Relatório 2 - Portal do Aluno | O Portal do Aluno de Engenharia

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
ESCOLA POLITÉCNICA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
LABORATÓRIO INTEGRADO II (ENGC37)
Alunos:
Ciro Carvalho de Jesus
Ednaldo Luis de Jesus
Lucas Marins Batista
Turma:
Data: 15/12/2011
Sensor de Temperatura
Relatório Final
Salvador, Bahia
1. Introdução
Consiste numa aplicação dos amplificadores operacionais vistos na disciplina Análise de
Circuitos I. Usando o sensor LM35 e Amp-Op deve-se montar um circuito capaz de
identificar a temperatura de elementos líquidos. O sensor de temperatura aumenta sua
tensão de saída, a cada grau a mais sobre ele. Os níveis de temperaturas deverão ser
indicados por LEDs que acenderam na sua faixa de temperatura pré-determinada: O
primeiro LED acenderá na faixa entre 0ºC e 14ºC, o segundo entre 15ºC e 24ºC, o
terceiro de 25ºC a 50ºC, e o ultimo LED acenderá quando a temperatura passar de
50ºC
2. Projeto e Simulação
2.1.Como foi especificado no projeto, era necessário se utilizar de Amp-Op para fazer com
que o sensor de temperatura funcionasse adequadamente. O primeiro passo então foi
idealizar o projeto de forma que ele ficasse o mais viável e reduzido possível.
Após se ter uma idéia de como será projetado o circuito é necessário simular ele no
Multisim (ou outro programa do gênero). Então precisa-se definir quais os dispositivos
que serão usados no circuito tendo o cuidado de ver os datasheet dos dispositivos para
verificar se é o ideal para o circuito planejado e levando em conta a praticidade ao
passar para a protoboard.
Já no multisim seguimos o roteiro do trabalho. Primeiro haveria um amplificador para
ampliar a tensão de saída do LM35 e esse Amp-Op estará ligado aos comparadores.
Os comparadores serão os Amp-Ops que irão definir as faixas de temperatura,
saturando positivamente de acordo com a variação de tensão na saída do nãoinversor (o amplificador anterior). Como temperatura neste caso vai ser simbolizada
como tensão pelo sensor, estabeleceremos tensões de referência para que os
comparadores saturem em zero ou em positivo e assim acenda o LED. O primeiro
amplificador (não inversor) é feito realimentando a saída do mesmo na entrada
inversora com uma resistência R1 e no mesmo terminal ligado a uma resistência R2
logo após no terra e tensão de saída do LM35 na entrada não inversora. Desta forma,
forçamos a tensão na entrada não inversora para que esta seja igual ao terminal em
comum de R1 e R2 (o cálculo de ganho de tensão segue após a ilustração).
Ganho do Amp-Op amplificador:
A = 1 + (R1/R2)  A = 1 + (100k/10k)  A = 11, Ganho de 11 vezes
Os outros amplificadores operacionais são comparadores. Construímos comparadores
sem realimentação, pois estes não trabalham na região linear e sim nas saturadas.
Desta forma podemos estabelecer tensões onde o LED irá acender ou não,
entendendo tensão sempre como sinônimo de temperatura devido ao sensor.
O primeiro LED é alimentado com a saída do primeiro comparador que tem como tensão
de referência zero, pois o LED estará aceso para temperaturas de 0ºC à 14ºC. O que
fará com que o LED apague será o segundo comparador, cujo terminal também estará
ligado ao terminal negativo do primeiro LED fazendo com que não haja diferença de
potencial entre os terminais do LED e assim não haja corrente.
O segundo LED tem o terminal positivo ligado à saída do segundo comparador e ao
terminal negativo do primeiro LED. Este acenderá quando o segundo comparador
passar a tensão diferente de zero (tensão na temperatura que queremos 15ºC à 25ºC).
Analogamente ao segundo LED, o terceiro estará ligado à saída do terceiro comparador e
ao terminal negativo do segundo LED, fazendo com este se apague quando o terceiro
comparador passar uma tensão diferente de zero. Por fim, o quarto comparador terá
sua saída ligada ao terminal positivo do quarto LED que também está ligado ao
terminal negativo do terceiro LED e seu terminal negativo liga-se ao terra (o quarto
LED é um pisca-LED que acende a temperaturas superiores a 50ºC).
A forma como estabelecemos as faixas de temperatura foi usando resistores em série
para dividir a tensão até onde queremos. Sabemos que o LM35 fornece em sua saída
10mV a cada grau Celsius, sendo assim as tensões para as respectivas temperaturas:
Cálculo do divisor de tensão:
V1=R2/(R1+R2)*V V1= [180/(1180)]*10 = 1,53V
V2=R2/(R1+R2)*V V2= [10k/(21,8k)]*10 = 5,41V
V3=R3/(R1+R3)*V V3= [6,2k/(1,8k)]*5,41 = 2,57V
O orçamento dos componentes utilizados segue abaixo:
 Resistências
2x10kΩ
|
1x5,6kΩ
|
1x100kΩ
|
1x180Ω
|
1x6,2kΩ
|
R$ 2,00
|
5x1kΩ
 AMP-OPs –
1 LM 324 R$ 3,00, 1LM 741
 Indicadores –
4xLEDs
|
 Sensor de Temperatura –
LM35DT R$ 07,00
 Circuito Impresso –
Placa de fenolite R$ 3,50
|
Água oxigenada R$ 02,00 |
Impressão a laser e em transparência
R$ 4,00
Total: R$ 52,50
2.2. Resultados de Simulação
O projeto foi simulado no programa MULTISIM 11, funcionou como planejado e exigido no
trabalho. Na simulação foi utilizado 2 x LM324 como AMP-OPs, mas na hora da
montagem utilizamos 1x Lm741 para comparar, em vez de outro LM324
3. Resultados Preliminares
3.1. Montagem e testes
A protoboard foi o início da aplicação de toda teoria usada no trabalho. Nessa parte do
projeto não houve maiores dificuldades e conseguimos fazer os LED acenderem
nas suas respectivas faixas de temperatura. Portanto, no segundo teste, a
protoboard funcionou como esperado na Tarefa 2.
3.2. Modificações de Projeto
Inicialmente os Amp-Op que seriam utilizados eram o LM741 e o LM339, mas por uma
infelicidade, esses CI se queimaram e foi necessário fazer uma substituição do
LM339 pelo LM324. Nós decidimos então usar 2 LM324, 1 dos AMP-OPs do
LM324 seria para amplificar o sinal e os outros 4 para comparar. Mas então
decidimos usar 1 LM741 para comparar, pois ele tem um único AMP-OP, 1 dos
AMP-OPs do LM324 para amplificar e os outros 3 amplificadores operacionais do
LM324 para comparar o sinal.
Esquemático da placa