2º encontro em engenharia de edificações e ambiental · para tanto, desenvolveu-se um...

2º Encontro em Engenharia de Edificações e Ambiental Cuiabá / Mato Grosso / 27 e 28 de novembro de 2014

CONTRIBUIÇÃO AO PROCESSO DE CALIBRAÇÃO DE SENSOR DE

TEMPERATURA DO TIPO TERMISTOR COM AUXILIO DA PLATAFORMA

ARDUINO

Prof. Dr. Ivan Julio Apolônio Callejas ([email protected])

Universidade Federal de Mato Grosso - Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia

Roberto Apolonio ([email protected])


Luciane Cleonice Durante ([email protected])


RESUMO: Os sensores do tipo termistor têm sido utilizados em medições de temperatura de processos que

envolvam troca de energia térmica decorrentes da variação da resistividade de componentes com a temperatura.

Devido ao baixo custo e exatidão, esses sensores apresentam-se como uma alternativa para utilização em

medições ambientais. Atualmente, algumas plataformas de prototipagem eletrônica de hardware livre têm sido

desenvolvidas como o objetivo de criar ferramentas acessíveis, flexíveis e fáceis de usar, como, por exemplo, a

Plataforma Arduino. Assim sendo, este trabalho teve por objetivo utilizar a plataforma Arduino para calibrar

termistores NTC de 10KΩ a 25C, para fins de uso dos mesmos como dispositivos de medição da temperatura.

A metodologia baseou-se no método Steinhart-Hart. Para tanto, desenvolveu-se um instrumento de medição de

temperatura utilizando uma placa Arduino Uno, um termistor NTC de 10KΩ, uma unidade (módulo) de relógio

de tempo real (RTC) modelo DS1307 e uma unidade armazenadora de dados (Módulo leitor/gravação de cartão).

Os resultados indicaram que o método Steinhart-Hart é um procedimento adequado para calibração de sensores

do tipo termistores NTC visto que foi obtido coeficiente de correlação R2=0,9989 entre os dados calibrados e de

referência. O erro médio absoluto cometido da calibração foi de 0,28C para a faixa de temperatura de 0 a 20C

e de 0,18C para a faixa de 20 a 30C.

Palavras-chave: Prototipagem eletrônica. Termômetro. Equação Steinhart-Hart.

CALIBRATING THERMISTOR TEMPERATURE SENSOR USING ARDUINO

BOARD

ABSTRACT: The thermistor temperature sensors have been used in temperature measurements processes that’s

involves thermal energy exchange because its resistivity varies with temperature. Due to the low cost and

accuracy, these sensors are presented as an alternative for use in environmental measurements. Currently, some

open-source electronics platforms based on easy-to-use hardware and software, such as, Arduino boards, have

been used to develop new instruments. Therefore, this study aimed to use the Arduino platform to calibrate

10KΩ NTC thermistor to use it in temperature measurement. The methodology was based on the Steinhart-Hart

method. It developed an instrument for measuring temperature using an Arduino Uno board, a 10K NTC

thermistor, a real time clock DS1307 module (RTC) and a data storage module (SD card). The results indicated

that Steinhart-Hart method is a adequate procedure for calibration NTC thermistors sensors. It was obtained

Pearson correlation coefficient between the calibrated and reference temperature data equal to R2 = 0.9989. The

mean absolute error committed in the calibration procedure was 0,28C for the temperature range of 0 to 20C

and 0,18C for the temperature range of 20 to 30C.

Keywords: Electronic prototyping. Thermometer. Steinhart-Hart equation.

CALLEJAS, I. A. C.; APOLONIO, R.; DURANTE, L. C.

1_INTRODUÇÃO

Os instrumentos de medição tem se difundido largamente nas áreas de Ciências Naturais e nas

áreas de Engenharia com intuito de medir, controlar, atuar, monitorar e registrar variáveis

físicas ambientais e de equipamentos em processos industriais. Isso tem acontecido devido à

facilidade de manipulação e confiabilidade que estes instrumentos trazem aos processos

ambientais e tecnológicos. Pode-se definir instrumento como um equipamento eletrônico que

apresenta uma entrada de leitura de dados (transdutor), uma interface entre o meio exterior e o

instrumento (processamento do sinal) e, uma saída de dados denominada de terminal, que faz

a interface entre o sistema e o ser humano. Segundo a organização norte-americana

Instrument Society of America (ISA - S5.1, 1992), instrumento é todo dispositivo usado para,

direta ou indiretamente, medir e/ou controlar uma variável.

Dentre as variáveis mais utilizadas na área de Ciências Naturais/ Engenharias e no

monitoramento de processos industriais está a temperatura cinética, definida como a

representação da energia das partículas da matéria molecular em movimento aleatório,

também denominado de calor cinético (JENSEN, 2009). A medição dessa quantidade de calor

ou temperatura cinética pode ser feita a partir de termômetros, geralmente por meio do

contato físico direto entre estes e os objetos de medição, líquidos ou gases.

Os termistores estão entre os termômetros amplamente utilizados para monitoramento de

temperatura e são dispositivos elétricos que utilizam em sua composição semicondutores, cuja

resistência elétrica ôhmica sofre variação exponencial com a temperatura cinética dos corpos

(THOMAZINI, 2005). A sua ampla utilização se dá, principalmente, devido à sua exatidão,

elevada sensibilidade e resposta às mudanças relativamente pequenas de temperatura cinética.

Apresentam baixo custo quando comparados com outros dispositivos, como os termômetros.

Como desvantagens, pode-se citar a não linearidade de resposta (exponencial), faixa de

temperatura limitada, autoaquecimento, fragilidade e necessidade de calibração individual dos

sensores.

Os termistores são divididos em duas categorias: Positive Temperature Coefficient (PTC) e

Negative Temperature Coefficient (NTC). Na categoria PTC encontram-se resistores que

possuem coeficiente térmico positivo, isto é, sua resistência aumenta com a temperatura

cinética dos corpos (Figura 1). Já na categoria NTC, os resistores possuem coeficiente de

temperatura negativo, diminuindo o valor da resistência como aumento da temperatura

cinética dos corpos. O diferencial do NTC é ser muito mais sensível a variações de

temperatura, comparado com outros sensores de resistência variável com a temperatura, como

os termorresistência ( Resistance Temperature Detector - RTD) e os termopares (WERNECK,

1996). Devido a facilidade de obtenção e custo, neste estudo foram utilizados os termistores

do tipo NTC.

Figura 1 – Variação da resistência com a temperatura nos sensores PTC e NTC.

T – Temperatura e R – Resistência ôhmica do sensor

Fonte: Campelli (2012)


Nos termistores, a variação de temperatura causa alteração no valor da resistência ôhmica do

material que o compõe, sendo esta alteração chamada de coeficiente térmico de resistência do

material, expresso em ohms por grau de temperatura, sendo positivo para a maioria dos metais

(AROLD, 2002). Destaca-se que a constante térmica de um termistor, é o tempo requerido

para que este atinja 63% da temperatura de imersão, sendo esta afetada pela massa do

termômetro, assim como por seu acoplamento térmico com o ambiente (HAAGR,

OLIVIEIRA e VEIT, 2003).

Uma expressão empírica muito utilizada para descrever o comportamento de um termistor

NTC na faixa de temperatura entre –50°C a +150°C é conhecida por Equação de Steinhart-

Hart (STEINHART e HART, 1968) A equação é derivada de técnicas de ajuste de curvas

matemáticas a partir da observação da variação da resistência ôhmica em função da variação

da temperatura cinética do dispositivo termistor (LIGHTWAVE CORPORATION, 2006). Na

maioria dos casos, é utilizado o logaritmo natural do valor da resistência (lnR) versus o

inverso da temperatura cinética (1/T) para descrever o comportamento do componente

termistor. Admite-se que o inverso da temperatura (1/T) pode ser representado por um

polinômio em função de ln(R), através da Equação 1, em que T é a temperatura expressa em

Kelvin, e A0.... AN são coeficientes polinomiais.

1

𝑇= 𝐴0+ 𝐴1 ln 𝑅 +…+𝐴𝑛 lnn𝑅 (1)

A ordem do polinômio depende do grau de precisão desejado e da não linearidade do

termistor NTC utilizado. Geralmente, um polinômio de terceira ordem fornece uma excelente

correlação com a curva experimental de R–T e os termos de ordem superior a quadrática

podem ser desprezados. Procedendo desta forma, tem-se, então, a Equação 2, conhecida como

Equação de Steinhart-Hart, onde A, B, e C são constantes, do NTC a ser modelado, R a

resistência do NTC e T a temperatura em graus Kelvin.

1

𝑇= 𝐴 + 𝐵 ln 𝑅 + 𝐶 ln3 𝑅 (2)

Atualmente, algumas plataformas de prototipagem eletrônica de hardware livre e de

plataforma única têm sido desenvolvidas como o objetivo de criar ferramentas acessíveis no

desenvolvimento protótipos para o ensino na área de ciência da computação básica e física,

podendo também ser utilizadas na área robótica e instrumentação, dentre outras. Estas

plataformas são de baixo custo, flexíveis e fáceis de usar. Entre as disponíveis no mercado,

cita-se a Plataforma Arduino e a mais recente, RaspberryPi. De acordo com

Souza et al. (2011), o Arduino é ideal para criação de dispositivos que permitam a interação

com o ambiente, dispositivos estes que utilizem como entrada sensores de variáveis

ambientais e, como saída, leituras dos mesmos (por exemplo: temperatura, luz e som como

leds, motores, display, autofalantes, dentre outros), criando possibilidades ilimitadas.

Uma placa padrão de Arduino é composta por um controlador, algumas linhas de E/S (entrada

e saída) digital e analógica, além de uma interface serial ou USB, para interligar-se ao

hospedeiro, geralmente um computador usado para programá-la e interagir em tempo real. A

plataforma utiliza-se de uma camada simples de software que implementada na própria placa

do Arduino, denominada de bootloader. A interface, comunicação com o hospedeiro

(computador) é feita através de várias linguagens sendo mais comum a Processing, baseada na

linguagem C/C++, a qual é, também, open source (BANZI, 2011).


A plataforma Arduino possui uma vasta documentação disponível, tanto no site dos

desenvolvedores quanto na Web, na forma de aplicações e troca de experiências entre

usuários. Destaca-se que, no próprio ambiente de desenvolvimento da plataforma, são

disponibilizados uma variedade de bibliotecas que permitem o interfaceamento com sensores

e outros hardwares, o que torna possível desenvolvimento de aplicações desde as mais

simples até as mais complexas. A Figura 2 ilustra uma placa de Arduino com suas principais

interfaces. Figura 2 – Modelo de Placa Arduino genérica.

1. Microcontrolador

2. Conector USB

3. Pinos de Entrada e Saída

(analógicos e digitais)

4. Pinos de Alimentação

5. Botão de Reset

6. Conversor Serial-USB e

LEDs TX/RX

7. Conector de Alimentação

8. LED de Alimentação

9. LED Interno

Fonte: < http://blog.vidadesilicio.com.br/Arduino/o-que-e-Arduino/>

O microcontrolador da placa é programado usando a linguagem de programação Arduino e o

ambiente de desenvolvimento Arduino. Projetos Arduino podem ser independentes ou podem

comunicar com outros softwares que estejam sendo processados em um computador. As

placas podem ser compradas com facilidade, e pode ser feito download do software de

desenvolvimento gratuitamente (PEIXOTO et al., 2012).

Diante de suas potencialidades, a plataforma Arduino pode se tornar uma importante

ferramenta no desenvolvimento de instrumentos e de sensores nas áreas de Ciências Naturais

e Engenharias, uma vez que não requer grandes conhecimentos em eletrônica e programação,

e devido à sua simplicidade, bem como facilidade manuseio.

Assim sendo, o Arduino foi utilizado no desenvolvimento de sistema automático de aquisição

de dados que objetivou calibrar e aferir um sensor do tipo termistor NTC 10kΩ com

finalidade de funcionar como dispositivos de medição da temperatura cinética dos corpos.

2_ MATERIAIS E MÉTODO

2.1_ Materiais

No desenvolvimento deste trabalho, foram utilizados os seguintes equipamentos e programas:

- recipiente com isolamento térmico;

- sensor analógico do tipo termistor NTC de 10kΩ a 25C em série com resistor 10kΩ;

- sensor digital DS18B20 da marca Dallas Semicondutor, com precisão de 0,5C na faixa de

-10°C a +85°C, calibrado de fábrica, utilizado como referência para calibração do sensor;


- Placa Arduino UNO R3, com processador Atmega 328 com memória flash de 3 2Kbytes,

SRAM de 2Kbytes, EEPROM de 1Kbyte e velocidade de clock de 16Mhz para leitura

automática dos dados de resistência ôhmica do sensor termistor 10kΩ;

- Módulo de cartão de memória (modelo DS1307) para registro e armazenamento da

temperatura do sensor digital DS18B20 e resistência ôhmica do termistor;

- Módulo de relógio de tempo real (RTC) para armazenamento de data (dia da semana, dia do

mês, mês, ano) e das horas, minutos e segundos das leituras da leituras realizadas processador

da placa do Arduino;

- Matriz de contatos (Mini protoboard) para acoplamento dos módulos de cartão de memória e

módulo de relógio de tempo real ao processador da placa do Arduino Uno;

- Notebook para programar e interagir em tempo real com a placa do Arduino; e,

- Programa Excel para analise de correlação entre os dados de temperatura medida pelo sensor

termistor 10kΩ e pelo sensor digital DS18B20.

2.2_ Método

2.2.1_ Montagem do Sistema Automático de Aquisição dos Dados

Para realizar a calibração e a aferição do termistor de 10kΩ, acoplou-se a uma mini

protoboard um sensor de temperatura NTC 10kΩ em série com um resistor de 10kΩ e um

sensor digital de temperatura (modelo DS18B20) conforme esquema e circuito de montagem

apresentado na Figura 3. O sensores foram devidamente alimentados por tensão 5V e seus

sinais foram coletados na porta analógica e digital da placa do Arduino.

A data e hora do experimento foram obtidas de forma sincronizada aos dados dos sensores por

meio do módulo de relógio de tempo real (RTC). Estas informações foram registradas e

armazenadas no módulo de cartão de memória (modelo DS1307). Todos os procedimentos de

leitura dos sensores, registro e gravação dos dados foi realizado por meio de um programa

desenvolvido em linguagem C, na plataforma de trabalho Arduino 1.0.5 (Figura 4). O

instrumento de medição desenvolvido se equipara a um sistema automático de aquisição dos

dados (datalogger) disponível no mercado.

Figura 3 – (a) Esquema e (b) circuito elétrico de montagem dos sensores.


Figura 4 – Sistema automático de aquisição de dados desenvolvido a partir da plataforma Arduino.

2.2.2_ Montagem do Sistema Automático de Aquisição dos Dados

Para realizar da calibração do sensor termistor, realizou-se um procedimento no qual o sensor

entrou em contato com um meio em diferentes temperaturas, efetuando-se três medições

diretas da resistência ôhmica para determinação dos coeficientes A, B e C da Equação 1,

necessários na calibração pelo método Steinhart-Hart.

Para tanto, utilizou-se um recipiente com isolamento térmico (Figura 5), no qual foi

introduzida água em diferentes temperaturas. Foram definidas três temperaturas para

realização do ensaio de calibração: temperatura na qual a água apresentava energia cinética

próxima ao ponto de congelamento (10ºC), temperatura da água com energia cinética próxima

ao ponto de ebulição 80ºC e temperatura da água com energia cinética próxima à temperatura

ambiente, de 25ºC.

Para cada temperatura, foram realizadas simultaneamente, com auxilio da plataforma

Arduino, três medições diretas da resistência ôhmica do termistor e três medições de

temperatura no sensor de referência. Estes valores foram adicionados no aplicativo

“Calculator V1.1” da Stanford Reseach Systems para determinação das constantes A, B e C

da Equação de Steinhart-Hart.

A programação da placa do Arduino permitiu que a resistência ôhmica do termistor e a

temperatura do sensor padrão fossem lidas e armazenadas em um arquivo do tipo texto no

módulo de cartão de memória (Modelo DS1307). Além desses, foram armazenados no

arquivo, a data e hora das medições, por meio do módulo de relógio de tempo real (RTC). Os

registros formam armazenados a cada 10 segundos, tempo este considerado satisfatório em

função constante térmica do termistor e do uso do recipiente térmico com isolamento.


Figura 5 – (a) Sensores revestidos com filme plástico e (b) sensores em contato com a água no interior do

recipiente com isolamento térmico.

(a) (b)

2.2.2 Aferição do termistor 10kΩ

A aferição do termistor de 10kΩ foi realizada utilizando-se procedimento análogo ao descrito

na calibração do sensor. Na primeira medição realizada, aqueceu-se a água até

aproximadamente 80C, sendo esta colocada no recipiente térmico. Posteriormente, os dois

sensores foram imersos nessa água. Para proteger os sensores, estes foram revestidos com

filme plástico. O programa em linguagem C foi transferido para a Placa Arduino, que ao ser

iniciado passou a registrar concomitantemente os dados de temperatura do sensor DS18B20 e

do termistor. Os dados da data e hora da medição das temperaturas dos sensores foram

armazenados em um arquivo do tipo texto no módulo de cartão de memória (Modelo

DS1307) acoplado ao Arduino. Os registros formam realizados a cada 10 segundos, tempo

este definido em função constante térmica do termistor utilizado. Nesta medição as

temperaturas variaram de 90 a 26C.

Na segunda medição, colocou-se água a temperatura de aproximadamente 5C no recipiente

térmico e os sensores foram nela imersos novamente. Os dados foram coletados de forma

semelhante à primeira medição com as temperaturas variando de 5 a 23C.

Após a finalização do experimento, os dados armazenados no cartão de memória, em forma

de arquivo texto (txt), foram transferidos para um computador e convertidos para uma

planilha eletrônica, para a realização das analises estatísticas.

2.2.3 Validação do modelo

A aferição dos valores das temperaturas fornecida pelo termistor calibrado em relação ao

sensor de referencia (DS18B20) foi realizada por meio de regressão linear (Y = a + bX), onde

Y é a temperatura do termistor calibrado e X é a temperatura do sensor de referência. O

coeficiente de determinação (R2) foi calculado com intuído de verificar o acoplamento dos

dados, sendo sua variação no intervalo de 0 a 1. Valores próximos a 1 indicam que o modelo

proposto na regressão é adequado para descrever o fenômeno estudado, no caso, a calibração

do sensor.

Par aferir o nível de validação entre os dados do sensor de referência e o calibrado, foram

utilizados os seguintes indicadores estatísticos: Erro e Erro em percentagem (%) existente

entre os valores do sensor termistor e o de referência (Equação 3), Erro Absoluto Médio

(EAM) cometido durante todo o procedimento de calibração (Equação 4), a Raiz do Erro

Quadrático Médio (REQM) (Equação 5) e o Índice de Concordância “d” (Equação 6).


O “REQM” expressa a média dos erros produzida na calibração do sensor. Quanto menor esta

estatística, melhor os resultados encontrados na calibração. Já o Índice de Concordância “d”

mede o grau com o qual os valores estimados no procedimento de calibração estão livres de

erro. Este índice é adimensional. Os valores encontrados variam de 0, que significa

discordância total entre os dados calibrados e os de referencia, a 1, que significa concordância

completa entres entre estes dados.

Nas Equações de 3 a 6, Pi corresponde ao valor calibrado do sensor (previsto), Oi o valor de

referência (observado), Ō o valor médio referência (observado) obtido no intervalo de

calibração e N o número de medições realizadas.

ERRO(%) = 𝑃𝑖−𝑂𝑖

𝑂𝑖𝑥 100 (3)

EAM = ∑ |Pi −Oi|n

i=1

N (4)

REQM =√ ( ∑ (𝑃𝑖 −𝑂𝑖)2 𝑛

i=1 )

𝑁 (5)

d = 1 − [∑ (Pi −Oi)2 n

i=1

∑ (Pi− O)+ |Oi −O|)2ni

] (6)

3_ RESULTADOS E DISCUSSÃO

Para o procedimento de calibração do sensor, três medições de resistência ôhmica e do sensor

de temperatura de referencia foram realizadas (Tabela 1). Estes valores foram adicionados no

aplicativo “Calculator V1.1” da Stanford Reseach Systems para determinação das constantes

A, B e C da Equação de Steinhart-Hart. Este procedimento permitiu estabelecer a equação

característica do sensor NTC 10KΩ (Figura 6).

Tabela 1 - Pontos utilizados para calibração do sensor termistor - Método Steinhart-Hart.

Temperatura sensor de referencia 10C 25C 80C

Resistencia ôhmica termistor NTC 10k Ω 19.962Ω 9.788 Ω 1242 Ω

Figura 6 – Valores das constantes A, B e C da equação Steinhart-Hart obtidos na calibração do termistor

Fonte: Stanford Reseach Systems (2014)


A aferição do sensor termistor que se desejava calibrar foi realizada a partir de 2468 medições

de temperatura simultâneas com o sensor de referência. Estes dados foram submetidos ao

procedimento estatístico de regressão linear simples, usando o programa de estatística do

Excel. O gráfico do diagrama de dispersão dos dados e a respectiva de curva de regressão

linear (em vermelho), determinada através do ajuste dos mínimos quadrados entre os dados,

podem ser visualizados na Figura 7. Para facilitar a interpretação do resultado foi plotada uma

reta (em preto) com coeficiente angular igual a 1 e origem no zero, que corresponderia ao

ajuste perfeito entre os dados com R2 = 1.

Figura 7 – Regressão linear entre a temperatura de referência e temperatura do termistor.

Como esperado, a correlação foi positiva. Nota-se que o coeficiente angular obtido no ajuste

de regressão linear é ligeiramente superior a 1 e a reta de regressão intercepta o eixo Y em -

0,154. O valor de R2 foi de 0,999, o que indica que o modelo da regressão é adequado para

descrever o fenômeno estudado, indicando que o sensor foi calibrado de forma adequada. Este

comportamento também é explicado pelo índice de concordância “d” igual a 0,999. Desta

forma, confirma-se que o método de Steinhart-Hart é um procedimento adequado para

calibração de sensores do tipo termistores NTC.

Ocorreu grande variabilidade nos erros ao longo das faixas de trabalho do sensor, o que indica

que, ora o sensor sobrestima a temperatura e ora subestima (Figura 8a e 8b). Isso se deve ao

modelo matemático adotado na calibração do sensor que utiliza apenas três pontos como

referenciais de calibração. Devido a isso, é esperado que valores próximos aos pontos de

calibração apresentassem erros menores que os valores intermediários. Os valores máximos

dos erros positivos e negativos encontrados na calibração foram de 1,36C e -0,94C, nas

faixas de temperatura entre 50-60C e maior que 70C, respectivamente (Figura 8a). Em

termos percentuais, as máximas porcentagens de erro positivo e negativo foram de 27,2 e -

5,6% e nas faixas de 0-10C e 10-20C (Figura 8b). O Erro Absoluto Médio (EAM) e a Raiz

do Erro Quadrático Médio (REQM) cometido durante todo o procedimento de calibração

foram de 0,44C e 0,53C, respectivamente.

y = 1,0082x - 0,154C

R² = 0,999

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Tem

per

atura

ter

mis

tor

(C

)

Temperatura sensor de referencia (C)


Figura 8 – (a) Erro (C) e erro percentual (%) no procedimento de calibração.

(a)

(b)

Para a faixa de trabalho entre 0-20C, o erro absoluto médio observado foi inferior a 0,50C,

enquanto na faixa de temperatura 20-30C, o erro médio se reduziu para a metade, 0,25C

(Figura 9). Estes valores são superiores aos resultados encontrados por Guadagnini e

Barlette (2005) que determinaram precisão de 0,1C para a faixa de trabalho de 0-32C.

Steidle e Zolnier (2006) encontram erro médio de 0,26C para faixa de validação de 10 a

40ºC, coerentes com os resultados encontrados neste trabalho. Nota-se que para faixas de

trabalho entre 30-40C, o erro absoluto se elevou para 0,82C. Os maiores erros foram

observados na faixa de 40-50C, próximos a 1,0C. Entre 50-70C, os erros médios se

reduziram abaixo de 0,5C. Acima de 70C, o erro absoluto médio foi superior a 0,50C.

-1.00

-0.50

0.00

0.50

1.00

1.50

Err

o (C

)

Faixa de temperatura (0 - 80C)

10C 25C 80C

-10.00

-7.50

-5.00

-2.50

0.00

2.50

5.00

7.50

10.00

Err

o P

erce

ntu

al

(%)

Faixa de temperatura (0 - 80C)

10C 25C 80C


Figura 9 – Erro médio por faixa de trabalho cometido no procedimento de calibração.

Os resultados demonstram que nas faixas onde se inserem os pontos utilizados no

procedimento de calibração, os erros induzidos pelo procedimento de calibração foram

menores, o que ratifica o que o Método Steinhart-Hart tende a introduzir temperaturas mais

precisas no entorno dos pontos utilizados para a calibração. Diante desta constatação, é

importante se conhecer antecipadamente a faixa de trabalho do sensor, pois a sua calibração a

partir de pontos dentro da faixa de trabalho proporcionarão maior exatidão ao sensor.

Todos os parágrafos devem ser redigidos em coluna única, justificados e com espaçamento

simples entre as linhas. Não deverá haver tabulação no texto.

4_ CONCLUSÃO

O uso da placa Arduino em conjunto com o módulo de relógio de tempo real (RTC) e o

módulo de cartão de memória permitiram o desenvolvimento de um sistema automático de

aquisição de dados semelhante a um datalogger, a um custo bem inferior aos disponíveis no

mercado.

No procedimento realizado, os dados de temperatura do sensor de referência e do sensor

termistor puderam ser armazenados de forma concomitante, o que facilitou os procedimentos

de calibração e de aferição, visto que os dados foram armazenados no cartão de memória, com

data e hora dos registros de temperatura realizados. Os dados foram importados diretamente

para planilha eletrônica e as análises estatísticas puderam ser realizadas de forma rápida e

com precisão.

Foi possível notar que o erro no procedimento de calibração é dependente dos pontos

utilizados para a calibração do sensor. Nas faixas nas quais se inseriam os pontos utilizados

como referencia na calibração, os erros observados foram menores. Por outro lado, nas faixas

distantes dos pontos de calibração, os erros foram maiores. Este comportamento está

relacionado ao método de Steinhart-Hart, que utiliza apenas três pontos de referencia para

calibração. O Erro Absoluto Médio (EAM) e a Raiz do Erro Quadrático Médio (REQM)

cometido durante todo o procedimento de calibração foram de 0,44C e 0,53C,

respectivamente. Na faixa de temperatura ambiente, o erro absoluto médio foi de 0,25C.

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 >70

Err

o m

édio

(C

)

Faixa de trabalho (0-100C)


Como a faixa de calibração do sensor adotada foi muito extensa (0-100C), notou-se que, a

exatidão na faixa usual de trabalho do sensor (temperatura ambiente) ficou comprometida e

foi superior à determinada por alguns autores (0,1C). É importante ressaltar que alguns

equipamentos disponíveis no mercado que fazem uso do termistor para avaliação da

temperatura cinética, apresentam exatidão na ordem de 0,35C para faixa de temperatura

ambiente, valor este compatível ao determinado neste trabalho (0,25C).

Sugere-se que em trabalhos futuros a faixa de trabalho do sensor seja reduzida para dentro da

faixa de trabalho usual do sensor (0-50C) com intuito de verificar se a exatidão do sensor

pode ser aperfeiçoada.

5_ REFERÊNCIAS

American National Standard. ISA - S5.1 - Instrumentation Symbols and Identification.

ANSI/ISA-S5.1-1984 (R 1992), 1992.

AROLD, E. S. Instrumentação Industrial. 1o ed. São Paulo: Hemus, 2002.

Banzi, M. Primeiros passos com Arduino. 1a Edição, São Paulo: Novatec Editora, 2011.

CAPELLI, A. Sensores na Automação Industrial. Revista Mecatrônica Atual, ano 10, n.54,

p.18-26, 2012.

GUADAGNINI, P. H., BARLETTE V. E. Um termômetro eletrônico de leitura direta com

termistor. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 27, n. 3, p. 369 - 375, 2005.

HAAGR, R., OLIVIEIRA, L. M., VEIT, E. A. Coleta automática e interpretação de dados em

um laboratório didático de termologia. In: XV Simpósio Nacional de Ensino de Física,

Curitiba, 2003.

JENSEN, J.R. Sensoriamento remoto do ambiente: uma perspectiva em recursos

terrestres. São José dos Campos: Parêntese, 2009. 604p.

PEIXOTO, T. M.; MACHADO, T.; CHAVES, L. J.; JULIO, E. P. Sistemas embarcados:

explore sua criatividade construindo Hardware e Software. 2012. Disponível em:

http://www.ufjf.br/nrc/files/2013/05/capitulo_12.pdf.

SOUZA, A. R.; Paixão, A. C.; Uzêda, D. D.; Dias, M. A.; Duarte, S.; Amorim, H. S. A Placa

Arduino: uma opção de baixo custo para experiência de física assistida pelo PC. Revista

Brasileira de Ensino de Física, v. 33, n. 1, p.1702, 2011.

STEIDLE NETO, A. J.; ZOLNIER, S. avaliação de circuito eletrônico para medição de

temperatura em instalações agrícolas por meio da porta paralela de um computador.

Engenharia Agrícola, Jaboticabal, v.26, n.2, p.335-343, 2006.

THOMAZINI, D.; ALBUQUERQUE, P. U. B. Sensores Industriais. Fundamentos e

Aplicações. 1. ed. São Paulo: Érica, 2006. 95p.

WERNECK, M. M. Transdutores e interfaces. 1o ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, 1996.


225p.

ILX Lightwave Corporation. Thermistor Calibration and the Steinhart-Hart Equation.

Aplication Note 4. 2006. Disponível em: http://assets.newport.com/webDocuments-

EN/images/AN04_Thermistor_Calibration_IX.PDF

STANFORD RESEACH SYSTEMS. Disponível em:

www.thinksrs.com/downloads/programs/Therm%20Calc/NTCCalibrator/NTCcalculator.htm

Acessado em: 20 de novembro de 2014.

STEINHART, J. S.; HART, S. R. Calibration curves for thermistors. Deep Sea Research and

Oceanographic, v. 15, n. 4, p. 497-503, 1968.