Adaptador termométrico para multímetro

O interface que se apresenta neste artigo, permite efectuar medidas de temperatura, com um voltímetro clássico. A sua realização é extremamente simples, e o seu custo muito acessível.
Em primeiro lugar vão ser apresentados alguns dos sensores termométricos mais conhecidos do grande público. Como neste artigo não se pretende fazer uma análise exaustiva sobre este assunto, vão ser só referidos três tipos.

Os C. T. N. As termistências com coeficiente de temperatura negativo (CTN) são resistências semicondutoras, formadas por um óxido calcinado. O seu valor óhmico, com dissipação nula, diminui quando a temperatura aumenta.
A temperatura das CTN varia em função:
da corrente que atravessa a CTN (efeito de Joule),
da variação da temperatura ambiente,
da combinação da corrente e da temperatura ambiente.
A determinação do valor duma termistência pode ser efectuada com a ajuda duma fórmula e dum gráfico com a respectiva característica. Este sensor, muito sensível e barato, é normalmente utilizado nas realizações de amador. No entanto, como a sua característica é fortemente não linear, é preciso utilizar um circuito linearizado, que, em contrapartida, lhe faz perder precisão.
Existem outras termistências com coeficiente de temperatura positivo (CTP). A sua resistência aumenta em função da temperatura, no entanto, o seu comportamento é mais complexo do que o das CTN.




Figura 1 - Esquema do adaptador

Os termos pares
São constituídos por dois metais diferentes, soldados entre si. Obtém-se então uma diferença de potencial, função da temperatura. No entanto, são delicados de utilizar, porque a sua característica também é não linear, e a tensão medida é de fraca amplitude. Isto faz com que sejam mais usados na indústria.

A série LM135
É formada por sensores de precisão, fáceis de aferir. Estes são, na realidade zeners cuja tensão é directamente proporcional à temperatura absoluta, em graus Kelvin. A inclinação é exactamente de 10mV/ºK. Conforme o modelo, as gamas de temperatura são as seguintes:
de -55°C a +150ºC para o LM 135,
de -40°C a +125°C para o LM 235,
de -40ºC a +100°C para o LM 335,
O LM335 é o modelo mais vulgar. Existe em invólucro plástico TO92, do tipo usado nos transístores para sinais fracos. A identificação dos seus terminais é apresentada no fim deste artigo.

Princípio de funcionamento
O sensor Z1 é polarizado pela resistência R1, como num Zener clássico. O potenciómetro multivoltas AJ1 assegura a sua aferição, permitindo assim posicionar exactamente o componente na sua característica U=f(tº). Á temperatura de 0°C corresponde a temperatura de 273°K. U=273°Kx10mV/°K=2,73V
Desejando obter uma perfeita correspondência entre temperatura e tensão (0°C=0V), é preciso subtrair 2,73V da tensão disponível aos terminais de Z1. Existe uma solução que consiste em utilizar um amplificador operacional montado como subtrator. No entanto, é então necessário dispor de uma alimentação simétrica, o que se obtém com duas pilhas ou produzindo artificialmente uma tensão negativa (circuitos integrados especializados, 555...)
Uma solução muito mais simples consiste numa saída flutuante, isto é, sem referência em relação à massa (0V). Isto não constitui um problema porque o voltímetro que efectua a medida é exterior, portanto não alimentado pela mesma fonte do adaptador termométrico. O que é uma tensão? É uma diferença de potencial. Assim, o voltímetro que se ligar aos terminais + e -, subtrairá do valor do potencial de Z1, em relação à massa, o potencial de AJ2 em relação à massa, pelo que: Vsaidas=Vz1/massa - Vaj2/massa ou seja, a 0°C: Vsaidas=2,73 - 2,73 = 0V O problema é assim facilmente resolvido. Resta apenas produzir uma tensão estável de 2,73V. É coisa fácil graças ao Zener Z2 que fornece a tensão de referência.
O condensador C1 assegura a filtragem. Para completar o conjunto, R3, AJ2, R4 formam um divisor de tensão ajustável, assegurando uma regulação de tensão precisa.

Realização prática




Figura 2 - Circuito impresso e implantação dos componentes

a) O circuito impresso
De preferência em epoxy, será reproduzido de acordo com a figura 2. A furacão deverá ser efectuada com o auxílio de brocas de:
0,8 a 1 mm para o conjunto dos componentes,
1,2mm para os pernos,
3 mm para os furos de fixação.

b) Montagem
A implantação dos componentes está representada na figura 3. Deverá, simplesmente, haver cuidado de respeitar a polaridade dos componentes (C1, Z1 e Z2) assim como assinalar ,a polaridade dos terminais onde a pilha vai ser ligada (fio vermelho +, fio preto -). O conjunto foi concebido de modo a se integrar numa caixa transparente de 140x56x22mm. É conveniente que a saída da sonda da caixa (jack + cabo) e o botão pressor se situem numa das extremidades porque o calor da mão, próximo da sonda, pode perturbar muito ligeiramente o valor da medida efectuada.





Conclusão
Resta apenas realizar as regulações:
1.ª-Dispor dum voltímetro com uma escala superior a 3V e ligar o aparelho entre o terminal «-» da saída da montagem e o terminal «-» da pilha. Regular AJ2 de modo a ler exactamente 2,73V
2.ª-Mergulhar a sonda em gelo moído (atenção ao isolamento eléctrico das ligações), e esperar pelo menos dois minutos a fim de realizar o equilíbrio térmico. Ligar a seguir o voltímetro entre o ânodo e o cátodo (+-) de Z1 e depois regular AJ1 de modo a ler exactamente 2,73 V. O adaptador fica assim pronto a ser utilizado.

Lista de material
Resistências 1/2W ±5%
R1 = 3,3KΩ
R2 = 2,2KΩ
R3 = 47KΩ
R4 = 27KΩ

Condensadores
C1 = 100μF 16v

Diversos
AJ1 = 10KΩ multivoltas
AJ2 = 10KΩ ajustável deitado
Z1 = LM335 sonda de temperatura N.S
Z2 = zener 6,8V
Botão de pressão NA
Acoplador de pilha de 9V
Alvéolo para ficha banana, vermelho
Alvéolo para ficha banana, preto



Fonte: [Tens de ter uma conta e sessão iniciada para poderes visualizar este link]