Sensor de temperatura

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO – INSTITUTO DE ENGENHARIA 
(IENG) – VÁRZEA GRANDE. 
 
 
 
 
 
 
SENSOR DE TEMPERATURA 
 
 
 
 
 
 
GABRIEL ROSON DA SILVA 
GABRIEL FERNANDO VIEIRA BOOS 
GUSTAVO CAETANO DE SOUZA 
KELVIN VINICIUS DA SILVA MAGALHÃES 
 
 
 
 
 
 
 
 
CUIABÁ, 2017. 
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO – INSTITUTO DE ENGENHARIA 
(IENG) – VÁRZEA GRANDE. 
 
 
 
 
 
 
 
 
SENSOR DE TEMPERATURA 
 
 
 
 
 
 
Trabalho realizado para fins 
avaliativos das disciplinas de Instrumentação 
Industrial e Programação Aplicada à 
Automação, ministradas pela Professora Me. 
Aline Nonato e pelo Professor Me. Rodolfo 
Varraschim Rocha, respectivamente. 
 
 
 
 
 
CUIABÁ, 2017. 
 
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Sumário 
 
Introdução ............................................................................................................................................... 4 
Lista de Materiais .................................................................................................................................... 6 
Procedimentos ........................................................................................................................................ 7 
Resultados e discussões .......................................................................................................................... 9 
Etapa construtiva ................................................................................................................................ 9 
Etapa de Testes ................................................................................................................................. 14 
Conclusão .............................................................................................................................................. 19 
Referências ............................................................................................................................................ 20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Introdução 
 
A refrigeração de equipamentos que demandam um valor significativo de potência, é 
algo fundamental para o bom funcionamento da máquina. Em transformadores de médio 
/grande porte não é diferente, e seu desempenho e vida útil depende significantemente de sua 
temperatura de trabalho. Para que o seu resfriamento seja feito, são utilizados dissipadores de 
calor em suas carcaças e óleos isolantes que, através de convecção, geralmente forçada, 
dissipam o calor do transformador. Para auxiliar nesse processo, um conjunto de ventiladores 
são utilizados para forçar a passagem do ar pelos dissipadores [1]. 
O controle desse conjunto de ventiladores pode ser feito de forma que cada ventilador 
seja acionado individualmente e em um sentido específico, de acordo com a temperatura do 
transformador. Desta forma, quanto maior a temperatura, maior deve ser a ventilação e, 
consequentemente, mais ventiladores devem ser acionados. Um CLP ou controlador lógico 
programável é um dispositivo que torna possível a programação da lógica necessária para o 
acionamento da refrigeração de acordo com a variação da temperatura da máquina. Esses 
equipamentos eletrônicos são muito utilizados em sistemas de acionamentos e controle, pois 
permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica para o acionamento das saídas em função 
das entradas por meio de sua programação, que pode ser feita em LADDER ou diagrama de 
blocos [2]. Portanto, devido a essas características, esse equipamento se aplica perfeitamente ao 
cenário de resfriamento de transformadores de potência. 
O sinal de entrada do CLP pode ser dado através de um circuito contendo um 
amplificador operacional amplificando o sinal de um sensor de temperatura. O sensor de 
temperatura pode ser um LM35, que gera uma tensão de saída linearmente proporcional à 
temperatura em graus Celsius, sendo de 10mV/Cº [3]. Uma característica relevante destes 
dispositivos está no fato de que, ao contrário dos sensores ajustados para a escala Kelvin, não 
é necessário subtrair uma enorme tensão constante para se obter o valor em graus Celsius. Um 
fato importante é que esses componentes não necessitam de nenhuma calibração externa ou 
ajuste para se obter uma precisão típica de 0,25°C na temperatura ambiente e de 0,75°C na faixa 
de -55 a + 150°C. Além do mais, esse é um sensor de baixo custo, visto que o ajuste de precisão 
é feito a nível de chip [4]. 
Os amplificadores operacionais são dispositivos eletrônicos com um amplo cenário de 
aplicações na área da eletrônica. Dentre essas aplicações está a amplificação de sinais de entrada 
por um fator de ganho, que pode ser controlado de acordo com os valores de resistência dessa 
configuração [5]. Desta maneira, esse componente pode trabalhar juntamente com o sensor do 
tipo LM35 de modo a amplificar o sinal de saída deste para poder trabalhar com valores de 
tensão maiores. 
Também conhecidos como Amp Ops, as construções internas de um amplificador 
operacional se baseiam em amplificadores transistorizados em conexão série [5]. Sendo que suas 
características são de alta resistência de entrada, da ordem 1 MΩ ou mais, e baixa resistência 
de saída, além de alto ganho de tensão [6]. Esses dispositivos possuem uma tensão residual que 
é gerada em sua saída a uma entrada nula, chamada tensão de offset. Amplificadores do tipo 
741 possuem terminais para o ajuste da tensão de offset (pinos 1 e 5); desta forma, pode-se 
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regular essa diferença de potencial residual para zero volts, colocando um potenciômetro entre 
esses terminais e ajustando seu valor. Cada amplificador operacional possui um offset 
intrínseco que pode variar de acordo com o range determinado pelo fabricante. A Texas 
Instruments, por exemplo, define o offset de seus Amp Ops 741 com um range de ± 15mV a 
25º C e ±15V de alimentação do dispositivo, isso significa que, nessas condições, seus 
amplificadores podem ter um offset variando de -15mV a +15mV [7]. 
O desenvolvimento de um sistema de resfriamento de uma máquina, como um 
transformador de potência, exige conceitos consideravelmente importantes de sensoriamento e 
acionamento de cargas. Os dados devem ser coletados de maneira correta através de um sensor 
e devem ser interpretados por um equipamento que realize a lógica necessária para que as 
cargas, ou ventiladores, sejam corretamente acionadas e a refrigeração da máquina seja 
realizada eficientemente. Esse processo engloba aspectos teóricos e práticos desenvolvidos nas 
disciplinas de Instrumentação Industrial e Programação Aplicada à Automação, onde são 
abordados o funcionamento de equipamentos de medição e sensores na primeira e a 
programação lógica de um controlador lógico programável na segunda. 
 
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Lista de Materiais 
✓ Computador (Softwares PROTEUS e ZelioSoft) 
✓ CLP - Schneider Electric, Modelo: SR2B201BD, Alimentação: 24 Vcc, Entradas: 6 
digitais. / 6 analógicas (0-10V), Saídas: 8 saídas. 
✓ Fonte de Alimentação Simétrica (0-12 VCC). 
✓ Protoboard 
✓ Amperímetro 
✓ Voltímetro 
✓ Osciloscópio 
✓ Gerador de Sinais 
✓ Coolers 
✓ Sensor de Temperatura LM35 
✓ AmpOp 741 
✓ Resistores (100Ω,1kΩ, 10kΩ) 
✓ Leds 
 
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Procedimentos 
 
 
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Resultados e discussões 
 
Etapa construtiva 
 Nesta atividade prática buscou-se aplicar os conceitos aprendidos em sala de aula, onde 
foi apresentado os métodos de medição de temperatura. Sendo assim, adotou-se a mediçãopor 
circuitos ativos, isto é, circuitos que quando sujeitos a variação de temperatura produzem uma 
tensão. Para esta implementação, utilizou-se do LM-35, onde este sensor a cada variação de 
1°C produz uma tensão de 10mV, esta afirmação pode ser vista na figura 1 abaixo retirada do 
datasheet do fabricante: 
 
 
 
 
 
 
Figura 1: Aplicação LM35 para analisar sua variação de tensão 
de acordo com a variação de temperatura. 
Fonte: DATASHEET. 
 
 Na implementação teste para analisar a variação do sensor, inseriu-se no mesmo uma 
alimentação de 5 VDC e um voltímetro em sua saída. A partir disso, foi possível analisar o 
resultado, onde nos primeiros 3 sensores apresentados, o resultado esperado não correspondeu, 
isto é, não houve variação de tensão no seu terminal de referência, todavia, no quarto teste com 
outro LM35, foi possível implementar tal variação, e analisar a mesma no microcontrolador 
ATMEGA 328P, o circuito desta implementação é mostrado na figura 2 abaixo: 
 
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Figura 2: Implementação do LM35 para análise de sua variação no Arduino. Fonte: Arduino Fórum. 
 Após este procedimento, houve a necessidade de amplificar o sinal de saída do LM 35, 
para isto, montou-se o circuito da figura 3, no qual o ganho foi calculado de acordo com a 
equação 1, sendo assim, inseriu-se um sinal senoidal em sua entrada e analisou-se sua 
amplificação no osciloscópio, entretanto, como não houve ajuste de offset, logo o ganho ideal 
foi levemente distorcido. 
𝐺 =
𝑅1
𝑅2
+ 1 (1) 
𝐺 =
10000
4700
+ 1 ≅ 3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3: Circuito amplificador com ganho 3. 
 Posteriormente, alocou-se um sinal senoidal de amplitude 3 VPP e frequência de 1 Hz 
na entrada do 741 para analisar seu comportamento na amplificação do sinal, contudo, este teste 
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foi feito no ISIS PROTEUS e posteriormente na prática, apresentando resultados idênticos, 
estes podem ser comparados na figura 4 e 5 a seguir: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4: Resultado de amplificação de sinal senoidal obtido na simulação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5: Resultado de amplificação de sinal senoidal obtido na prática. 
 Nada obstante, notou-se a necessidade de projetar um amplificador de sinal, para que o 
sinal do sensor de temperatura seja transmitido para o CLP de uma forma que o mesmo seja 
capaz de realizar a leitura correta dos dados analógicos que entram em suas entradas ADC. 
 Com isto, projetou-se um amplificador de ganho 10, isto é, cada variação de 1°C o 
mesmo tem como saída de aproximadamente 100mV, sendo assim, de uma medição de 
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temperatura de 0°C à 100°C o mesmo vai variar sua tensão de 0 a 10 V, aquisição de dados que 
está totalmente compatível com o controlador lógico programável. 
 Pela equação 1, determinou-se que para o ganho seja 10, os resistores R1 e R2 deveriam 
ser respectivamente, 9kΩ e 1kΩ. Este circuito pode ser visto na figura 6, onde alocou-se um 
voltímetro em sua saída para acompanhar a mudança de tensão de acordo com a variação da 
temperatura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6: Amplificação do sinal emitido pelo LM35 por AMP OP de ganho 10. 
 Este circuito prevê uma alimentação de fonte simétrica para o LM 741, onde foi 
fornecido a este componente uma tensão de ±12V, já o LM 35 manteve a alimentação sugerida 
anteriormente de 5 VDC. 
 A implementação no CLP, foi feita em linguagem de blocos, no qual, facilitou a análise 
das entradas analógicas, fazendo o tratamento necessário dos dados, possibilitando uma leitura 
correta por parte do controlador em sua entrada analógica. O código do mesmo, o esquemático 
do circuito e a simulação no software do ISIS PROTEUS segue em anexo a este relatório. 
 Caso fosse necessário a implementação deste circuito amplificador em uma PCI, o 
mesmo teria um formato semelhante as figuras 7 e 8, onde mostra a disposição dos componentes 
na placa e as trilhas necessárias para realizar sua montagem. 
 
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Figura 7: Disposição dos componentes na PCI. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 8: Melhor formato de trilhas para a conexão entre os componentes de tal maneira que o circuito amplificador 
funcione no menor espaço possível de acordo com a disposição de componentes realizada. 
 
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Etapa de Testes 
 Após realizar a montagem do circuito da figura 8, partimos para seção de testes que 
seguiu as seguintes etapas: 
• Etapa de Alimentação: 
1. Alimentar com fonte simétrica o circuito eletrônico responsável pela medição física 
da temperatura. 
2. Alimentar o CLP. 
3. Conectar GND’s como um ponto comum a todos. 
• Etapa de carregamento: 
1. Abrir programa no software ZelioSoft. 
2. Conectar o cabo ao computador e ao CLP. 
3. Carregar o programa no CLP. 
• Etapa de verificação: 
1. Verificar se o circuito e o CLP estão conectados e funcionando de forma correta. 
2. Verificar se o CLP está no modo Run e se no computador o modo monitoramento 
está acionado. 
• Etapa de teste: 
1. Na tela do computador há a indicação da temperatura atual em graus Celsius (onde 
está o quadrado vermelho) que o circuito está medindo. 
 
Figura 9: Indicação da temperatura no software ZelioSoft. 
2. Após verificar que o circuito está medindo a temperatura, avançamos para o 
próximo passo que é aquece-lo. 
3. Conectamos 2 lâmpadas de 500 W cada, em alimentação 220 V e aproximamos do 
LM35 para que a temperatura seja alterada. Após alguns segundos a temperatura 
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medida pelo LM35 atingiu valor maior que 25º C. Então o primeiro estágio é 
acionado como indica a figura. 
 
 
 
Figura 10: Acionamento do primeiro estágio, temperatura maior que 25º C. 
 
4. Ao atingir temperatura maior que 35º C, o segundo estágio é acionado , e assim liga-
se 2 ventiladores , um para impulsionar o ar quente e outro para expulsar, como 
indicado abaixo 
 
 
Figura 11: Acionamento do segundo estágio, temperatura maior que 35º C. 
5. Ao atingir temperatura maior que 45º C, o terceiro estágio é acionado, e assim liga-
se 2 ventiladores, um para impulsionar o ar quente e outro para expulsar, como 
indicado abaixo 
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Figura 12: Acionamento do terceiro estágio, temperatura maior que 45º C. 
 
 
6. Ao atingir temperatura maior que 55º C, o quarto estágio é acionado, dois 
impulsionando o ar e dois expulsando 
 
 
Figura 13: Acionamento do quarto estágio, temperatura maior que 55º C. 
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7. Ao atingir temperatura maior que 65º C, desliga-se o disjuntor, caso o disjuntor não 
desligue soa um alarme. 
 
Figura 15: Desarme do disjuntor de carga, temperatura maior que 65º C. 
 
Figura 16: Falha do disjuntor de carga, acionamento do sinal, temperatura maior que 65º C 
8. Quando atinge temperatura maior que 75º C, abre o disjuntor do barramento da 
subestação. 
 
 
Figura 17: Desarme do disjuntor de subestação, temperatura maior que 75º C 
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Até o quinto passo da etapa de testes foi possível mostrar fisicamente no painel o 
funcionamento das sinalizações e ventiladores, do quinto passo adiante não foi possível pois o 
CLP disponível só fornecia 8 saídas, e precisaríamos de mais algumas saídas para fazer todo o 
enunciado do problema; mas foi possível acompanhar que o sistema funcionou corretamente 
através da simulação no software. 
Outro ponto importante é que o LM35 estava muito próximo aos componentes do 
circuito, ou seja, todo o circuito estava recebendo o calor das lâmpadas, quando o mais 
apropriado seria apenas o LM35 receber o calor, e isso tem influênciadireta nos resultados 
obtidos, e um fator agravante é o tempo que o LM35 leva para resfriar (quando não mais 
fornecido calor pelas lâmpadas), há um determinado período de alguns minutos que a 
componente demora para retornar a temperatura ambiente. 
 
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Conclusão 
 Desenvolver um projeto de sensor de temperatura exigiu um grande esforço por parte 
do grupo; trabalhar com um projeto interdisciplinar exige uma boa compreensão de como 
podemos relacionar as coisas, por exemplo como podemos a partir de um circuito eletrônico 
enviar um sinal para um CLP? Essa e outras questões foram levantadas e planejadas desde o 
início do projeto, e através dos conhecimentos adquiridos durante o curso e o auxílio dos 
professores foi possível realiza-lo. 
 Durante a execução do projeto diversos problemas ocorreram. Um dos principais 
problemas foi com o componente LM35 responsável pela medição de temperatura que não 
apresentava a variação de temperatura, que é a parte principal do projeto. Inicialmente foi 
suposto que a montagem do circuito estava incorreta, mas após alguns testes no 
microcontrolador (ATMEGA 328P) com os 3 componentes que foram adquiridos num mesmo 
local o problema persistiu. Então foi necessário comprar um quarto componente LM35 num 
local diferente, no qual a variação funcionou corretamente e foi constatado que o problema 
estava no componente e não na montagem, e que esses 3 LM35 na verdade tratavam-se de 
termistores que também podem ser aplicados para medição de temperatura, mas que tem outro 
princípio de funcionamento. Um outro problema interessante foi a amplificação da onda de 
saída; por diversas vezes realizamos a montagem do circuito e no final quando a saída do 
circuito era ligada no osciloscópio, a onda produzida não era aquela que havíamos projetado. 
Após alguns testes conseguimos identificar que o erro estava na montagem do circuito na placa 
de testes e após isso solucionado, a onda foi amplificada corretamente dando sequência as 
outras etapas do projeto. 
Após a finalização do circuito eletrônico e do programa em linguagem de blocos, 
fizemos a conexão com o CLP e conseguimos observar o funcionamento do projeto que 
funcionou corretamente, mas que poderia ser melhor através de algumas melhorias, como por 
exemplo ter adotado um CLP com uma quantidade maior de saídas, por só haver disponível 8 
saídas, foi necessário realizar algumas adaptações. Outra melhoria seria a posição do 
componente LM35, ele estava num local não favorável ao circuito (muito próximo), o LM35 
deve ficar num local isolado ao restante do circuito, pois, só é necessário que ele esteja sob a 
variação da temperatura, da forma que montamos o circuito todo estava exposto a variação de 
temperatura o que pode afetar nas medidas, gerando erros ou até inutilizando componentes do 
circuito. Mas o que ficou como aprendizado é toda a experiência adquirida de um projeto em 
grupo e multidisciplinar, permitiu uma simulação real do mercado de trabalho. 
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Referências 
 
[1] Siemens LTDA. Transformando energia pura em fornecimento estável: 
Transformadores de Força acima de 200 MVA, 2009. (Catálogo). 
[2] FILHO, B. Curso de Controladores Lógicos Programáveis. UERJ. Rio de janeiro. 
(Apostila). 
[3] National Semiconductor. LM35/LM35A/LM35C/LM35CA/LM35D: Precision 
Centigrade Temperature Sensors. 1994. (Datasheet). 
[4] BRAGA, N. Instituto Newton C. Braga. Sensores de Temperatura Centígrados de 
Precisão. Disponível em: <http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/eletronica/52-artigos-
diversos/9945-lm35 -sensores-de-temperatura-centigrados-de-precisao-art2263>. Acesso em 
28 de Agosto de 2017. 
[5] WEMDLING, M. Amplificadores Operacionais, Universidade Estadual Paulista (Unesp), 
Campus Guaratinguetá, 2011. (Apostila). 
[6] Universidade Federal de Santa Maria (UFMS). Eletrônica: O Amplificador Operacional 
(Amp OP), parte 1. Disponível em: <http://www.usr.inf.ufsm.br 
/ELC1021/atual/textos/amplificadores_operacionais/amplificador%20operacional.pdf>. 
Acesso em 20 de Agosto de 2017. 
[7] Texas Instruments Incorporated. 741 General-Purpose Operational Amplifiers, 2017. 
(Datasheet).