lm335 t0
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CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
TECNOLOGIA EM AUTOMATIZAÇÃO INDUSTRIAL
DICIPLINA DE INSTRUMENTAÇÃO
PROFESSOR VALNER BRUSAMARELLO
Sensor de Temperatura
LM 335
GREGORIO NETO
THIAGO LUCENA
CARLOS ANDRÉ BERGAMIN
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ÍNDICE ÍNDICE -----------------------------------------------------------------------------------------------------2 1 – INTRODUÇÃO ---------------------------------------------------------------------------------------3 2 - FUNCIONAMENTO ---------------------------------------------------------------------------------4
2.1 – DIAGRAMA DE CONEXÃO -----------------------------------------------------------------4 2.2 – DADOS DE FUNCIONAMENTO------------------------------------------------------------5
3 – APICAÇÃO DO LM335-----------------------------------------------------------------------------6 4 – CUIDADOS COM A APLICAÇÃO DO LM335 ------------------------------------------------7 5 – RESISTÊNCIA TÉRMICA--------------------------------------------------------------------------8 6 – CONSTANTE TÉRMICA DO TEMPO -----------------------------------------------------------9 7 – CIRCUITO DE APLICAÇÃO -------------------------------------------------------------------- 10 8 – APARELHO DE EXPERIÊNCIA ---------------------------------------------------------------- 11
8.1 – MONTAGEM E FUNCIONAMENTO----------------------------------------------------- 11 8.2 – DIAGRAMA COMPLETO DO TERMÔMETRO---------------------------------------- 12 8.3 – DISPOSIÇÃO DOS COMPONENTES DO CIRCUITO E PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO-------------------------------------------------------------------------------------------- 13 8.4 – MATERIAIS UTILIZADOS NA EXPERIÊNCIA---------------------------------------- 13 8.5 – GRÁFICOS DE MEDIDAS RESLIZADAS PARA EXPERIÊNCIA------------------ 14
9 – CONCLUSÃO--------------------------------------------------------------------------------------- 16 10 – BIBLIOGRAFIA ---------------------------------------------------------------------------------- 17
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1 – INTRODUÇÃO
Os sensores são dispositivos que mudam seu comportamento sob a ação de uma
grandeza física, podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal que indica esta gran-
deza. Quando operam diretamente, convertendo uma forma de energia neutra, são chamados
transdutores. Os de operação indireta alteram suas propriedades, como a resistência, a capaci-
tância ou a indutância, sob ação de uma grandeza, de forma mais ou menos proporcional.
O sinal de um sensor pode ser usado para detectar e corrigir desvios em sistemas de controle, e
nos instrumentos de medição, que freqüentemente estão associados aos SC de malha aberta
(não automáticos), orientando o usuário.
Tem como principais características a linearidade, que é o grau de proporcionali-
dade entre o sinal gerado e a grandeza física. Quanto maior, mais fiel é a resposta do sensor ao
estímulo. Os sensores mais usados são os mais lineares, conferindo mais precisão ao SC. Os
sensores não lineares são usados em faixas limitadas, em que os desvios são aceitáveis, ou
com adaptadores especiais, que corrigem o sinal.
Faixa de atuação é o intervalo de valores da grandeza em que pode ser usado o sen-
sor, sem destruição ou imprecisão.
Os sensores de temperatura se compreendem entre os mais simples, como o ter-
mômetro de mercúrio (utilizado para medir temperatura corporal), até termômetros que utili-
zam semicondutores, como o LM335. Usamos sensores de temperatura para o controle de pro-
cessos industriais ou comerciais, como a refrigeração de alimentos e compostos químicos,
fornos de fusão (produção de metais e ligas), destilação fracionada (produção de bebidas e
derivados de petróleo), usinas nucleares e aquecedores e refrigeradores domésticos (fornos
elétricos e microondas, freezers e geladeiras).
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2 - FUNCIONAMENTO
O LM135 é um circuito integrado sensor de temperatura, a série deste sensor é pre-
cisa e de fácil calibração, a tensão de esgotamento é diretamente proporcional à temperatura
absoluta de mais 10mV/°K, nesta série possuímos além do LM135 também o sensor de tempe-
ratura o LM235 e o LM335, onde trabalharemos com o LM335 que pode ser operado de –
40°C até 100°C.
Este componente possui vantagens em relação aos demais circuitos integrados do
gênero por sua versatilidade:
-trabalha com uma única fonte de tensão que pode vir de uma célula de lítio (tipo especial de
bateria);
-fácil calibração;
-opera com uma corrente muito baixa.
O LM335 está disponível em três tipos de encapsulamentos conforme sua indica-
ção abaixo:
2.1 – DIAGRAMA DE CONEXÃO
OBS. O encapsulamento de mais fácil aquisição e melhor custo é o TO-92.
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2.2 – DADOS DE FUNCIONAMENTO
Parâmetro Mínimo Típico Máximo Unidade
Tensão de alimentação 18 V
Tensão de operação 2,92 2,98 3,04 V
Erro de calibração 1 2 °C
Não linearidade 0,30 1,50 °C
Impedância 0,60 Ω
Coeficiente de tensão de saída/temperatura 50 mV/°C
Faixa de operação -40 100 °C
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3 – APICAÇÃO DO LM335
• Termômetro;
• Equipamento Eletro Estético;
• Automação no acionamento de ar condicionado;
• Controle de reações químicas onde o calor é um catalisador;
• Piscicultura: controle da temperatura de tanques de peixes;
• Na avicultura: controle de temperatura de chocadeiras;
• Proteção de equipamentos de potência como transformadores, motores, conversores,
etc;
• Controle de câmaras frias;
• Controle de cargas de baterias;
• Eletrodomésticos em geral.
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4 – CUIDADOS COM A APLICAÇÃO DO LM335
O circuito integrado lm335 pode ser utilizado como qualquer outro circuito inte-
grado sensor de temperatura do gênero.
Este sensor de temperatura deve ser soldado em uma superfície (placa de circuito
impresso), isto impõe que a temperatura da superfície seja igual a temperatura do dispositivo
no equilíbrio térmico, se a placa se encontrar em meios onde existam grandes variações de
temperatura pode acontecer do sensor não atingir tais temperaturas por esse motivo deve se
conhecer a constante térmica do sistema.
O meio que existe entre o sensor e o material do qual se deseja medir a temperatura
deve ter uma boa condutividade térmica, o circuito integrado deve ser mantido em ambientes
secos se a aplicação exige que o sensor esteja em ambientes úmidos então deve ter algum tio
de isolante como tintas a base epóxi e resinas, no caso do experimento que você verá a seguir
o sensor esta encapsulado em um tubo de aço inox, resinado podendo assim informar tempera-
turas até debaixo d’água.
O LM335 aceita bem cargas capacitivas sem muitas precauções especiais. Para
meios onde existem grandes ruídos térmicos, um capacitor pode ser usado como filtro. No
entanto, isto é quase desnecessário já que o nível de ruído é baixo.
A corrente que o dispositivo solicita deve ser a mais baixa possível, de maneira que
não ocorram grandes dissipações térmicas na junção do componente e, conseqüentemente,
auto aquecimento. Isto pode ser feito aplicando a menor tensão de aplicação que ainda torna o
sensor funcional. Esta tensão depende da temperatura. Como o dispositivo possui uma cor-
rente de funcionalidade muito baixa o auto aquecimento esta na ordem de 0,1 °C na condição
de correntes baixas.
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5 – RESISTÊNCIA TÉRMICA
A resistência térmica precisa ser baixa para que possamos atingir rapidamente o
equilíbrio térmico se a resistência for muito grande quase não haverá incremento na tempera-
tura do dispositivo.
Res
istê
ncia
Tér
mic
a (°
C/W
)
Velocidade do Ar (FPM)
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6 – CONSTANTE TÉRMICA DO TEMPO
Tempo necessário para atingir o equilíbrio térmico é aproximadamente 18 segundos.
Con
stan
te d
e Te
mpo
(seg
)
Velocidade do Ar (FPM)
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7 – CIRCUITO DE APLICAÇÃO
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8 – APARELHO DE EXPERIÊNCIA
Aceitando o desafio proposto de montagem de um instrumento de medição na dis-
ciplina, demos início a pesquisa de qual sensor seria o indicado para a utilização em medidas
de temperatura. O sensor escolhido foi o LM335 da National Semicondutors.
O nosso termômetro é formado por um circuito eletrônico bastante simples, com-
posto com um amplificador operacional e alimentado por duas baterias de 9V. O consumo do
aparelho é muito baixo o que significa que baterias terão uma grande durabilidade.
Num primeiro momento montamos o circuito em um protoboard e procedemos
com a leitura de tensão em um multímetro e de temperatura em um termômetro de temperatu-
ra. A faixa de trabalho que desejávamos era entre 0°C e 100°C.
Como no inicio a variação de tensão era muito rápida em relação de temperatura
efetuamos trocas constantes dos resistores R1 e R2 que ajustam o ganho (calibração) do sen-
sor. Os resistores que nos deram resposta ideal foram de 2 KΩ em R1 e 3,3 KΩ em R2. Estas
trocas aliadas a calibração que pode ser feita com instrumentos que apresentam temperaturas
conhecida e confiável ou com água e gelo, nos auxiliaram em um equipamento calibrado que
ainda possui o um resistor variável de ajuste fino para aferição do mesmo. Lembrando que a
água deve estar com temperatura na maioria dos pontos verificados, para isso acontecer deve-
se lentamente agitar água com uma espátula não metálica para não haver dissipação de tempe-
ratura.
O circuito foi montado em uma placa de fenolite dentro de um gabinete de acrílico
e o sensor em um cabo no qual está acoplado a uma cápsula de inox com resina condutiva tér-
mica.
8.1 – MONTAGEM E FUNCIONAMENTO
Com um amplificador operacional de transistor de efeito de campo na entrada ela-
boramos um comparador de tensão que na saída possui dois canais para conectar o multitester
(voltímetro).
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Estabelecendo um ganho entre os resistores R1 e R2 (R2/R1 +1), do circuito con-
seguimos uma leitura bastante confiável na faixa de 0°C a 96°C, a calibração realizada com
gelo deverá mostrar no visor do multitester um sinal de tensão de 0,00V, onde poderá ser ajus-
tado no resistor variável instalado, regulando assim o sinal de saída com uma sensibilidade
aproximada a 50mV/°C.
Quando esta temperatura mostrar-se menor que zero a tensão informada será nega-
tiva e conforme a temperatura for subindo a tensão mostrada no aparelho ficará positiva sendo
que a temperatura não deverá ultrapassar o limite de 100°C e o sinal de tensão apresentado de
5 V.
8.2 – DIAGRAMA COMPLETO DO TERMÔMETRO
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8.3 – DISPOSIÇÃO DOS COMPONENTES DO CIRCUITO E PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO
8.4 –
to, n
oper
pame
e R5
MATERIAIS UTILIZADOS NA EXPERIÊNCIA
Utilizamos alguns equipamentos, semicondutores e resistores durante o experimen-
o qual podemos citar como semicondutores o próprio sensor LM335, um amplificador
acional denominado CA3140 e um LED vermelho comum. Os resistores de nosso equi-
nto possuem uma tolerância de 1 ou 5 % e uma potencia de 1/8 ou 1/4 W, sendo que R1
são de 2 K, R2 3,3 KΩ, R3 20 KΩ e R4 10 KΩ entre estes, existe também um resistor
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variável de ajuste fino de 5 KΩ. No circuito eletrônico possui um capacitor que pode ser ce-
râmico ou poliéster de 33 nF, um interruptor simples de e duas baterias de 9V.
Para a montagem foram utilizados, placa de fenolite, na qual traçamos o circuito,
suporte para o integrado e suporte para o LED, conectores para as baterias, uma caixa para a
montagem e diversas instrumentos básicos para um montagem de um circuito eletrônico como
solda, ferro de solda, fios etc.
8.5 – GRÁFICOS DE MEDIDAS RESLIZADAS PARA EXPERIÊNCIA
Após realizarmos 5 medições, três com o circuito montado em protoboard, um com
o circuito montado na placa e outro com o equipamento pronto, chegamos aos seguintes gráfi-
cos:
1ª MEDIÇÃO EM PROTOBOARD
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,0 0,5 0,8 1,3 1,7 2,2 2,6 3,2 3,7 4,0 4,4
Sinal de Tensão (V)
Term
õmet
ro d
e M
ercú
rio (°
C)
2ª MEDIÇÃO EM PROTOBOARD
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,0 0,2 0,5 0,7 1,3 1,9 2,3 3,0 3,5 4,0 4,4
Sinal de Tensão (V)
Term
ômet
ro d
e M
ercú
rio (°
C)
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3ª MEDIÇÃO EM PROTOBOARD
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,0 0,4 0,9 1,2 1,7 2,1 2,7 3,1 3,5 3,9 4,4
Sinal de Tensão (V)
Term
ômet
ro d
e M
ercú
rio (°
C)
4ª MEDIÇÃO EM PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,0 0,4 0,9 1,5 2,0 2,3 2,8 3,3 3,6 4,1 4,4
Sinal de Tensão (V)
Term
ômet
ro d
e M
ercú
rio (°
C)
5ª MEDIÇÃO EM APARELHO MONTADO
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,0 0,4 0,6 1,0 1,6 2,1 2,5 3,0 3,5 3,9 4,4
Sinal de Tensão (V)
Term
ômet
ro d
e M
ercú
rio (°
C)
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9 – CONCLUSÃO
O LM335 tem uma serie de utilização para diversas ocasiões, com uma fácil mon-
tagem e uma resposta de excelente valor técnico, onde o crescimento dos processos automati-
zados vem proporcionando um aumento na utilização de sensores de temperaturas sendo este
um dos mais utilizados.
Após finda a montagem levamos conosco o conhecimento que adquirimos, sobre
como funciona o circuito e seus componentes, tais quais resistores capacitores, amplificadores
etc, e suas classificações e a satisfação de quem conseguiu fazer funcionar o instrumento.
Tivemos a oportunidade de observar uma rápida resposta na temperatura que o sen-
sor transmitia e o conhecimento onde uma simples variação de resistência pode saturar o cir-
cuito deixando impossível uma leitura.
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10 – BIBLIOGRAFIA
WERNECK, Marcelo Martins. Transdutores e Interfaces –
pg 33. Livros técnicos e Científicos Editora
MILLMAN, Halkias. Eletrônica, Volume 2 – pg 436. Editora Mc Graw Hill
WWW.NATIONAL.COM
WWW.UCS.BR/CCET/DEMC/VJBRUSAM