Sensores de temperatura

NTC  (Negative Temperature Coeficient)

Característica do termistor do tipo NTC: À medida que se eleva a temperatura a resistência elétrica diminui.

A equação que rege o comportamento do NTC (equação de Steinhart–Hart) é:

Selecionam-se as constantes a, b e c definidas no manual do fabricante do Termistor NTC, ou através de medições realizadas em ensaio quando estas informações não estiverem disponíveis.

Como exemplo, as constantes do sensor (Termistor NTC 10K, 25ºC), que foi utilizado em aula de laboratório são:

Nota: estes valores dependem do material do NTC.

Exemplo:

1) Determinar a evolução da temperatura para o seguinte conjunto de medidas de resistência.

Aplicando a equação:

temos a evolução da temperatura.      (Utilizando, Microsoft Excel)

LM35

O LM35 é um circuito integrado sensor de Temperatura de Precisão, para graus Celsius, ele é um termômetro preciso e sensível, além de ser barato e de fácil aquisição.  Para experiência: foi comprado na Santa Ifigênia.

Faixa de medição – 55º ~ + 150 ºC com precisão de ± 0,5 ºC.  A tensão de saída é analógica e contínua: 10 mV/ºC.

Com um Multímetro, ou com uma Placa de Arduíno podemos ter um indicador de temperaturas de forma simples.

Ponte Wheatstone

A Ponte de Wheatstone é uma configuração (=montagem) que serve para descobrirmos o valor, com precisão, de uma resistência elétrica desconhecida.

Aplicações:

Medição de Resistência; Medição de Temperatura (NTC, PTC); Medição de Pressão (Strain Gauge); Medição de Peso (Strain Gauge); LDR (Light Dependent Resistor).

Desta vez vamos estudar apenas como:

• Ohmímetro de precisão (sensibilidade, reprodutividade, calibração)
• Sensor: temperatura (NTC)

Esquema elétrico de Ponte de Wheatstone:

Supondo que as quedas de tensão nos resistores R1 (VR1) e R3 (VR3) sejam iguais e que, as quedas de tensão nos resistores R2(VR2) e R4(VR4) sejam iguais, o valor da tensão é zero. 

Se R3 for desconhecida (Rx) e R4 for um potenciômetro (Rp), temos:

Desse modo, podemos ajustar o potenciômetro de modo a equilibrar a ponte (V=0, no multímetro) e obter o valor de Rx.

O potenciômetro deve ser de precisão e graduado, para a leitura da resistência de medida (Rx).

Se utilizarmos R1=10*R2, poderemos medir valores de resistência bem superiores do que no caso em que R1=R2.

Analogamente se utilizarmos R1=R3/10, podemos medir valores de resistência bem menores, com mais precisão, do que no caso em que R1=R2.

CALIBRAÇÃO – Regressão Linear Simples

A calibração pode ser avaliada através de diferentes modelos matemáticos, ou estatísticos.  A regressão linear simples é um dos métodos que iremos utilizar. Tendo uma reta de referência, podemos avaliar se as outras medidas se aproximam dessa reta.  Quanto mais se aproximar, melhor será a calibração. 

MODELAMENTO MATEMÁTICO

Observe o exemplo abaixo, para um conjunto de medidas:

Os coeficientes de interesse são:

r = porcentagem de correlação linear (coeficiente);     ̶ 1 ≤ r ≤ 1

b = inclinação da reta

a = intersecção da reta

 

Construindo o gráfico com os resultados acima, tem-se: