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Relatório de Atividades Experimentais LDR’s e NTC’s 1/16 Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Relatório de Atividades Experimentais LDR’s e NTC’s Projeto FEUP 2016/2017 - MIEEC : Sara Marinho Pinho Ferreira Manuel Firmino da Silva Torres Equipa XXX000: Supervisor: José Nuno Teixeira de Almeida Monitora: Joana Fonseca Estudantes & Autores: Emanuel Castro [email protected] Rodrigo Alves [email protected] Filipe Oliveira [email protected] Rodrigo Lopes [email protected] Maria Afonso [email protected]

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Relatório de Atividades Experimentais – LDR’s e NTC’s 1/16

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Relatório de Atividades Experimentais

LDR’s e NTC’s

Projeto FEUP 2016/2017 - MIEEC :

Sara Marinho Pinho Ferreira Manuel Firmino da Silva Torres

Equipa XXX000:

Supervisor: José Nuno Teixeira de Almeida Monitora: Joana Fonseca

Estudantes & Autores:

Emanuel Castro [email protected] Rodrigo Alves [email protected]

Filipe Oliveira [email protected] Rodrigo Lopes [email protected]

Maria Afonso [email protected]

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Relatório de Atividades Experimentais – LDR’s e NTC’s 2/16

Resumo

No âmbito da unidade curricular Projeto FEUP, foi proposto ao grupo de trabalho realizar

atividades experimentais envolvendo LDR’s e NTC’s de modo a compreender o seu

comportamento.

No que toca aos LDR’s, através da utilização de uma fonte de iluminação, cuja intensidade

luminosa podia ser regulada, através de um luxímetro foram medidos os valores da resistência

para os correspondentes níveis de intensidade luminosa, o resultado foi uma curva em que

se verificava que à medida que a intensidade luminosa diminuía a resistência aumentava.

Em relação aos NTC’s, com o auxilio de um recipiente cheio de água quente, e de um

termómetro foi medida a variação dos valores de resistência à medida que a água arrefecia.

Os valores observados formavam uma curva, a partir da qual era possível deduzir que, à

medida que os valores da temperatura iam diminuindo os valores da resistência iam

aumentando.

Conclui-se então que ambos os tipos de resistências se comportavam com era esperado.

Recomendações: Aquando da realização da atividade dos NTC’s é necessário ter atenção

à posição da resistência, garantindo que esta não entra em contacto com as paredes do

recipiente de modo a não afetar os valores obtidos. Durante a atividade pratica dos LDR’s

com vista a obter resultados mais exatos recomenda-se a utilização de um espaço escuro

para a realização da atividade experimental, evitando assim a influência da luz ambiente nos

valores medidos pelo luxímetro.

Palavras-Chave

LDR, NTC, resistências, termómetro, intensidade luminosa, luxímetro.

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Agradecimentos

Todo este projeto não teria sido possível sem o apoio do nosso professor José Nuno

Teixeira de Almeida, e da nossa monitora Joana Fonseca, os quais nos guiaram tanto na

realização dos trabalhos experimentais como na elaboração do presente relatório, com os

seus conselhos e apoio contínuo.

Gostaríamos também de agradecer a toda a organização do Projeto FEUP e a todos os

oradores das palestras, por todas as ferramentas e conhecimentos transmitidos na primeira

semana do semestre, os quais fundamentaram a realização deste trabalho.

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Relatório de Atividades Experimentais – LDR’s e NTC’s 4/16

Índice

Lista de figuras…………………………………………………………………………...5

Lista de acrónimos……………………………………………………………………….5

Glossário………………………………………………………………………………….5

1. Introdução ……………………………………………………………………………..6

2. LDR’s e NTC’s, O que são?................................................................................7

2.1. LDR’s…………………………………………………………………………….7

2.1.1. Características dos LDR’s………………………………………………7

2.1.2. Aplicações dos LDR’s…………………………………………………...8

2.1.3. Desenvolvimento Experimental……...………………………………...8

2.1.3.1. Material Necesário………………………………………………...8

2.1.3.2. Montagem Experimental……………………………………........9

2.1.3.3. Procedimentos Experimentais…………………………………..10

2.2. NTC’s…………………………………………………………………………...11

2.2.1. Características dos NTC’s……………………………………………..11

2.2.2. Aplicações dos NTC’s……………………………………………….....12

2.2.3. Desenvolvimento Experimental……………………………………….12

2.2.3.1. Material Necessário………………………………………………12

2.2.3.2. Montagem Experimental…………………………………………13

2.2.3.3. Procedimentos Experimentais………………………………......14

3. Conclusões…………………………………………………………………………..15

Referências bibliográficas……………………………………………………………..16

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Lista de figuras

Figura 1……………………………………………………………………………………………9

Figura 2……………………………………………………………………………………………9

Figura 3…………………………………………………………………………………………..10

Figura 4…………………………………………………………………………………………..11

Figura 5…………………………………………………………………………………………..11

Figura 6…………………………………………………………………………………………..12

Figura 7…………………………………………………………………………………………..13

Figura 8 ………………………………………………………………………………………….13

Gráfico 1………………………………………………………………………………………….10

Gráfico 2………………………………………………………………………………………….14

Lista de acrónimos

LDR - Light Dependent Resistor

NTC - Negative Temperature Coefficient

Glossário

Light Dependent Resistor – Resistor cuja resistência varia inversamente à intensidade da

luz que incide sobre o si.

Negative Temperature Coefficient – Resistor cuja resistência varia inversamente à

temperatura do meio que o envolve.

Breadboard - placa em plastico usada para fazer ligaçoes entre circuitos

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1. Introdução

No âmbito da unidade curricular Projeto FEUP, o grupo 2 da turma 2 do 1º ano do curso

de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores, realizou este trabalho aqui presente, no qual

aborda o tema “Resistências dependentes da luz e da temperatura”. O propósito deste

trabalho é conhecer as características de cada uma das resistências estudadas, NTC´s e

LDR´s, averiguando, através de atividades experimentais, quais as melhores formas de

utilizar estes dispositivos e qual será a sua utilização no mundo atual.

(A possibilidade de fazer medições de temperatura que, hoje em dia, é de extrema

importância, deve-se à necessidade de realizar medições precisas relacionadas com qualquer

aparelho tecnológico do seculo XXI, desde computadores, carros e até reatores nucleares.

Estes são apenas três exemplos de sistemas modernos cujo funcionamento seria impossível

sem NTC’s.)

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2. LDR e NTC, o que são?

As resistências utilizadas, LDR’s (Light Dependent Resistors) e NTC’s (Negative

Temperature Coeficient), tratam-se de resistências construídas com materiais especiais,

cujas capacidades variam de acordo com a intensidade da luz e a temperatura do meio

envolvente, respetivamente.

2.1. LDR’s

2.1.1. Características dos LDR’s

Um LDR é constituído a partir de um material semicondutor com elevada resistência.

Deste modo, quando a luz que incide sobre o semicondutor tem uma frequência suficiente,

os fotões incidentes libertam eletrões para a banda condutora, aumentando a sua

condutividade e diminuindo a sua resistência. Dependendo do tipo de LDR, estes podem ser

mais ou menos sensíveis às radiações Infravermelhas (IR), Visíveis ou Ultravioletas (UV). A

sensibilidade de um foto resistor varia de acordo com o comprimento de onda da radiação

incidente, sendo que, por vezes, se o comprimento de onda estiver fora de um certo intervalo

este não irá afetar o resistor de maneira alguma. Por outro lado, muitos resistores são feitos

para detetar radiações de maior comprimento de onda, como os Infravermelhos. Assim é

necessário evitar mudanças de temperatura uma vez que estas podem influênciar as

medições, afetando a resistência do LDR.

Outra propriedade característica dos LDRs é o intervalo de tempo entre a deteção da

alteração da intensidade da luz e a respetiva alteração do valor da resistência. Depois de se

fazer incidir luz sobre o LDR, tendo este estado submetido a um ambiente de escuridão total,

costuma demorar aproximadamente 10 ms (milisegundos) para a resistência diminuir. No

caso do procedimento oposto pode demorar até 1 segundo até se verificar o mesmo

fenómeno. Isto é chamado de resistance recovery rate, e, por esta razão, os LDR’s não podem

ser utilizados onde existam rápidas mudanças de intensidade luminosa.

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2.1.2. Aplicações dos LDR’s

Os LDR’s são frequentemente utilizados como sensores de luz, ou seja, quando se

pretende detetar a presença ou ausência de luz, ou de medir a intensidade da mesma.

Alguns exemplos de aplicações mais comuns para os foto-resistores são luzes de rua e

medidores de luz fotográfica. Como a reação à luz nos LDRs não é instantânea uma das suas

aplicações fora do campo da deteção é o seu uso em áudio compressores, utilizando-os como

uma forma de induzir uma resposta com delay.

2.1.3. Desenvolvimento experimental

Neste capítulo iremos explicar como procedemos na concretização da experiência,

material utilizado, parte teórica e processos experimentais específicos.

2.1.3.1. Material Necessário

Para realiza a experiencia é necessário o seguinte material:

-LDR

-Multímetro, com capacidade de medir resistências

-Breadboard

-Cabos para realizar as ligações entre breadboard e multímetro

-Fonte de energia luminosa (candeiro com lâmpada)

-Luximetro

-Caixa opaca

-Reóstato

-Telemóvel equipado com luxímetro

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2.1.3.2. Montagem do sistem

1º-Com todos os terminais desconectados, fazer a ligação da breadboar com o LDR, e

com o multímetro, para isso ligamos um dos terminais do LDR a uns dos terminais do

multímetro (tanto faz qual o terminal neste caso), e reperimos o processo para o outro par de

terminais multimetro-LDR, como na imagem apresentada.

2º- Colocar o extremo vermelho na entrada do multimetro com o seguinte aspeto : HzΩ

mV, e a ponta preta na entrada : COM . Depois, selecionar para mediçao de resistências no

multimetro, rodando para o simbolo Ω, como sugere a figura abaixo.

Figura 1: Montagem experimental LDR.

Figura 2: Configuração do Multímetro.

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3º-Ligar a fonte luminosa a um reóstato (para regular a intensidade da luz), coloca-la sobre

o LDR e sobre o luximetro e envolver tudo numa caixa opaca, de modo a minimizar a entrada

de luz exterior no sistema, pois se tivermos essa interferência os valores irão ser falseados.

2.1.3.3. Procedimentos Experimentais

Em primeiro lugar, escolhem-se diversos pontos no regulador da fonte de iluminação, de

modo a fazer incidir sobre o LDR diferentes intensidades de radiação. De seguida, seleciona-

se o primeiro ponto escolhido, fazendo-se incidir a radiação sobre o LDR e o luxímetro. Após

isto registam-se os valores de resistência e intensidade luminosa. Repete-se o processo para

todos os pontos escolhidos, anotando os valores que lhes correspondem. Por fim, utilizando

os valores obtidos, constrói-se um gráfico cuja representação será do tipo:

Figura 3: Montagem experimental com iisolamento luminoso.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Gráfico 1: Relação entre a resistência elétrica e a intensidade luminosa (Gráfico Experimental).

Resis

tência

Elé

tric

a (

Ohm

s)

Intensidade Luminosa (Lux)

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2.2. NTC’s

2.2.1. Características dos NTC’s

Os NTC’s são um tipo de termístor, não polarizado eletricamente e cuja

resistência diminui com o aumento da temperatura . Apareceram pela primeira vez em

1834 e são formados normalmente por platina , níquel , cobalto e ferro.

Os NTC’s podem ser distribuídos em três diferentes grupos dependendo do

processo de produção e também para que finalidade específica eles são utilizados:

Bead thermistors: são usados em corpos cerâmicos (diretamente inseridos).

Têm uma maior velocidade de resposta e uma melhor

estabilidade. São usados para temperaturas mais elevadas

do que os termístores do tipo disk and chip. Apesar de tudo

isto, eles são bastante frágeis, daí a necessidade comum

de selá-los em vidro, para que estejam mais protegidos de

eventuais danos mecânicos durante a montagem dos

circuitos.

Disk and Chip thermistors: estes termístores têm superfícies de contacto

metalizadas e são mais largas portanto têm um tempo de

resposta mais lento. Contudo, têm uma elevada constante de

dissipação (energia necessária para aumentar a temperatura

em 1º C) devido ao seu tamanho e, como a energia dissipada

e a intensidade ao quadrado são proporcionais, este tipo de

termístores conseguem aguentar com uma maior corrente

do que os do tipo bead.

Figura 4: Bead Thermistors.

Figura 5: Disk and Chip thermistors.

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Glass encapsulated NTC thermistors: são selados numa bolha de vidro

hermética, ou seja, totalmente fechada, o que melhora a

estabilidade do sensor assim como a sua proteção do meio

ambiente. São especialmente usados para temperaturas acima

dos 150º C ou em quadros de montagem de circuitos uma vez

que é necessário elevada robustez.

2.2.2. Aplicações dos NTC’s

Devido à relação entre a resistência e a temperatura, anteriormente referida, o

objetivo principal dos NTC’s é controlar, compensar e alterar a temperatura em

dispositivos eletrónicos (diminuindo ou aumentando a sua resistência). Alguns

exemplos de tais dispositivos eletrónicos são: alarmes, termómetros digitais, relógios

digitais, ar-condicionado e dissipadores de calor.

2.2.3. Desenvolvimento experimental

2.2.3.1. Material Necessário

Para que a realização da experiência seja possível, são necessários os seguintes

elementos:

-NTC

-Multímetro, com capacidade de medir resistências

-Breadboard

-Cabos para realizar as ligações entre breadboard e multímetro

-Caixa a prova de agua que resista a temperaturas até 120ºC

-Termómetro submersível

-Agua a 50-70ºC

Figura 6: Glass encapsulated NTC

thermistors.

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2.2.3.2. Montagem do Sistema

1º-Com todos os terminais desconectados, fazer a ligação da breadboard com o NTC, e

com o multímetro, para isto liga-se um dos terminais do NTC a uns dos terminais do

multímetro (o terminal é indiferente neste caso), e repetir o processo para o outro par de

terminais multímetro-NTC, como na imagem apresentada. Introduzir o sensor do termómetro

na agua, com cuidado, para não entrar em contacto com a superfície do recipiente, o mesmo

se aplica ao NTC.

2º- Colocar o extremo vermelho na entrada do multímetro com o seguinte aspeto: HzΩ

mV, e a ponta preta na entrada : COM . Depois, selecionar para medição de resistências no

multímetro, rodando para o símbolo Ω, como sugere a figura abaixo.

Figura 7: Montagem experimental de NTC.

Figura 8: Configuração do Multímetro.

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2.2.3.3. Procedimentos experimentais

Agora, já com todos os elementos montados e ligados (multímetro e termómetro),

podemos então dar inicio aos precessos experimentais. Para isso, determinamos um intervalo

de tempo (30 s, ou o utilizado 1 min) e a cada intervalo recolhemos 2 valores, o valor da

resistência apresentado no multímetro e o valor da temperatura que se verifica no termómetro.

29

31

33

35

37

39

41

43

45

47

7,5 9,5 11,5 13,5 15,5 17,5 19,5

Relação Temperatura-Resistência

Resistência (Kilo-Ohms kΩ)

Gráfico 2: Relação entre a temperatura e a resistência elétrica de um NTC.

Tem

pera

tura

(ºC

)

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3. Conclusões

Foi-nos proposto realizar estes trabalhos laboratoriais com o objetivo de nos ajudar a

compreender o funcionamento de dois tipos diferentes de resistências. Assim, a partir dos

resultados experimentais que obtivemos, pudemos concluir que:

No que diz respeito aos LDR’s, quanto maior for a intensidade da radiação que se

fizer incidir sobre os mesmos, menor é a resistência elétrica que estes oferecem.

Em relação aos NTC’s, à medida que a temperatura da água que envolvia o NTC

diminuía, a resistência elétrica era cada vez maior.

Estas características juntamente com o baixo custo de produção, tanto dos LDR’s como

dos NTC’s, significam que estas resistências e as suas diversas aplicações estão presentes

em todo o nosso dia-a-dia e continuarão a sê-lo futuramente.

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Referências bibliográficas

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http://www.technologystudent.com/elec1/ldr1.htm

(Acedido a 18 de Outubro)

SUNROMTechnologies.2008."Light Dependent Resistor"

http://kennarar.vma.is/thor/v2011/vgr402/ldr.pdf

(Acedido a 18 de Outubro)

RadioEletronics."Light Dependent Resistor, Photoresistor, or Photocell"

http://www.radio-electronics.com/info/data/resistor/ldr/light_dependent_resistor.php

(Acedido a 19 Outubro)

ResistorGuide. "NTC themistor".

http://www.resistorguide.com/ntc-thermistor/

(Acedido a 23 de Outubro)

ResistorGuide. "Photo resistor".

http://www.resistorguide.com/photoresistor/

(Acedido a 20 de Outubro)