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

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

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).

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.

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

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.

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.

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)

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)

7 – CIRCUITO DE APLICAÇÃO

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).

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

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

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)

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)

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.

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

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