Simulação de sensores de temperatura
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Autor: Alain Stas, Engenheiro de marketing do produto para resistências não-lineares, Vishay Co-autor: Matthias Bossert, Gestor sénior de produtos, RUTRONIK
Pacientes, grelhados de domingo, água do chuveiro ou do aquário – as suas temperaturas são cada vez mais medidas através de termómetros digitais em vez de analógicos. A escolha do sensor de temperatura é decisiva para o seu desenvolvimento. Um programa de simulação gratuito torna esta tarefa muito mais simples, ajudando-o a economizar tempo e dinheiro.
robótica
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case study
Desenvolvimento de um termómetro digital mais rápido e simples.
Figura 1. Diagrama do circuito de simulação simplificado de um termómetro digital. (Créditos: Vishay)
Durante o desenvolvimento de um circuito de medição de temperatura digital, os aspetos puramente mecânicos do design devem ser previamente esclarecidos, e não serão aqui considerados. Seguidos dos eletrotérmicos. Neste sentido é necessário dar resposta às seguintes questões: • Qual é o intervalo de temperatura pretendido? • Que nível de precisão da medição é necessário? • Que tipo de sensor de temperatura deve ser utilizado? • Quão grandes são as tolerâncias das caraterísticas elétricas do sensor? • Qual a taxa mínima de bits que deverá o conversor A/D fornecer? • Quão alta tem de ser a taxa de amostragem do sinal do sensor? • Quão grandes são os valores e as tolerâncias de todas as outras componentes passivas dentro da aplicação?
É particularmente importante determinar o intervalo de temperatura e a precisão da medição, já que determinam os passos seguintes. Por exemplo, o intervalo de temperatura neste caso deverá
situar-se entre os +25°C e os +150°C, e a precisão geral deverá ser de ±2°C. Nestes casos [e semelhantes?], estão disponíveis dois sensores de temperatura: Um termístor não-linear altamente sensível e uma termo resistência (RTD), por exemplo um sensor de platina que é linear mas menos sensível.
A ESCOLHA DO SENSOR CORRETO: NÃO É UMA DECISÃO FÁCIL Ao escolher o sensor correto é importante decidir qual deve ser utilizado para alcançar as especificações desejadas. Não basta responder simplesmente a cada uma das questões listada acima, uma vez que os variados parâmetros apresentam complexas interações entre eles, isto é, influenciam-se mutuamente. No geral: o fator limitador de um sistema determina a precisão. Caso este seja desconhecido é praticamente inútil reduzir as tolerâncias dos restantes parâmetros para quase zero. Se, por exemplo, forem simultaneamente utilizados termístores de precisão para medirem a temperatura com uma precisão superior a ±0,2°C e um simples conversor A/D de
Figura 2. A simulação do circuito transiente direto revela o perfil de temperatura da aplicação. Topo: Temperatura externa (V) (surf ), temperatura do termístor V(term.) e o valor medido digitalizado (tom = 200 ms, n = 10). Na janela inferior: diferença entre o valor medido e a temperatura real do termístor. (Créditos: Vishay)