque de suas extremidades na água ou outro líquido condutor provoca o disparo do circuito como mostra a figura 13.

 

As versões sem transistor de disparo são indicadas para os casos em que a água molha o sensor por um breve instante como num detector de ondas, agitação ou queda de uma gota. Já a versão transistorizada é indicada para os casos em que a água atinge o sensor e o encobre por algum tempo, permanecendo assim por tempo maior do que o que se deseja para o acionamento do sistema de aviso.

Outra possibilidade de sensor consiste no uso de um NTC ou resistor com coeficiente negativo de temperatura. Este componente se caracteriza por apresentar uma resistência que diminui com o aumento da temperatura.

 

Usando um NTC no nosso circuito podemos conseguir o disparo quando a temperatura alcançar determinado valor. O resistor R1 ou então um potenciômetro de ajuste deve ter uma resistência da mesma ordem que o dobro da resistência do sensor à temperatura ambiente. Para um NTC de 47 k ohms, por exemplo, podem ser usados potenciômetros de 100 k ohms a 220 k ohms.

Não deve ser usado neste circuito NTCs com menos de 1 k ohms na temperatura ambiente.

Na figura 15 temos o modo de se usar um LDR como sensor.

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Neste caso, o disparo é conseguido quando temos a incidência de luz no sensor. O potenciômetro permite ajustar a sensibilidade que é bastante grande.

Na figura 16 temos o uso de uma esponja condutora, do tipo que protege circuitos integrados sensíveis a descargas estáticas, num sensor que detecta pressões mecânicas.

 

Esta esponja é montada de modo a formar um sanduiche com duas chapinhas de metal. Esta esponja tem uma resistência que diminui com a pressão aplicada.