Termômetro Eletrônico de Leitura Direta

TERMÔMETRO ELETRÔNICO DE LEITURA DIRETA 
 
Pedro Tavares S. P. de Azevedo, Taicimara F. Bonora 
 
Departamento Acadêmico de Eletrotécnica 
Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR 
Avenida Sete de Setembro, 3165 - Curitiba/PR, Brasil - CEP 80230-901 
 
pedroazevedo@utfpr.edu.br, taicimarabonora@utfpr.edu.br 
 
Resumo - Este relatório apresenta a descrição do projeto e funcionamento do sistema de calibração e do 
termômetro digital, será uma etapa da APS a ser entregue no final do semestre da montagem de um termômetro 
eletrônico. Assim como a construção e demonstração de funcionamento do sistema de calibração Peltier. 
Palavras-chave: Medidas, Peltier, termômetro, calibração. 
 
Abstract \u2013 This report a description of the project and operation of the system of calibration and of the digital 
thermometer, this is the first step of the APS that we are going to finish at the end of semester which consists in 
the assembly of an electronic thermometer. And also the assembly of a calibrator based in one Peltier. 
 
Key-words \u2013 Measures, Peltier, Thermometer, Calibration. 
 
Résumé - Ce rapport est une description du projet et du fonctionnement du système de calibration et du 
thermomètre digital, c'est la première étape de l'APS que nous allons terminer en fin de semestre qui consiste en 
l'assemblage d'un thermomètre électronique. Et aussi l'assemblage d'un calibrateur basé sur un Peltier. 
 
Mots-clés - Mesures, Peltier, Thermomètre, Calibration. 
 
INTRODUÇÃO 
 Existem diversos termômetros e dispositivos capazes de fazer medições de temperatura 
como por exemplo: termômetro bimetálico, termômetro de líquido em vidro, termômetros de 
pressão, termômetro de gás a volume constante, termopares, entre outros. Neste projeto será 
construído um termômetro eletrônico que utilizará um resistor do tipo NTC (Negative 
Temperature Coefficient) que é um tipo resistor que varia a resistência negativamente a 
medida que a temperatura aumenta, E para o auxílio na calibração deste dispositivo construí-
se outro, um dispositivo calibrador baseado em um sensor de temperatura(LM-35) um 
amplificador operacional utilizado na função comparador de tensão e um dispositivo Peltier 
que aquece em passos de 5ºC a partir de 20ºC até 55ºC. 
Este relatório visa apresentar o funcionamento, os processos de montagem e calibração 
de um termômetro. Serão apresentados gráficos, imagens, planilhas e equações do referido 
sistema assim como os erros e as incertezas das medições. O termômetro que será entregue no 
final da disciplina funcionará numa faixa de operação de 20º a 50º C, com passo de 5º. 
 
METODOLOGIA 
 
 
CIRCUITO DE CALIBRAÇÃO 
 
 O circuito de calibração foi baseado no efeito Peltier, que leva este nome pois quem 
descobriu este efeito foi o físico francês Jean Charles Athanase Peltier em 1984, que mostrou 
através de experimentos, que quando se passa uma pequena corrente elétrica através da junção 
de dois fios diferentes, em uma direção, a junção se resfria, e assim absorve calor de sua 
vizinhança. Quando a direção de corrente é invertida, a junção se aquece. E assim libera calor 
 
para a vizinhança, constituindo-se, portanto, em um efeito eletrotérmico. Basicamente o 
Peltier é aplicado para produzir efeito refrigerador ou aquecedor. 
O circuito do sistema Peltier está representado na Figura 1. Primeiramente montou-se em um 
protoboard, porém, devido às dificuldades de manuseio e calibração optou-se por montar o 
circuito em placa corroída, de modo a facilitar a calibração e evitar mal contato dos 
componentes e jumpers. 
 
 
 
 
 Este circuito possui um funcionamento bem simples, utiliza-se um amplificador no 
modo comparador e um circuito integrado que possui uma tensão de saída de acordo com a 
temperatura. 
 Regula-se a tensão na porta não inversora a partir do trimpot, se a tensão desta é maior 
que a resposta do circuito integrado existe tensão na saída do amplificador que fecha a chave 
no mosfet. Porém se a tensão do circuito integrado é maior ou igual à saída do trimpot, não há 
tensão na saída do amplificador, logo o mosfet atua como uma chave aberta. 
Se o mosfet está como chave fechada, há passagem de corrente por este o que faz com que o 
Peltier aqueça, Porém se este esta como uma chave aberta não há passagem de corrente, 
Peltier está desigado. 
 
CORREÇÃO DA EQUAÇÃO DO ARTIGO: 
 
Para determinar o cálculo de Vref corrigiu-se a equação (8) do artigo \u201cUm termômetro 
eletrônico de leitura direta com termistor\u201d [1]. Conforme será descrito a seguir: 
 
Partindo-se da equação 
 
Vref
Rs
Rf
Vs
Rs
Rf
VcVVc )1(2c1 \uf02b\uf02b\uf02d\uf03d\uf02b\uf03d
 
 
 
Figura 1: Esquemático do circuito de aquecimento 
 
Tem-se que 
)( VsVref
Rs
Rf
VrefVc \uf02d\uf02b\uf03d
 
No entanto, 
)(_01,0
)(.00932,06741,0
.00932,0
6741,00
0
IIICVVc
IIt
C
VVs
t
C
VB
VV
BtVVs
\uf0b0\uf03d
\uf0b0
\uf02d\uf03d
\uf0b0
\uf03d
\uf03d
\uf02d\uf03d
 
 
Vref
Rs
Rf
Vs
RS
RF
Vc )1( \uf02b\uf03d\uf02b
 
 
Rs
RfRsVref
Rs
RfVsVcRs ).(.. \uf02b
\uf03d
\uf02b
 
 
Então obtém-se a equação: 
RfRs
RfVsVcRs
Vref
\uf02b
\uf02b
\uf03d
..
 
 
Substituindo-se os valores de (II) e (III) em (I) 
 
))00932,06741,0((01,0 tVref
Rs
Rf
Vreft \uf02d\uf02d\uf02b\uf03d
 
 
Deriva-se em relação a t e sendo Vref,Rf, Rs constantes 
 
9321000
932
1000
)00932,0(01,0
\uf03d\uf0db\uf03d\uf0de\uf03d
\uf03d
RsRf
Rs
Rf
Rs
Rf
 
 
Podendo ser 
\uf057\uf03d MRf 1
e 
\uf057\uf03d KRs 932
 
Substituindo-se na equação de Vref temos que: 
 
9321000
)00932,06741,0(1000)01,0(932
\uf02b
\uf02d\uf02b
\uf03d
tt
Vref
 
 
Para t=25°C temos: 
 
VVref
Vref
3489,0
1932
2331,674233
9321000
)25.00932,06741,0(1000)25.01,0(932
\uf03d
\uf02d\uf02b
\uf03d
\uf02b
\uf02d\uf02b
\uf03d
 
 
 
FUNCIONAMENTO DO CIRCUITO DO TERMÔMETRO 
 
 O circuito do termômetro constitui, primeiramente, de um estágio de regulagem de 
tensão com o circuito integrado 7805, que é alimentado com uma tensão de 9 a 12V e fornece 
ao sistema uma tensão de 5V com poucas variações. Este estágio é muito importante pois o 
circuito é sensível a pequenas variações de tensão. 
 
 
 
O segundo estágio é onde é obtida a tensão de alimentação da porta não inversora do 
terceiro estágio, onde utiliza-se o sensor de temperatura, este sensor é um componente bem 
simples, um tipo especial de resistor conhecido como NTC, este componente possui sua 
resistência variável em função da temperatura, quanto maior a temperatura menor a 
resistência e quanto menor a temperatura, maior a resistência, este sensor possui uma região 
linear e uma não linear, para obter um termômetro com uma leitura intuitiva e mais precisa 
trabalha-se na região linear do componente. 
 
Existe um estágio intermediário onde se ajusta a tensão de referência do sistema 
devemos ajustar está referência para obter-se um valor mais intuitivo. 
 
O terceiro estágio, é o de amplificação em que há um ajuste e obtém-se a resposta do 
sistema às variações de temperatura, o equacionamento do sistema entre temperatura e 
resposta obtida encontra-se na próxima seção. 
 
 
 
 
 
EQUACIONAMENTO DO CIRCUITO: 
 
 
Como o primeiro amplificador está no modo de seguidor de tensão deve-se considerar a queda 
de tensão sobre o resistor de 22k como Vin sendo assim: 
 
 
 
 
A partir deste resultado obtem-se a tensão Vt que é a tensão que alimenta a porta inversora do 
segundo amplificador que está no modo de amplificação: 
 
 
 
Substitui-se o valor de Vin: 
 
 
 
A partir do datasheet do NTC obtem-se a equação que define o valor de Rt: 
 
 
 
Sendo para este circuito a seguinte equação para o amplificador operacional: