Saber quando um componente num circuito eletrônico está excessivamente quente, mostrando sinais de curto-circuito; saber quando a temperatura de um motor se eleva acima dos limites normais de funcionamento ; saber pelo simples contato de um transdutor se um corpo se encontra frio ou quente, eis o que você poderá ter deste interessante indicador gradual de temperatura. Cinco LEDs ligados em sequência acenderão conforme a temperatura, em sequência simulando uma escala. Convenientemente ajustado este aparelho pode indicar temperaturas em diversas faixas, tanto nas baixas temperaturas como nas altas temperaturas.
O indicador de temperatura que descrevemos neste artigo não pode ser considerado mais preciso que os comuns e nem ao menos mais prático. No entanto, por utilizar um tipo de indicação digital, pouco comum, tem sobre os indicadores convencionais a vantagem de uma apresentação realmente interessante.
Assim, se o que o leitor Visa é um instrumento de boa apresentação, que realmente impressione quando colocado num painel fixo ou de carro, mas não necessita de uma precisão elevada, esta sugestão pode ser ideal para o seu caso.
Para que o leitor tenha uma ideia do desempenho deste instrumento e do que ele pode fazer, explicaremos de maneira resumida nesta introdução o que se pretende com este projeto.
A indicação de uma grandeza como a temperatura por meios eletrônicos pode ser feita de diversas maneiras, sendo a mais comum a que faz uso dos instrumentos de bobina móvel, conforme mostra a figura 1.
Estes instrumentos nada mais são do que indicadores de correntes elétricas que ligados a um sensor apropriado medem a intensidade da corrente que é proporcional à temperatura.
Conhecendo-se a relação de proporcionalidade entre a corrente e a temperatura pode-se calibrar suas escalas diretamente em termos da grandeza desejada, ou seja, a temperatura e isso com excelente precisão.
Existem, no entanto, aplicações para um sensor de temperatura em que a precisão é menos importante que uma prontidão de resposta ou uma indicação de grande efeito visual que possa alertar um operador sobre um excesso de aquecimento.
Isso acontece, por exemplo, quando se usa um processo eletrônico para detectar excesso de calor nos componentes de um aparelho, ou do motor de um carro.
Assim, mantendo os sensores tradicionais descrevemos um sistema de indicação visual digital de efeitos excelentes se bem que sua precisão não possa ser comparada a obtida nos instrumentos de bobina móvel de uso profissional.
O que temos então é uma sequência de LEDs (indicadores luminosos equivalentes a lâmpadas) que acendem em número que depende da temperatura do sensor.
No limite inferior de temperatura, mais frio, portanto, acende somente o primeiro LED.
À medida que a temperatura sobe, vão acendendo os LEDs seguintes até que, no máximo previsto, todos os LEDs brilham normalmente (figura 2).
Como usamos apenas 5 LEDs, temos apenas 5 pontos de indicação, mas se o leitor deseja saber simplesmente se um ponto de prova está frio, morno ou quente, isto é suficiente.
Como é usado um sensor de pequena capacidade térmica, um diodo semicondutor, a prontidão do aparelho é grande, ou seja, ele quase que imediatamente percebe a variação da temperatura fazendo acender os LEDs correspondentes.
E onde o leitor pode usar isso?
Diversas são as possibilidades de aplicação de um indicador deste tipo, algumas das quais já sugeridas em nossa introdução.
Como instrumento de painel para o carro o leitor pode usá-lo para indicar a temperatura do motor, ajustando evidentemente o ponto de funcionamento do mesmo para a faixa desejada.
Pode também usá-lo como um eficiente detector de pontos quentes para procurar falhas em equipamentos eletrônicos. Encostando o sensor nos componentes suspeitos pode-se perceber claramente quando um deles se encontra mais quente. (figura 3).
Como o sensor é pequeno, sua vantagem em relação ao uso do "dedômetro" é patente já que não se arrisca a nenhuma queimadura mais grave (figura 4).
Outras aplicações ficam a cargo da imaginação de cada um, desde que partam do seu princípio de funcionamento dado a seguir..
COMO FUNCIONA
Conforme já salientamos, o que diferencia este indicador de temperatura dos convencionais é a sua escala digital de 5 LEDs.
Começaremos portanto por explicar como funciona esta escala.
Na figura 5 temos então o circuito básico desta escala em que são empregados 5 diodos em série, alimentados por um transistor.
Na junção de cada dois diodos é ligado um transistor driver para os LEDs.
Cada um dos transistores excitador somente conduzirá a corrente fazendo o LED acender quando a tensão no diodo superar determinado valor que é determinado pelo potencial de junção, geralmente em torno de 0,6 volts.
Assim, a medida que a tensão fornecida pelo transistor aumentar na série de diodos, os transistores da sequência vão passando do seu estado de não condução para o estado de total condução, acendendo então os LEDs correspondentes.
Veja o leitor que, levando em conta a tensão que deve aparecer em cada diodo para se obter o ponto de condução e a tensão de alimentação do circuito, temos a limitação para o número de LEDs usados.
Um potenciômetro ligado no final da sequência permite o ajuste de seu ponto de funcionamento.
Os LEDs são ligados aos coletores dos transistores excitadores tendo uma resistência limitadora de corrente já que, como se sabe, os LEDs têm características semelhantes aos diodos comuns precisando a sua corrente de operação ser determinada externamente.
Estes resistores tem seus valores calculados em função da tensão de alimentação do circuito, da corrente máxima que suportam ou então do brilho desejado.
Na figura 6 damos uma sugestão para os leitores que desejarem substituir os LEDs por lâmpadas incandescentes de 6 ou 12 V com corrente máxima de 50 mA.
Pelo que foi explicado, os leitores já perceberam que o número de LEDs que acendem na escala é proporcional à corrente que se faz circular no transistor excitador de entrada: Normalmente nesta função é usado um transistor de potência e que, portanto, precisa de um sinal relativamente intenso para funcionar.
Ligando um potenciômetro de 100 k na entrada deste circuito, conforme mostra a figura 7 o leitor pode facilmente testar o funcionamento desta escala eletrônica digital de LEDs.
Para a medida de temperatura temos então de usar um circuito apropriado de excitação que pode ser analisado da seguinte maneira:
O componente básico usado neste circuito, como sensor, é um diodo comum do tipo BA315 (encontrado como estabilizador de temperatura em amplificadores).
Como todos os diodos, este quando polarizado no sentido inverso não bloqueiam de modo absoluto a corrente, mas deixa escapar uma pequeníssima corrente devido a agitação térmica dos átomos do material semicondutor que libera portadores de carga.
Esta corrente, da ordem de fração de microampère é justamente proporcional à temperatura da junção e portanto pode servir como elemento para a indicação desejada, conforme mostra a figura 8.
A variação da intensidade desta corrente com a temperatura é suficientemente grande para tornar possível o uso dos diodos comuns como excelentes sensores de temperatura.
Como a corrente obtida no diodo em função da temperatura é muito pequena, para haver excitação da escala é preciso uma grande amplificação a qual é obtida por meio de dois transistores em acoplamento Darlington com o terceiro que é o excitador.
Nesta configuração os ganhos dos transistores ficam praticamente multiplicados conforme a fórmula:
B = B1 x B2 x B3
A corrente de alguns microampères é então amplificada até tornar-se suficiente para excitar a escala.
O circuito mostrado deve ter ainda um ajuste na etapa amplificadora para determinar a faixa de temperaturas marcada pela escala o que consiste num potenciômetro.
Com relação a alimentação, esta pode situar-se entre 6 e 12 V, mas lembrando que no caso de tensões mais baixas a escala tem o número de LEDs limitados.
Por exemplo, no uso de 6 V o leitor não conseguirá fazer com que mais de 4 LEDs acendam mesmo com excitação total do transistor o que quer dizer que 4 é o número de LEDs máximo para uma alimentação de 6 V.
Para 9 volts já podem ser usados 5 ou 6 LEDs e para 12 V o número pode ir até 7 ou mesmo 8 LEDs.
O consumo de corrente evidentemente dependerá do número de LEDs acesos.
Recomenda-se a utilização de uma fonte potente para este indicador como por exemplo pilhas grandes, bateria de carro, etc.
OBTENÇÃO DO MATERIAL
Todos os componentes usados nesta montagem são comuns em nosso mercado.
O primeiro ponto importante a ser considerado na montagem é o referente a caixa para o aparelho. Dependendo da aplicação a ser dada, a caixa deve ser projetada de modo apropriado, conforme sugere a figura 9.
Para uma montagem em painel de carro, a caixa deve ser compacta, o painel de acordo com a estética exigida, e a fonte de alimentação eliminada. Para uso como sensor de temperatura para componentes a caixa deve ser maior para alojar a fonte de alimentação, e os controles devem ser acessíveis, assim como o sensor.
O leitor poderá realizar a montagem em ponte de terminais ou placa de circuito impresso, e conforme o caso deve saber como fazer a instalação numa caixa.
No caso de optar pela montagem em placa de circuito impresso o leitor deve ter os recursos para sua elaboração.
Os componentes usados são comuns, conforme explicamos. Os transistores são todos fáceis de serem obtidos, admitindo ainda diversos equivalentes.
Para os BC548 podem ser dados como equivalentes os BC547, BC237 e BC238.
Para o BD135 podem ser citados os TIP29, BD137 e BD139 como equivalentes diretos.
Os LEDs usados são comuns, podendo inclusive haver separação de cores o que quer dizer que os dois primeiros da escala podem ser vermelhos, o do meio amarelo, e os dois últimos verdes. É claro que devem ser escolhidos LEDs iguais na aparência externa (invólucro).
O sensor é um pouco mais crítico. Fazendo experiências verificamos que diversos são os diodos que podem ser usados com esta finalidade mas o que pela prontidão e pela variação de corrente se comportou melhor foi o BA315.
Sendo assim, recomendamos que o leitor faça o possível para utilizar este tipo.
Os diodos do divisor da escala são comuns. Podem ser utilizados os 1N914 ou 1N4001. Na verdade, qualquer diodo de silício pode ser empregado nesta função. Escolha o tipo de menor custo.
P1 e P2 podem ser potenciômetros comuns ou trimpots. São para ajustes do aparelho, um determinando a faixa de temperaturas para o início e fim da escala e o outro ajustando o funcionamento perfeito da própria escala.
O único capacitor usado pode ser de poliéster metalizado, enquanto que os resistores são todos de 1/8 ou 1/4W com tolerância de 10% ou 20% conforme a disponibilidade de seu fornecedor.
A montagem do sensor exige alguns cuidados de que falaremos em momento oportuno.
MONTAGEM
Escolhida a caixa, feito o painel de acordo com nossas sugestões e em função da aplicação a ser dada, prepare o material para a parte eletrônica, confeccionando a placa de circuito impresso ou fixando numa base isolante a ponte de terminais.
As ferramentas que devem ser usadas são as que normalmente encontramos nas oficinas eletrônicas: um alicate de corte lateral, um alicate de ponta e chaves de fenda. O soldador deve ser de pequena potência e a solda de boa qualidade.
Na figura 10 temos então o circuito completo do indicador gradual de temperatura.
Na figura 11 temos a placa de circuito impresso.
Na figura 12 damos a versão em ponte de terminais, normalmente a preferida pelos que não tem condições de fazer placas de circuito impresso.
Alguns cuidados importantes precisam ser tomados na montagem, e destes cuidados depende o bom funcionamento do aparelho. Damos a seguir a nossa sequência para a montagem, observando os cuidados principais.
a) Comece a montagem pela soldagem de todos os transistores observando as suas posições e tomando cuidado com Q3 que é de tipo diferente. Na soldagem dos transistores evite o excesso de calor fazendo esta operação rapidamente.
b) A seguir solde todos os diodos do divisor de tensão, observando suas posições. Os catodos dos diodos são identificados pelo anel no invólucro ficando todos voltados na mesma direção. Se houver uma inversão acidental o aparelho não funcionará. Evite também na, soldagem destes componentes o excesso de calor.
c) Solde agora os resistores observando seus valores. De R1 à R5 são resistores de 1k com anéis marrom, preto e vermelho, enquanto que de R6 a R10 são resistores de 330 ohms (laranja, laranja, marrom).
d) Para soldar o capacitor não é preciso nenhum cuidado especial além de se evitar o excesso de calor pois este componente não é polarizado, isto é, não tem lado certo para ligação.
e) Conforme sua opção, trimpot ou potenciômetro P1 e P2 poderão ser montados na própria placa de circuito impresso ou no painel. Para a ligação destes componentes tenha cuidado com sua posição já que se houver inversões de ligação o ajuste poderá se tornar difícil.
f) Os últimos componentes da placa ou ponte a serem instalados são os LEDs. Se o leitor quiser poderá fazer a instalação destes, componentes fora da placa, no painel, por exemplo. Na ligação dos LEDs o leitor deve tomar cuidado com sua polaridade. O anodo e o catodo são diferenciados por achatamento no invólucro. O catodo que corresponde ao lado chato deve ser ligado aos resistores. Se houver inversão o LED não acenderá.
Atenção: nunca teste os LEDs em pilhas ou dispositivos semelhantes pois a ligação de um LED a uma fonte de alimentação diretamente sem um limitador de corrente causa sua imediata queima. (veja no site como testar LEDs corretamente).
g) O sensor será montado de maneira a estar em contacto com o local em que se deseja saber a temperatura. Para um caso comum em que se deseja a temperatura de um motor, basta colar o diodo junto ao bloco do motor com epóxi, observando-se na sua ligação a polaridade certa.
Para o termômetro de pesquisa em componentes eletrônicos, damos a sugestão de se colocar o diodo na ponta de uma caneta esferográfica vazia, cobrindo-se e isolando-se o diodo com uma gota fina de cola epóxi, conforme mostra a figura 13.
Com o aparelho montado pode-se realizar facilmente uma prova de funcionamento conforme as instruções que são dadas a seguir. A fonte pode ser formada por pilhas ou retificada a partir da rede.
PROVA E USO
Terminada a montagem, confira todas as ligações. Estando tudo em ordem coloque as pilhas no suporte ou então faça a conexão da fonte externa acionando o interruptor S1.
Conforme a posição de P1 os LEDs já poderão acender em certo número.
Coloque então P1 na sua posição de máxima resistência para que nenhum LED acenda.
Em seguida, segure os terminais do diodo sensor de modo que a resistência elétrica de seu corpo possa ser colocada no circuito. Imediatamente todos os LEDs devem acender em sequência. Se algum LED não acender verifique se sua ligação não está invertida ou então se o mesmo não se encontra queimado.
Solte os terminais do diodo sensor e em seguida, aqueça com os dedos o corpo do diodo. Os primeiros LEDs devem acender e conforme o caso, todos eles. Este aquecimento também pode ser feito com um fósforo, lembrando que o componente não deve ser levado a temperaturas maiores que 125ºC pois então poderá sofrer danos permanentes e não mais funcionar.
O ajuste da temperatura mínima que o LED acende pode ser feito em P1 e depois em P2.
Se os LEDs permanecerem constantemente acesos em qualquer posição do ajuste isso indica fugas excessivas dos transistores Q1 e Q2 que devem ser trocados. Para se verificar se o problema é com estes componentes basta desligar momentaneamente o emissor de Q2 da base de Q3.
Se os LEDs apagarem estará comprovada a origem da falha. Veja que uma fuga excessiva de corrente entre o coletor e o emissor (CEO) age como um segundo transdutor que excita completamente o circuito.
Comprovado o funcionamento o leitor pode fazer a instalação definitiva do aparelho em sua caixa. Deve-se tomar o máximo de cuidado na versão em pontes para que nenhum componente encoste em pontos vivos da caixa.
LISTA DE MATERIAL
Q1, Q2, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8 - BC548 ou equivalente
Q3 - BD135 ou equivalente
D1 - BA315 – ver texto
D2, D3, D4, D5, Dó -1N4001,1N9l4 ou equivalente
P1 - 1 M - potenciômetro ou trimpot
P2 - 470 ohms - potenciômetro ou trimpot
C1 - 470 nF- capacitor de poliéster
R1, R2, R3, R4, R5 – 1 k x 1/8 W – resistores (marrom, preto, vermelho)
R6, R7, R8, R9, R10 - 330 ohms x 1/8 W - resistores (laranja, laranja, marrom)
S1 - interruptor simples
LED1, 2, 3, 4, 5 - Diodos emissores de luz
Diversos: caixa para a montagem, fios, solda, ponte de terminais, knobs, etc.
