Sensores_eTransdutores 0

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UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL
ÁREA DE TECNOLOGIA E COMPUTAÇÃO
AUTOMAÇÃO E CONTROLE INDUSTRIAL
ENGENHARIA QUÍMICA
SENSORES E TRANSDUTORES
Projeto PT100 – Sistema de Medição de Temperatura
Cíntia Aldana Fell
Fábio Stefenon
Vagner Rocha Soares
Professor: Paulo Godoy
Julho de 2013
OBJETIVO
Este trabalho tem como objetivo descrever as atividades envolvidas no desenvolvimento do projeto de um sistema de medição de temperatura com o uso de um PT100. Também objetiva apresentar os procedimentos e equipamentos utilizados e o roteiro dos testes realizados até a finalização e completo funcionamento do sistema.
 
REFERENCIAL TEÓRICO 
O projeto de um sistema para medição de temperatura com PT100 contempla o desenvolvimento de um circuito eletrônico para condicionamento de um sinal elétrico, integrado com uma lógica de programação desenvolvida através de um micro controlador PIC 13F877A.
Este circuito tem a capacidade de interpretar a variação do dado de entrada transmitido pelo componente medidor, neste caso um PT100, onde após aquecimento do material interno (ferro e constantan) gera uma diferença de resistividade linear a temperatura, conforme figura 1. Com a diferença de resistividade do PT100 e a aplicação de uma corrente se obtém a geração de um sinal de tensão bem baixa (em torno de 0,48 mV a 0,0048 mV). A partir deste sinal elétrico que, servirá como entrada de sinal do circuito de condicionamento e amplificação, será realizado o tratamento elétrico do sinal. Este tratamento tem a finalidade de liberar uma tensão de saída com um range de 0 a 10 Vcc, denominada como saída do circuito de condicionamento A/D.
Figura 1: Gráfico de temperatura pela resistência do PT100 (Dados fabricante).
O sinal elétrico de saída do circuito A/D é interligado com o hardware de controle para tratamento do sinal elétrico em sinal lógico, convertendo o mesmo em uma escala de engenharia onde o resultado será demonstrado em um display de cristal líquido com escala 0 a 100 de temperatura em ºC. O hardware micro controlador utilizado para o cálculo matemático para conversão de bits para graus Celsius é um PIC16F877. 
EQUIPAMENTOS
Fonte de Alimentação Simétrica – Modelo CPS250;
Multímetro Digital – Modelo DT9205A;
Kit Gravador de Pic;
Kit de ferramentas de teste;
Protoboard.
3.1 Componentes do projeto
1 Circuito Integrado TL084;
1 Circuito Integrado PIC16F877A;
2 Resistores BC557;
2 Resistores 100Ω;
6 Resistores 10Ω;
2 Trim-port 1k;
1 Trim-port 5k;
1 LCD 16x2 LM016L;
1 Cristal 4MHz XTAL18;
2 Capacitores 27p;
1 Diodo ZENNER 5,1v 1N4734A;
1 PT100 tipo J.
3.2. Software
		
Desenvolvedor de Circuitos Eletrônicos Proteus;
Software de desenvolvimento da linguagem de programação do micro-controlador PIC - CSW
DESENVOLVIMENTO
O projeto foi iniciado com a montagem e simulação de um circuito no Software Proteus, mostrado na figura 2.
Figura 2: primeira simulação no Software Proteus.
Para testar o circuito simulado no Proteus foi utilizado um protoboard, apresentado na Figura 3, para realização dos testes práticos. 
 
Figura 3: protoboard do projeto.
No protoboard, verificou-se uma diferença entre a simulação e a prática, pois a medição da temperatura apresentou valores negativos. Após a análise do circuito e alguns testes, foi constatado, conforme indicado na figura 4, que a referência do divisor de corrente estava invertida. 
Figura 4: pinos invertidos na simulação do circuito no Software Proteus.
Foi realizada a inversão dos pinos 2 e 6 para inverter o sinal do divisor de corrente do amplificador operacional (OMP), corrigindo a medição com valores negativos. A figura 5 mostra o circuito corrigido. 
Figura 5: circuito corrigido no Software Proteus.
Após iniciou-se a montagem da estrutura para suporte do circuito e do recipiente contendo o sensor para medição de temperatura. Foi utilizado uma fonte de um computador ATX - 300W, recipiente de alumínio, torneira de plástico para retirar a água do recipiente, aquecedor de água elétrico, indicador de temperatura industrial (para comparar o valor medido) e uma caixa de madeira, mostrada na Figura 6.
Figura 6: estrutura de suporte do circuito.
4.1. Procedimentos Para Calibração
1º Passo: Calibrar sistema eletrônico a 0ºC – Potenciômetro “P1”, conforme figura 5, fixar valor de resistência, colocar gelo, aguardar em torno de 20 minutos até o gelo ficar em estado fundente, então no potenciômetro “P2” ajusta a resistência até o display mostra 0ºC, conforme mostra figura 7.
Figura 7: calibração do ponto 0º.
2º Passo: Calibrar sistema eletrônico a 100ºC – após ajustado 0ºC, eleva-se a temperatura até próximo aos 100ºC e no potenciômetro “RV1” ajusta-se o ganho até que o display fique com a mesma temperatura do termômetro, que é o padrão para calibração do sistema (Figura 8) com isso tem-se o sistema de Medição de temperatura calibrado.
Figura 8: calibração do ponto 100ºC.
Após a calibração dos pontos de mínimo e máximo, constatou-se divergência entre os valores de temperatura indicados pelo termômetro e o sistema projetado, conforme o gráfico 1.
Gráfico 1: 
As possíveis causas das divergências existentes podem vir de erro de cálculo do software do micro controlador PIC ou erro do próprio sensor PT100. Como foi mostrado na figura 1, a curva de temperatura do PT100 em função da resistência não é linear, com isso fica mais difícil ajustar um ganho preciso no sistema eletrônico, aonde temos que trabalhar com tolerâncias na precisão da medição.
 
 
CONCLUSÃO
A realização do projeto do sistema de medição de temperatura com PT100 exigiu a compreensão do sensor e a interação do circuito eletrônico na identificação, investigação e resolução dos problemas apresentados na execução pratica do trabalho proposto.
Alguns erros identificados foram causados pela diferença da teoria do simulador com a prática da montagem, mau contato, impedância do protoboard e fios.
Assim, o projeto foi um complemento prático que mostrou a aplicabilidade e detalhes de funcionamento do PT100, circuito de comissionamento e calibração, assuntos abordados teoricamente em sala de aula.