INFORMAÇÃO TÉCNICO-COMERCIAL Andreas Mangler (Eng.º) RUTRONIK Elektronische GmbH Tel.: +351 252 312 336 . Fax: +351 252 312 338 rutronik_pt@rutronik.com . www.rutronik.com
AMPLIFICADOR PARA TERMOPARES, PRECISO E DIGITALMENTE CONFIGURÁVEL COM COMPENSAÇÃO DE JUNÇÃO FRIA E CONVERSOR ANALÓGICO-DIGITAL DE ALTA RESOLUÇÃO, A RUTRONIK DESENVOLVE A MAIS MODERNA TECNOLOGIA DE MEDIÇÃO DE PRECISÃO, PAUTADA PELA MAIOR FLEXIBILIDADE DE APLICAÇÃO POSSÍVEL
A medição com termopares é um método já amplamente estabelecido para a determinação de temperaturas elevadas ou muito baixas. As suas vantagens residem na boa resolução, na exactidão relativamente elevada e, naturalmente, na estrutura simples: um termopar mais não é do que dois fios metálicos diferentes cujas extremidades foram soldadas uma à outra. Comparados com outros sensores de temperatura, os termopares caracterizam-se por uma maior insensibilidade ao calor, ao frio, à pressão, às vibrações e às influências químicas. É precisamente nos locais sujeitos a requisitos extremamente rigorosos, como, por exemplo, na indústria ou no compartimento do motor de um automóvel, que ocorrem temperaturas que só podem ser determinadas com termopares, como é o caso da temperatura do turbocompressor, do sistema de escape ou de outros grupos que registam temperaturas elevadas.
apenas cinco os componentes activos que constituem este amplificador de medição. Na saída, o utilizador tem à disposição uma tensão proporcional correspondente à curva de temperatura. O circuito funciona com uma alimentação de tensão simples de 5 V.
Agora, a Rutronik desenvolveu um amplificador de medição universal para diferentes tipos de termopares. Foi o seu profundo know-how da tecnologia analógica, aliado a uma cadeia de sinais harmonizada com toda a perfeição, que permitiu à Rutronik ser um dos poucos distribuidores a conceber e comercializar este tipo de produto. Esta solução compreende um sensor semicondutor integrado, o qual, em função da temperatura definida para a junção dos terminais do termopar (junção fria), efectua medições com uma exactidão de aprox. +/- 0,5 Kelvin. O amplificador de instrumentação (Intersil EL8173), o sensor semicondutor (Intersil ISL21400), o potenciómetro digital (Intersil ISL95810), para a compensação de amplificação, e o conversor A/D Delta Sigma de 22 bits (Microchip MCP3550), com a correspondente referência de tensão (Intersil ISL21009-25), são
Numa era em que os microcontroladores custam tão pouco, foi propositadamente que se prescindiu da linearização analógica da curva característica dos termopares. Por um lado isto permite que o circuito seja configurado de modo a ter um campo de aplicação muito universal e, pelo outro lado, que um microcontrolador de uma geração posterior pode utilizar para a linearização uma característica correctiva adaptada à gama de temperaturas pretendidas e ao termopar em causa.
A flexibilidade é a palavra de ordem desta topologia de circuitos. A ampla gama de temperaturas de trabalho do circuito permite determinar quaisquer temperaturas, independentemente do seu valor. Por outro lado, a possibilidade de configurar o circuito através do interface I²C permite realizar qualquer ajuste, inclusive em programações In-Circuit. Além disso, o circuito é suficientemente rápido para também poder ser utilizado em circuitos de regulação térmica ou para o diagnóstico de diversos grupos.
PRINCÍPIOS BÁSICOS: COMO SURGEM AS TENSÕES TÉRMICAS? O funcionamento dos termopares baseia-se no efeito de Seebeck. Segundo este, metais diferentes têm quantidades de electrões livres igualment diferentes.
Constante
Constante
Ferro Temperatura a ser medida Figura 1 . Método de medição fundamental: utilização de um banho de gelo como temperatura de referência.
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robótica
Referência
RESUMO DOS BENEFÍCIOS DO AMPLIFICADOR DE MEDIÇÃO DA RUTRONIK: — Solução económica através da utilização das mais recentes topologias de semicondutores — Fornece uma tensão proporcional à curva de temperatura na saída do amplificador de instrumentação — Termopar configurável através da interface I²C — Estrutura simples a partir de apenas cinco componentes activos — Funciona com uma alimentação de tensão simples de 5 V — Determina qualquer temperatura numa gama de temperaturas muito ampla — Caracteriza-se por uma supressão de interferências extraordinárias, fruto da utilização de um filtro digital adicional
não é muito utilizado), por exemplo, tem um coeficiente de 5,3 μV/K a 0º C, mas, a 1000° C, esse coeficiente já se situa nos 13,2 μV/K. Por isso, o utilizador tem de recorrer a um livro de tabelas para seleccionar o coeficiente de Seebeck aplicável à gama de temperaturas em causa. A Tabela que se segue apresenta os valores recomendados, tendo em conta as resistências divisoras de tensão R4 e R5 e o índice. (Av=1 e índice N = 0)
Tipo
modo, a massa de alimentação e a massa do sinal podem ser conduzidas em separado e posteriormente reunidas num ponto neutro de baixo valor óhmico. O filtro digital (sinx/x), cujos níveis zero são ajustáveis a 50 Hz ou 60 Hz, assegura ainda uma supressão das interferências causadas pelas barras de zumbido. Com esta solução, a Rutronik é um dos poucos distribuidores a oferecer um know-how analógico numa cadeia de sinais perfeitamente harmonizada. A combinação com os componentes da Intersil, da Microchip, da WIMA, da Arcotronics e da AVX aqui utilizados também faz com que esta aplicação seja comercialmente imbatível em termos de desempenho, sobretudo tendo em conta a sua melhor relação qualidade/preço no mundo analógico de desempenho elevado. Com esta solução, os clientes da Rutronik podem aceder ainda mais depressa à tecnologia de medição de precisão. A Rutronik apoia os seus clientes na execução de aplicações deste tipo desde os primeiros passos. Motivo pelo qual é o distribuidor europeu com a maior carteira de produtos, com representações locais em todo o território, e possui um departamento próprio de apoio ao cliente na área dos produtos analógicos de desempenho elevado (High Performance Analog). Os especialistas em produtos analógicos deste departamento contam com o apoio de técnicos especializados, com os quais estão ligados em rede. Por outro lado, há já vários anos que a Rutronik e a Microchip colaboram de forma altamente positiva e frutuosa. E, a partir deste ano, a Rutronik e a Intersil passaram a estar conjuntamente representadas em toda a Europa. A carteira de produtos do fabricante de dispositivos analógicos de desempenho elevado complementa idealmente o a da própria Rutronik, como, aliás, se pode ver nesta aplicação. Mas uma coisa continua a ser verdade: é óbvio que um distribuidor consegue avaliar um fabricante de forma muito mais objectiva do que o próprio fabricante. É por isso que a Rutronik só sugere fabricantes quando o distribuidor está perfeitamente convicto de que os produtos satisfazem os requisitos de projecto do cliente. Mas quanto à Intersil e à Microchip não restam quaisquer dúvidas: elas são a primeira escolha no que toca a medição com termopares.
Índice M
VcJc(μV) T 40,7
43
J 51,7
20
K 40,5
43
E 61,0
0
Tabela 3
Sobre o autor: Eng.º Andreas Mangler, Director do Departamento de Strategic Marketing para a Europa da Rutronik Andreas Mangler dedica-se intensivamente à tecnologia analógica há 22 anos, desde que concluiu a sua licenciatura em electrotecnia na Universidade de Ciências Aplicadas de Karlsruhe, Alemanha. Depois de ter estado à frente de vários
DIGITALIZAÇÃO COM A PRECISÃO E A SUPRESSÃO DE INTERFERÊNCIAS MAIS ELEVADAS
sectores nas áreas do desenvolvimento, da aplicação, da definição de produtos e
Também a conversão analógica/digital se deve pautar pelos requisitos mais rigorosos. O princípio Delta-Sigma do MCP3550/1/3 da Microchip assegura uma linearidade diferencial máxima e uma continuidade de 22 bits, pelo que não há risco de faltarem códigos (missing codes). O nível de ruído situa-se nos 2,5 μVRMS máx., com um erro máximo relativo a todos os erros (offset, ganho, entre outros) de 10 ppm. Estão assim reunidas as melhores condições possíveis para garantir uma precisão máxima da repetição das medições e, simultaneamente, para mostrar de forma suficientemente clara diferenças mínimas de temperatura. O estágio inicial, totalmente diferencial, proporciona ainda a vantagem de encaminhar o ponto de referência do sinal (massa do sinal) separadamente para a placa. Deste
estratégico da Rutronik.
do marketing técnico, é actualmente coordenador do departamento de marketing
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robótica
AMPLIFICADOR PARA TERMOPARES, PRECISO E DIGITALMENTE CONFIGURÁVEL
do coeficiente de Seebeck. Quer ao determinar a tensão de compensação, quer ao seleccionar as resistências, importa ter em atenção que os dados da Tabela se revestem de um mero carácter orientativo. Os coeficientes de Seebeck dos termopares não se mantêm constantes ao longo de toda a gama de temperaturas. Um termopar do tipo R (que na prática, contudo,