Anemômetro

Sensor Térmico De Velocidade Aerodinâmica

Detector Do Fluxo de Ar


Entre os métodos disponíveis para a medida do fluxo de ar, os medidores que se utilizam de diferenciação de de fluxo térmicos são os mais apreciados por serem de construção mais simples, custo mais baixo e oferecer ótima sensibilidade a pequenas corrente de ar. (melhor que 1000 fpm ). Todos os anemômetros térmicos empregam o relacionamento entre a velocidade aerodinâmica (AF) e a impedância térmica (ZT) de um sensor aquecido.
Um exemplo prático de tal relacionamento é o que apresentamos do transistor 2N4401 que tem encapsulamento do tipo TO92 com sua impedância térmica definida como:
ZT = ZJ + 1/(SC + KT √AF )
onde: ZJ = "impedância térmica da junção com o encapsulamento" = 44°C/W
SC = Transferência térmica do encapsulamento ao ar ambiente = 6.4 mW/°C
KT = Constante de difusão térmica (King's Law) = 75 µW/°C-√fpm
AF = Velocidade aerodinâmica em ft/min
AF = velocidade aerodinâmica em ft/min
Neste modelo, a saída do sensor é naturalmente não-linear em relação a velocidade aerodinâmica, um problema comum a todos os sensores térmicos de velocidade aerodinâmica.
Para compensar, os projetos de anemômetro térmicos devem incluir alguma forma para deixar a medida linear.





O circuito proposto na figura acima combina 2 projetos publicados por Electronic Design, May 25, 1998, p. 116 e Electronic Design, Jan. 22, 2001, p. 118, o primeiro é Sensor Térmico De Velocidade Aerodinâmica , e o segundo é um Detector Do Fluxo de Ar .
Montado da forma apresentada obtemos de uma maneira simples a linearização (entre±5%), para um anemômetro térmico ambiental com temperatura compensada.
Para a alimentação do circuito precisamos de uma fonte assimétrica estabilizada e regulada de 5 volts capaz de entregar ao circuito uma potencia de pelo menos 1 watt.
Na operação, A1 mantém uma constante no diferencial da temperatura entre Q1 e Q2 (sobre 25°>C), independentes das mudanças na impedância térmica e da temperatura ambiente. A1 consegue isto mantendo uma relação constante entre as tensões de VBE dos dois transistores. Podendo assim fazer o controle das correntes de coletor dos dispositivos series conectados e dessa forma controlar linearidade da dissipação de potencia.

Mas e sobre a linearidade da medida?
Como ilustrado na figura abaixo, o relacionamento quadrático inerente que existe entre o IQ e a dissipação de potencia dos transistores Q1 e Q2 teremos a equação perfeita para cancelar a não linearidade.
Sendo tudo corrigido com exceção do erro das linearidades de ±5% FSR sobre a escala inteira das velocidades aéreo dinâmicas da escala.





Também, a calibração do anemômetro é rápida e direta. O par de transistor que forma o sensor é colocado simplesmente no ar lentamente móvel (quase, mas não completamente parado; AF = 5 to 7 fpm é o ideal). Então R6 é ajustado para VO = 0.
O "tranemometer" ilustrado tem como constantes do circuito para sua escala de saída : VO = 0.01 V/fpm = 1 V/kt
Contudo virtualmente toda a escala de taxas de fluxo do ar pode ser medida com escolhas apropriadas para os valores de R1, R2, e R3.








Placa de circuito impresso visto pelo lado dos componentes
Vale lembrar que para a indicação da medida podemos utilizar um multímetro digital na escala de volts de 0 a 2,5volts, sendo que 1 volt representa 100fpm, este é o ponto de partida para a confecção de outras escalas.




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