Relatorio - Termômetro Digital

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO PARANÁ 
ESCOLA POLITÉCNICA 
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL 
 
 
 
 
 
ANA GABRIELA LIMA DE CARVALHO 
BERNARDO VALASKI 
CRISTIANO MAGNO SALES LIMA 
LAIS NAMI SHIBUYA ITO 
MATHEUS DE ROCCO PAMPLONA 
MATHEUS VASCONCELLOS RODRIGUES 
 
 
 
 
 
TERMÔMETRO DIGITAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2014
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ANA GABRIELA LIMA DE CARVALHO 
BERNARDO VALASKI 
CRISTIANO MAGNO SALES LIMA 
LAIS NAMI SHIBUYA ITO 
MATHEUS DE ROCCO PAMPLONA 
MATHEUS VASCONCELLOS RODRIGUES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TERMÔMETRO DIGITAL 
 
 
Relatório científico apresentado na 
disciplina de Física Geral e 
Experimental II ao Curso de 
Graduação em Engenharia Civil da 
Pontifícia Universidade Católica do 
Paraná, como requisito parcial de 
avaliação. 
 
Prof. Michelle Sostag Meruvia. 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2014
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SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 4 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................. 5 
2.1 CAMPO ELETROMAGNÉTICO ...................................................................... 7 
3 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ...................................................................... 8 
3.1 MATERIAIS .................................................................................................... 8 
3.2 METODOLOGIA ............................................................................................. 8 
4 FUNCIONAMENTO DO TERMÔMETRO ............................................................... 9 
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................ 10 
6 CONCLUSÕES ..................................................................................................... 11 
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 12 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
 
O termômetro, como a própria palavra indica, é um instrumento criado para 
medir temperaturas. Este tipo de aparelho é fundamentado em algumas grandezas 
físicas podendo elas variar de volume até resistência elétrica. Neste caso, a relação 
física utilizada foi a tensão elétrica 
Existem vários tipos de termômetro, cada qual com a sua forma de mostrar a 
variação de calor em um visor. Como exemplo tem-se o clínico, que utiliza dilatação 
de líquidos, principalmente o mercúrio. E o termômetro a radiação, que não 
necessita estar em contato com o objeto. 
O objetivo principal do projeto foi montar um circuito que tenha como função 
medir temperaturas, ou seja, um termômetro, o qual no caso foi do tipo digital. Este 
tipo de termômetro pode ser usado em indústrias como forma de indicador do 
funcionamento de uma máquina. Ou seja, utilizando-o de maneira que pudesse 
permitir o operador uma utilização da máquina de forma mais adequada dentro de 
um intervalo de temperatura conveniente para o bom funcionamento da respectiva 
máquina. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
A análise de circuitos elétricos e o conhecimento referente aos componentes básicos 
empregados na sua produção são fundamentais na construção de um termômetro 
digital. 
 Segundo Sedra (2007), os sistemas eletrônicos são responsáveis pela 
execução do processamento de sinais mediante a transformação de uma situação 
física real em um sinal elétrico de tensão, com uso de transdutores, que no caso do 
termômetro é representado pelo sensor de temperatura, visualizado na Figura 1. 
Porém, uma vez que o sinal gerado pelo sensor é frágil para o processamento 
adequado, ele deve ser conectado a um amplificador de tensão, componente do 
circuito cuja função é o aumento da amplitude do sinal produzido em baixa escala 
pelo transdutor. 
 
Figura 1 – Sensor de temperatura 
 
Fonte: Coel. Disponível em: <http://www.solucoesindustriais.com.br/empresa/automatizacao-e-
robotica/coel/produtos/automacao_industrial/ensores-de-emperatura> 
 
 Para controle da corrente do circuito já amplificada, um elemento básico e 
indispensável para qualquer circuito produzido é o resistor. Ele possui uma 
propriedade de resistência elétrica, ou seja, capacidade de se contrapor à passagem 
da corrente, medida em Ohms (Ω), que impede a sobrecarga no circuito. Além disso, 
outro componente fundamental na construção de circuitos são os fios condutores, 
mais conhecidos como jumpers. Trata-se de um filamento metálico com 
revestimento plástico capaz de ligar entre si os componentes do circuito, permitindo 
a circulação da corrente com o mínimo de perdas para o meio externo (HAYT, 
2008). Os resistores e jumpers podem ser visualizados nessa ordem na Figura 2. 
 
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Figura 2 – Resistores e jumpers 
 
Fonte: Sttamp e Mms. Disponível em: 
<sttamp.com/loja/index.php?route=product/product&product_id=128> e 
<msseletronica.com/loja/detalhes.php?urlid=902> 
 
 Outro componente empregado no circuito de um termômetro é um Circuito 
Integrado (CI), ilustrado na Figura 3. De acordo com Sedra (2007), esse dispositivo 
eletrônico é uma composição de outros elementos como o diodo, que provoca queda 
de tensão para retificação da corrente, o resistor e o capacitor, que armazena carga 
elétrica num campo elétrico devido a polarização das cargas do dispositivo. O CI 
fornece o sinal de tensão captado do amplificador aos dispositivos de identificação 
da temperatura processada pelo sistema. 
 
Figura 3 – Circuito Integrado LM3914. 
 
Fonte: EcuRed. Disponível em: <http://www.ecured.cu/index.php/Integrado_LM3914> 
 
 
 Os dispositivos finais do sistema digital informam mensagens para avaliação 
do conceito físico (temperatura) de acordo com os sinais de tensão transmitidos pelo 
Circuito Integrado. Enquanto o LED acende para um determinado valor de tensão, 
como ilustrados, respectivamente, na Figura 4. 
 
 
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Figura 4 – LED’s 
 
Fonte – DiviLab e Multilógica. Disponível em: <http://www.divilabs.com/2013/04/multi-color-leds-
beginner-level-guide.html> e <http://multilogica-shop.com/display-de-7-segmentos-039pol> 
 
2.1 CAMPO ELETROMAGNÉTICO 
 
 A análise de temperatura é um processo de avaliação física da tendência de 
um corpo transferir ou absorver calor em relação ao meio no qual está inserido 
(BAUER, 2013). 
 A utilização do termômetro para medição da temperatura de um determinado 
corpo utiliza os princípios da criação de um campo eletromagnético a partir da 
movimentação de cargas elétricas no interior do sensor de temperatura. 
 Segundo Nussenzveig (1997), a movimentação contínua de cargas elétricas é 
responsável pelo surgimento de um campo magnético e pela variação do fluxo 
magnético desse campo, o que induz a criação de uma pequena corrente elétrica 
responsável por alimentar um circuito. 
 Baseado nesse conceito, o sensor de temperatura apresenta três terminais, 
dos quais um é tomado por elétrons livres, enquanto os outros dois são lacunas 
vazias para permitir a movimentação desses elétrons. Ao entrar em contato térmico 
com o corpo em análise, a energia térmica é transferida para os elétrons livres de 
um dos terminais do sensor, e passam a se movimentar no interior do dispositivo, o 
que induz a produção de um sinal de tensão que será processado pelo circuito do 
termômetro. Portando, a quantidade de energia térmica captada pelo sensor 
determina o valor da tensãoque alimenta o circuito, que será único para cada 
temperatura avaliada pelo sistema digital (NUSSENZVEIG, 1997). 
 
 
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3. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS 
 
3.1. Materiais 
 Resistores (680, 1k, 10k); 
 Potenciômetro (10k) 
 Circuito integrado (CI’s) LM3914; 
 LED’s cátodo comum; 
 Jumpers; 
 LM35; 
 Amplificador operacional A741. 
 
3.2. Metodologia 
 
Iniciou-se a montagem do projeto testando cada componente principal. São 
eles o sensor, o amplificador e o CI. O primeiro foi testado com ligando uma de suas 
“pernas” no terra, outra na alimentação de 12V e a última em resistores. Obtendo o 
valor da tensão presente no sensor à temperatura ambiente, com o auxílio de um 
multímetro, esquentou-se o sensor e, assim possível detectar uma tensão diferente 
da anterior confirmando, pois, o adequado desempenho do LM35. O segundo foi 
conectado a uma fonte fixa e a um osciloscópio que permitiu a verificação da 
ampliação da onda senoidal apresentada no visor do osciloscópio, o que implicou 
que o componente estava funcionando. Já o último, foi conectado a certa tensão, a 
um conjunto de resistores – também conhecidos como estrela – , aos LED’s e, por 
fim, ao potenciômetro que serve como um resistor variável. 
Após o término dos testes, montou-se o circuito em três etapas. Primeiro o 
sensor, em seguida o amplificador e por último o CI; todos com seus respectivos 
arranjos e componentes auxiliares, como os jumpers. Considerando que o principal 
objetivo do trabalho é a correta apresentação das cores dos LED’s de acordo com a 
variação de temperatura, sendo os de cor azul para temperaturas amenas 
(aproximadamente 25C), os laranjas para as temperaturas pouco acima de 25C e 
os vermelhos para temperaturas mais elevadas. Os LED’s foram ligados em ponto, 
pois assim, conforme a temperatura varia, apenas um LED é aceso por vez e o 
anterior é apagado. Ligou-se então este circuito em outro com o auxílio dos CI’s, os 
quais elegiam a cor associada a cada intervalo de temperatura. 
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4. FUNCIONAMENTO DO TERMÔMETRO 
 
O termômetro construído tem como objetivo mostrar variações de 
temperatura. Para isso, utilizam-se LED’s, que acendem conforme a temperatura 
percebida pelo sensor se altera. Para que isto aconteça, o sensor deve estar ligado 
a um amplificador, devido a sua natureza sensível à variação de tensões. Em 
seguida, o sensor e o amplificador são conectados ao circuito integrado LM 3914, 
cuja função é identificar a tensão proveniente do amplificador e acionar os LED’s 
coloridos, que identificam em qual faixa de temperatura se encontra o objeto 
analisado. Assim, com o intuito de acender apenas um dos LED’s por vez, 
configurou-se o circuito integrado para ponto móvel. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
A montagem do circuito, uma das maiores dificuldades encontradas no 
desenvolvimento do projeto, fundamentou-se em um circuito já pronto – apresentado 
na figura 5 – pois não havia conhecimento o suficiente para, partindo do zero, 
desenvolver um circuito para o termômetro eficientemente. Com isso, o circuito 
pronto, o qual utilizava um microcontrolador, teve que ser reajustado para um mais 
simples e de fácil manuseio. 
Sendo assim, a ideia inicial da construção do termômetro era que ele 
mostrasse a temperatura aproximada em formato numérico. Entretanto, devido ao 
alto nível de complexidade para tal execução, foi necessário alterar o display para 
um sistema de intervalos os quais apresentam como conseqüência o acendimento 
das luzes de LED. Assim como também foi necessário modificar o tamanho de 
alguns dos circuitos integrados devido às dimensões do protoboard disponível. 
Na realização dos testes foram encontrados alguns obstáculos, pois, em 
certos momentos o termômetro não funcionava como o esperado, tendo então que 
substituir peças como sensor, amplificador e jumpers para realização de novos 
testes. Após a troca de cada componente era preciso testá-los individualmente com 
os instrumentos de medida com, por exemplo, amplificadores, para em seguida 
testá-los no conjunto. 
Posteriormente, foram resolvidos os problemas encontrados e o termômetro 
passou a mostrar as temperaturas conforme o intervalo esperado de -55ºC a 150ºC. 
O projeto teve um custo total de 40 reais e duração de uma semana na 
execução, incluindo desde a montagem até os testes finais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6. CONCLUSÃO 
Tendo em vista a importância dos estudos sobre termômetro e campo elétrico 
tanto em aplicações práticas do dia a dia quanto no estudo da física, foi realizada a 
elaboração de um termômetro elétrico. 
 Durante a execução foram enfrentados alguns problemas com relação 
aos componentes, entretanto, foram solucionados e o projeto foi realizado com êxito, 
apresentando o resultado esperado de medida de temperatura em um intervalo de -
55°C a 150°C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS 
 
BAUER, Wolfgang; WESTFALL, Gary D.; DIAS, Helio. Física para universitátios: 
relatividade, oscilações, ondas e calor. Porto Alegre: AMGH, 2013. 
HAYT, Willia, H.; KEMMERLY, Jack E.; DURBIN, Steven M. Análise de circuitos 
em engenharia. 7. ed. São Paulo: McGraw-Hill, 2008. 
NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: eletromagnetismo. 1. ed. 
São Paulo: Edgard Blücher, 1997. 
SERWAY, Raymond A.; JEWETT, John W. Princípios de Física: movimento 
ondulatório e termodinâmica. 3. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2011. 
 
DATASHEET CATALOG. Datasheet. Disponível em < 
http://www.datasheetcatalog.com/>. Acesso em: 16 de Novembro de 2014.