Este relatório descreve experimentos com uma ponte de Wheatstone usada para condicionar o sinal de um termistor e controlar a temperatura entre 20°C e 25°C. O circuito implementado inclui uma ponte de Wheatstone balanceada para obter um sinal estável de saída do termistor, um amplificador comparador diferencial para amplificar o sinal, e um circuito comparador de degraus com um LM339 para acionar alarmes caso a temperatura ultrapasse os limites definidos.

1. A R C I P B. 0 9 _ 1 2 R I C A R D O A N T U N E S E X AV I E R
PEREIRA.
R E L ATÓ R IO D E
I N S TRU M E NTA Ç ÃO
TRABALHOS EXPRIMENTA IS COM PONTES
DE WHEATSTONE
ATEC- ACADEMIA DE FORMAÇÃO
19-12-2012

2. INTRUDUÇÃO
O trabalho prático seguinte foi apenas uma aplicação possível para a ponte de
wheatstone. A ponte de wheatstone pode ser usada como um condicionador de
sinal, o trabalho prático é o uso desse mesmo condicionamento de sinal , aplicado a
um Termístor. Mas par além do condicionamento de sinal ,podemos ter também uma
parte de controlo desse sinal. O termístor é um sensor de temperatura que a sua
resistência varia com o aumento da temperatura PTC ou com a descida da
temperatura NTC. No nosso caso foi usada uma PTC , esta tem como resistência
ao ar de 180Ω. Este valor varia com a temperatura e a ponte de wheatstone serve
para encontrar o 0 da PTC , que no nosso caso será a temperatura ambiente.
OBJETIVOS
Compreender o funcionamento de uma ponte de wheatstone
Compreender o funcionamento dum Termístor.
Calcular uma ponte de wheatstone em equilíbrio.
Implementar na prática um controlo e condicionamento dum termístor.
Aumentar os conhecimentos e aplicações de Ampops
Aprender a dimensionar circuitos complexos
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3. I N S T R U M E N TA Ç Ã O E M AT E R I AL N E C E S S Á R I O
Componente Valor Qtd.
Resistência 100Ω 2
Resistência 1kΩ 4
Resistência 10kΩ 4
Resistência 330Ω 2
LED Verde 2
AMPOP 741 1
Comparador 339 1
Regulador 7805 1
Multímetro ------ 1
Fonte de alimentação DC 1
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4. E S Q U E M A S E X P R I M E N TAI S
V5
5V
+V
R11
10k
V6
12V
+V
V2 R8
V1 12V 1k
5V +V
+V
U1B R14
R5 LM339 1k D1
R2 10k R12 LED2
100R 330R
R4 R3 U2
10k 40% 1k UA741
+
R1 R6
100R 1k R15
V3 V4 U1A 1k
-12V 5V LM339 D2
RTD +V R13 LED2
186R 40% +V 330R
R7
10k
R10
10k
R9
7k
Ilustração 1 Circuito esquemático do circuito implementado
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5. P R O C E D I M E N TO
Para este trabalho experimental, começamos por implementar na breadboard o
circuito da ponte de wheatstone com um potenciómetro, duas resistências de 100Ω
e o nosso termístor. Este procedimento foi feito para zerar a a ponte de wheatstone
nos seus pontos intermédios, obtendo assim um condicionamento de sinal estável.
Para tal, antes de colocar na prática os conhecimentos, foi necessário um
calculo teórico para equilibrar o circuito, sabendo que o nosso termístor á
temperatura ambiente tem uma resistência de aproximadamente 180Ω.
Para calcular a ponte de wheatstone em equilíbrio é necessário tomar as
seguintes conclusões:
Ilustração 2 Ponte de wheatstone
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6. Sendo Rx o potenciómetro, o próximo passo foi implementar na prática o circuito
e tentar zerar com a ajuda do potenciómetro no nosso Vsaida (Vout). Depois de
zerado o circuito para condicionamento e transformação de um sinal resistivo num
sinal de tensão, era necessário aumentar a tensão de saída da ponte , e para isso
foi utilizada uma montagem amplificadora de um comparador diferencial.
O Objetivo era fazer a diferença do sinal de saída Vb – Va , para manter então o
nosso calculo para equilíbrio da ponte de wheatstone, mas ao mesmo tempo
amplificar em 10x o nosso sinal que era obtido em milivolts , algo substancial para as
portas de um micro controlador ou mesmo até para um relé.
Ilustração 3 Comparador Diferencial.
Depois deste passo , foi então elaborada a parte da comparação em si. Optamos
por elaborar um circuito com o objectivo de manter a temperatura num aquário de
reptés, em que a temperatura não poderia ultrapassar um determinado set-point
definido por nós. A temperatura não poderia ser inferior a 20º nem superior a 25º.
Com o Comparador 339 , conseguimos então criar um circuito comparador de
escada , no centro ligamos o sinal do nosso circuito e definimos o nosso mais e
menos com um divisor de tensão correspondente , para obter 20º colocamos um
divisor de tensão com uma resistência de 10kΩ e uma de 7kΩ e para obter 25º
colocamos duas resistências de 10kΩ e provando segundo o cálculo do divisor de
tensão:
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7. Para finalizar o circuito , foram colocadas resistências de Pull up nos Vouts do
comparador 339 como mandava no datasheet do mesmo e nas saídas dos
comparadores , para efeitos de teste ligamos um LED a cada saída com a sua
resistência de protecção e verificamos o processo aquecendo o Termístor.
No final foram retiradas as conclusões finais ,registados os valores práticos de
toda a experiência e elaborado o circuito no papel.
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8. C O N C L U S Õ E S F I N AI S
Podemos concluir que a ponte de wheatstone é um bom método de
condicionamento de sinal, mas não é o método mais fácil a aplicar, pois requer
precisão para balançar o seu Vout.
Concluímos também, que como em qualquer circuito de condicionamento de
sinal, os resultados esperados na prática não correspondem às espectativas
teóricas, devido a perdas da resistência dos próprios fios de ligação ou mesmo até
dos próprios componentes e breadboard.
O Trabalho decorreu sem qualquer problema e ficamos bastante satisfeitos com
o resultado do mesmo.
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