Eletrônica - Circuito Termopar

Boa Tarde!

Conforme combinado anteriormente a figura 1 representa o circuito que amplifica dos sinais do termopar para um nível de tensão que possibilite a medição de sua temperatura com facilidade, este circuito, além disso, também compensa a junta fria na qual eu expliquei no artigo anterior.

Figura 1 - Circuito Termopar

Amplificador de Sinal do Termopar:

Esta etapa amplifica o sinal do sensor termopar, além de conter um filtro que limpa os ruídos que o sensor termopar pode conter em sua tensão.

Em sua saída “TERMO”, vamos contar com uma tensão de 1mV por grau centigrado do termopar, sendo que esta tensão pode ser negativa dependo das condições que o termopar estiver operando.

Observa-se que esta etapa de amplificação utilizando o amplificador operacional OP07, amplifica os sinais do termopar tipo T em aproximadamente 24,5 vezes (490K/20K), para outros tipos de termopares ou até mesmo aplicações onde o termopar vá medir uma faixa maior de temperatura que o circuito proposto neste artigo (0°C até 50°C ou 0V até 2,5V).

Segundo o que já vimos até o momento veremos alguns exemplos de temperatura na junta de medida de temperatura, na junta fria e como seria a saída no terminal “TERMO” com estes exemplos:

1) Sensor termopar = 25°C, Junta fria = 20°C, com estas condições descontando a temperatura da junta fria, o sensor termopar representaria ter 5°C produzindo no terminal “TERMO” uma tensão de +5mV.

2) Sensor termopar = 35°C, Junta fria = 10°C, com estas condições descontando a temperatura da junta fria, o sensor termopar representaria ter 25°C produzindo no terminal “TERMO” uma tensão de +25mV.

3) Sensor termopar = 5°C, Junta fria = 30°C, com estas condições descontando a temperatura da junta fria, o sensor termopar representaria ter -25°C produzindo no terminal “TERMO” uma tensão de -25mV.

Amplificador de referencia de junta fria:

O sensor de temperatura LM35 gera em sua saída 10mV a cada 1°C, sendo que o circuito proposto em sua etapa de amplificação do sensor termopar amplifica o sinal do mesmo até 1mV a cada 1°C, logo para compensar a junta fria do termopar é necessário um ajuste na saída de tensão do LM35, este é o papel do bloco de amplificação do LM35, que na verdade não amplifica mas sim divide esta tensão por 10 e por se tratar de um amplificador operacional montado em uma configuração inversora, seu sinal é dividido e invertido para -1mV °C, sinal este disponibilizado no terminal “AMB” do circuito elétrico da figura 1.

Veremos alguns exemplos de como seria a saída “AMB” em algumas condições:

1) Considerando que a temperatura ambiente a qual o LM35 seja 25°C, com isso o sensor LM35 produziria em sua saída uma tensão de +250mV, após a amplificação realizada pelo circuito amplificador inversor a saída “AMB” seria igual a -25mV.

2) Considerando que a temperatura ambiente a qual o LM35 seja 0°C, com isso o sensor LM35 produziria em sua saída uma tensão de +0mV, após a amplificação realizada pelo circuito amplificador inversor a saída “AMB” seria igual a -0mV.

3) Considerando que a temperatura ambiente a qual o LM35 seja 5°C, com isso o sensor LM35 produziria em sua saída uma tensão de +50mV, após a amplificação realizada pelo circuito amplificador inversor a saída “AMB” seria igual a -5mV.

Amplificador que Une os Sinais:

Como o diz o próprio nome está etapa é encarregada de unir os sinais produzidos pelas etapas de amplificação anteriores.

Esta etapa conta com um amplificador operacional operando com a configuração subtrator no qual vai amplificar a diferença entre as duas tensões de entrada, sendo que a tensão do terminal “SAIDA” do circuito é dada pela expressão:

SAIDA = AMB – TERMO * GANHO

Sendo que o ganho é dado pela razão entre os resistores do circuito (100K e 2k):

GANHO = 100 / 2

GANHO = 50

Considerando estas equações vamos analisar alguns exemplos:

1) Temperatura de junta fria deve ser a mesma temperatura do sensor LM35 neste exemplo 25°C, a Temperatura no nosso sensor termopar será igual a 35°C com isso:

AMB = -25mV

TERMO= +10mV

SAIDA = -25 – 10 * 50 = 2,5V

Bom agora vamos pensar desta forma, -25mV – 10mV seria igual a -35mV * 50, a tensão no terminal “SAIDA” seria de -2,5V ao invés de 2,5V positivos ?

Seria se estivéssemos falando de um amplificador somador mas esta etapa conta com um amplificador de diferenças não de somas, ou seja, a diferença entre -25 e +10 é de 35mV.

2) Temperatura de junta fria deve ser a mesma temperatura do sensor LM35 neste exemplo 30°C, a Temperatura no nosso sensor termopar será igual a 10°C com isso:

AMB = -30mV

TERMO= -20mV

SAIDA = -30 – 20 * 50 = 1V

Sendo que a diferença entre, -30mV – 20mV seria igual a -50mV * 50, a tensão no terminal “SAIDA” seria de -2,5V ao invés de 1V positivos ?

Como eu disse no exemplo anterior seria se estivéssemos falando de um amplificador somador, mas esta etapa conta com um amplificador de diferenças não de somas, ou seja, a diferença entre -30mV – 20mV é de +10mV pois da primeira tensão para a segunda ouve uma diferença de +10mV.

Contudo, basicamente o circuito proposto acima vai gerar uma tensão de 50mV a cada 1°C que o sensor termopar possuir, desde que o circuito esteja corretamente calibrado, sendo que o circuito possui 3 trimpots para esta calibragem.

Por hoje era isso, em breve estarei preparando mais material sobre eletrônica para postar por aqui.