Medição de Temperatura com Termopar

[Budweiser]

Circuitos que utilizam termopares necessitam de um valor de referência para a temperatura x tensão. Normalmente usa-se um simples diodo...

[egipts]

Olá, gostei muito das informações listadas nesse tópico mas ainda fiquei com algumas dúvidas.
Como é de fato esse bloco isotérmico? Ele faz o que? Isola a temperatura do Termopar do resto do circuito?

Estou montando um circuito com dois termopares K e gostaria de usar apenas umas referêcia de tensão/temperatura, isso é possível?
A ligação com o diodo me parece a mais simples e barata (AN684, fig. 5, Microchip) e até já vi que meu multimetro usa algo muito parecido.

Grato.

[MOR_AL]

Olá, gostei muito das informações listadas nesse tópico mas ainda fiquei com algumas dúvidas.
Como é de fato esse bloco isotérmico? Ele faz o que? Isola a temperatura do Termopar do resto do circuito?

Estou montando um circuito com dois termopares K e gostaria de usar apenas umas referêcia de tensão/temperatura, isso é possível?
A ligação com o diodo me parece a mais simples e barata (AN684, fig. 5, Microchip) e até já vi que meu multimetro usa algo muito parecido.

Grato.

Olá Egipts.
Criei algo parecido em outro fórum. Talvez lhe ajude.
http://www.forumnow.com.br/vip/mensagen ... 09&nrpag=2
PS. Você garimpa bem, hem!?!? Descobriu um tópico de abril de 2008.
MOR_AL

[egipts]

Olá caro Mor_Al, obrigado por responder tào rápido. Hoje pela manhã eu encontrei esse post seu. Achei bem legal, principalmente por ter colocado o circuito final completo. Também gostei que você usou apenas um AmpOp.

O meu maior problema é que o protótipo já está montado, por isso quero mudar pouco o circuito. Achei um que talvez resolva: Fig. 3, datasheet do OPA335.

Me diz uma coisa, como você chegou ao valor do R3 (arquivo Tipo_K_Esquema_Inc)?

Grato,
Osiris.

[MOR_AL]

Olá caro Mor_Al, ... O meu maior problema é que o protótipo já está montado, por isso quero mudar pouco o circuito. Achei um que talvez resolva: Fig. 3, datasheet do OPA335.

Me diz uma coisa, como você chegou ao valor do R3 (arquivo Tipo_K_Esquema_Inc)?

Grato,
Osiris.

Com a permissão do Pask, vou usar seu tópico para te responder. Já nos conhecemos, por meio de muitos emails, e sei que ele não faria objeção.

Olá Osiris.

1 - O operacional que eu usei é um OP07. Acredito que não seja tão bom quanto ao OPA335, mas é bem barato e suficiente para a aplicação. Comprei cerca de 50 através da net. Foi muito barato.
2 - Não encontrei o tal arquivo que você mencionou mas o sufixo INC refere-se a incompleto. Acredito que haja um circuito mais atualizado.
Apesar de tentar transformá-lo em um produto comercial, poderei lhe passar o circuito completo, com excessão do firmware. Você pode aproveitar a parte analógica. Mas note que preparei a saída apenas para a entrada no PIC (0V a 5V) para um mostrador de 200mV de fundo de escala, o ganho teria que ser outro, ou seja 1/25 do atual.
3 - Se o resistor R3 a que você se refere é o que sai do LM35 e entra no OP07, então ele foi calculado baseado no coeficiente angular do LM35 (10mV/ºC) e no valor da contribuição deste, na saída do OP07.
Parti de um circuito genérico. Um operacional com diversas entradas e fui simplificando para o meu caso. Chequei à equação do ganho do operacional em função de todos os parâmetros (valores de resistores e fontes de tensão). Deu bastante trabalho mas acabou dando certo.

Com relação à figura 3 que você mencionou:
1 - Um problema é você achar os resistores com aqueles valores.
2 - Não sei quanto à fonte REF3040. Uso o LM35, que é barato e fácil de achar. Além do que, ele já possui o coeficiente de temperatura mais aprimorado que o diodo que se encontra na figura (diodo + REF3040 fazem o papel do LM35).
3 - Apesar de ser um excelente OPAMP, para temperaturas próximas à ambiente, a saída teria que ser quase de zero volts. Isso faz com que você não possa colocar um resistor de carga de valor baixo. Atente para este detalhe. Veja como o fabricante resolveu o problema. Na figura 2 ele colocou um resistor de saída ao -5V. Esta solução exige uma tensão negativa, o que recai na opção de um operacional com duas fontes de alimentação.
O mesmo pode-se dizer quando a tensão de saída se aproxima de +5V.
4 - Na figura 3 consta que o coeficiente de temperatura do termopar do tipo k é de 40,7uV/ºC. Este valor não é constante ao longo de toda a faixa de temperatura. No site que eu lhe passei, eu coloco isso claramente. Os termopares não são lineares. Possuem erros. Porém, existe um valor ótimo de coeficiente angular de temperatura, que você pode atribuir ao termopar (fazer uma aproximação entre a curva do termopar e uma reta), em que o erro cometido não passa de +5º e -5ºC. Isso é válido para a faixa de temperaturas entre 0º e 1050º.
Quanto custa este operacional (OPA335)? Ele é realmente muito bom. Comprei o OP07 por R$0,85 cada (mínimo de 50).
MOR_AL

[egipts]

Olá, valeu pela dica. No final das contas acabei optando por usar apenas dois LM35. O custo ficou muito mais baixo e não é necessário nenhum ajuste no hardware. Paguei R$3,50 em cada LM35, no circuito anterior havia muita coisa e acabei usando um amp op quádruplo com Vos de 10uV, resultado: R$34,00 só no Amp. Op. Como o projeto não atingirá um volume maior que 10 peças mês, optei pelo LM35 mesmo.

Segue em anexo os dois circuitos. O primeiro funcionou, mas eu não consegui fazer a compensação de temperatura (cold junction) funcionar. A 32ºC ele media 13 ºC. Outro problema que tive foi a baixo tensão máxima de saída do AmpOp., que foi 4,6V. Apesar de ter uma tensão de offset baixíssima ele não é rail-to-rail e como usei dois, acabei perdendo boa parte do sinal. Isso poderia ser resolvido se reduzisse a resolução (reduzir o ganho), assim eu teria uma escala (range) maior. O teórico era de -25 a 180, mas ficou em -21 a +133. Outro ponto foi não conseguir estabilidade na tensão de referência, que alimenta dois termopares tipo K e tem a compensação de temperatura feita com um diodo 1N4148 (2,2mV/ºC). Acredito que usar um AmpOp seguidor de tensão no Vref ou usar o seu esquema com o LM35 deve resolver esse problema

Caro Mor_Al, ficou muito grato pela sua ajuda. Obrigado !

Seque abaixo os dois circuitos:






Agradeço a todos.

Abraço, Osiris.

[MOR_AL]

Olá Osiris.
Não está dando para ver os detalhes do seu circuito, mas vai mais algumas dicas:
1 - Para uma faixa de temperatura que o LM35 trabalha, é preferível usar apenas ele e não um termopar. O circuito fica mais simples.
2 - Eu usei o 431 como fonte de referência para o CAD do PIC. Fica bem estável.
3 - Você pode usar a saída do PWM do PIC para fazer uma fonte negativa para o operacional. Aí seu range vai tranquilamente desde - 200mV (-20ºC x 10mV) até +5V.
4 - Verifique a especificação do LM35. Acho que não adianta muito usar um CAD com 10 bits. Com 8 bits já fica legal.
Pense comigo.
Use o PWM para gerar -Vcc (verifique qual é a tensão máxima de alimentação -Vcc, para que a saída responda com -200mV. Deve estar próximo a -3V). Repare que a resistência de carga altera esse valor. Use 10k Ohms.
Use o 431 para gerar uma tensão de referência de 256 valores por byte (um valor por cada variação de grau) x 10mV/ºC = 2560mV.
Use esta mesma tensão de referência para somar 200mV ao seu sinal que o LM35 fornece. Com isso o operacional só variará entre 0V e 1710mV (20 valores negativos de grau, mais um zero, mais 150 valores positivos).
No firmware cada grau valerá 1 valor binário. Só que 00000000 equivalerá a -20ºC. Você deverá subtrair 20 graus na leitura do CAD.
Se o resultado for negativo você acrescenta o sinal "-". Se positivo, já está correto.
Caso você precise, eu posso lhe ajudar, na parte analógica.
[]'s
MOR_AL

[egipts]

Olá meu caro, fico feliz que se disponha a ajudar. Venho mesmo precisando de ajuda...

Bem, eu me baseei no circuito da fig. 6 do datasheet do LM35 (abaixo). Como o sensor ficará fora da placa, usei o um capacitor com resistor para estabilizar (datasheet, fig. 4).



Usei o ADC em 10b porque a faixa de trabalho do LM35 vai de -550mV a 1,5V, assim eu ficaria com uma resolução muito baixa. No circuito que postei anteriormente, eu utilizei apenas um diodo para "subir" o LM35 em 0,6V (no datasheet, fig. 6, ele usa 2 diodos). Como eu faço a leitura dessa tensão (Vref), consigo ter toda a faixa de leitura do LM35 sem dificuldades. E o melhor, acrescentando apenas um diodo.

Acho que é a solução mais fácil e barata. Concorda?

Obs.: coloquei as imagens no ImageShack, caso não cosiga visualizar me avise que te mando por e-mail.

Abraço, Egipts.

[MOR_AL]

Olá Osiris!
Em qualquer caso você pode usar apenas um CAD com 8 bits. Mais bits vão exigir uma tensão de referência mais precisa, conforme já postei.
Usando dois diodos, ou apenas um, também dá certo mas aí você terá que medir duas tensões e calcular a diferença por software.

Originalmente seu limite inferior era de - 20ºC. Agora se você quizer ir até os -55ºC, aí o buraco é mais embaixo. Vai ter que mudar algumas coisas. Você passa a impressão que não tem ainda uma especificação bem definida para o projeto.
Cada vez que se alteram as especificações, deve-se repensar qual seria a melhor estratégia de projeto. Primeiramente você deve especificar quais são realmente as suas necessidades. Lembre-se que o ótimo é inimigo do bom. Evite especificações exageradas. Comece com algo simples e depois vá sofisticando.
Defina as diretivas: custo, prazo, dificuldades na disponibilidade de alguns componentes, etc.
Realmente eu poderia te ajudar. Para isso você teria que definir as diretivas e evitar alterar o projeto.
Gostaria que você comentasse sobre a minha postagem anterior. A considero muito importante para este seu projeto.
A imagem seguinte apresenta o comportamento. O operacional pode ser o que você postou anteriormente.
Precisa que o PIC forneça o PWM para gerar a tensão negativa. Ela pode ser usada no lugar dos diodos. Um resistor da saída do LM35 até o -Vcc.

Ops!! Onde se lê referença, leia-se referência.


[]'s
MOR_AL

[egipts]

Olá caro Mor_Al, desculpe a demora em responder. O circuito que você sugere é bem interessante e facilita o software, mas fica mais barato usar apenas os dois LM35 com 3 canais do AD interno do MC9S08SH4 (que pode ser configurado como 8 ou 10 bits). Assim, uso apenas resistores e um diodo.
Em relação às definições do projeto, os requisitos são medições de -20 a pelo menos 120 graus, umas vez que é para medir a temperatura da aguá. Como eu sabia que se perde parte da escala por causa dos operacionais, calculei uma escala maior (-25 a 150). Mas como o LM35 tem uma escala maior e usei um AD de 10b, sobrou escala para medir tudo.
Em relação ao uso do PWM para gerar -Vss, é inviável poque já uso dois PWMs em outra parte do circuito. Sendo mais fácil ficar com o diodo mesmo.
Semana que vem coloco como ficou o circuito e a lógica final.

Fico miuto grato.
Abraço, Osiris