Capacímetro DigitalAlynne Saraiva de Queiroz – alynnesaraiva@hotmail.comJosé Renier Rocha de Oliveira – zerenier@yahoo.com.br

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTECentro de Tecnologia

Departamento de Engenharia ElétricaDisciplina: Instrumentação EletrônicaProfessor: Luciano Fontes Cavalcante

Introdução

• Existem dois tipos de capacímetros: o analógico (de ponteiro) e o digital (de cristal líquido).

• O seguinte projeto consiste na elaboração de um capacímetro digital, baseado no tempo de carga e descarga de um capacitor. Detalharemos aqui aspectos construtivos e operacionais do projeto e apresentaremos dados relativos a simulação do projeto realizado no software Multisim.

Capacitância• A capacitância ou capacidade é a grandeza elétrica de um capacitor,

determinada pela quantidade de energia elétrica que pode ser armazenada em si por uma determinada tensão e pela quantidade de corrente alternada que o atravessa numa determinada freqüência.

• Em circuitos capacitivos temos a variação da corrente com o tempo.

Após uma constante de tempo RC, o capacitor carrega com 63,2% da tensão da fonte.

R.C = 10 segundos.Após 5.R.C, o capacitor está praticamente carregado

com a tensão da fonte (99,3% de V ).t = 5.R.C = 50 segundos .

Curvas de Carga e Descarga do Capacitor

Técnicas de Medição

• Existem basicamente 4 métodos utilizados em capacímetros digitais:– Vetor corrente aplicado ao capacitor– Integração do transiente RC– Dupla Rampa– Através de circuitos Monoestáveis

Diagrama de blocos

Monoestável

• O monoestável produz um nível alto em sua saída durante um determinado tempo, denominado largura de pulso. A largura de pulso será proporcional à capacitância aplicada ao monoestável.

Chave Liga

Saída

Monoestável

• Para a escala de 1 μF, cada μF corresponderá a um pulso de clock. Se escolhermos a largura de pulso do monoestável para o capacitor de 999 μF como sendo de 2 segundo, teremos:

Utilizando valores comerciais o resistor será de 1.65kΩ• Adicionamos ainda ao circuito outras escalas:

Escala Resistência

mF 1.65

μF 1.65k

nF 1.65M

Monoestável

MonoestávelPara testar o nosso circuito conectamos um capacitor de 20μF ao circuito e medimos a largura do pulso gerado pelo monoestável. Percebemos que o mesmo gerou um pulso de 35ms, bem aproximado do valor esperado.

Temporizador

• O temporizador tem a função de gerar o clock. Assim, quando o monoestável estiver em nível lógico 1 o sinal de clock será reproduzido na saída da porta AND.

Saída de clock

R240k

R140k

+

C21uF

+

0.01uF

5V

GndTrgOutRst Ctl

ThrDisVcc

555

Temporizador

• Como temos 3 dígitos que geram valores 0 de a 999 em 2 segundos temos que estabelecer uma freqüência de 499,5 Hz. Assim,

Por valores comerciais, escolhemos RA=1.65kΩ e RB=620Ω.

Temporizador

TemporizadorSimulação do circuito temporizador f=530Hz

Contador

• O Contador tem a função de contar quantos pulsos de clock

são necessários para a carga completa do capacitor, devendo

contar de 0 a 999.

• Implementamos três contadores binários atuando como um

contador BCD de três dígitos.

• O circuito será inibido quando uma capacitância ultrapassar a

faixa de 999 da escala utilizada.

Contador

QA QB QC QD Valor0 0 0 0 00 0 0 1 10 0 1 0 20 0 1 1 30 1 0 0 40 1 0 1 50 1 1 0 60 1 1 1 71 0 0 0 81 0 0 1 9

Decodificador/Display

• Esse circuito tem a função de receber os dados do contador e

decodificá-los para alimentar o display que mostrará o valor

medido.

• Nesse circuito utilizamos o display hexadecimal decodificado,

pois o mesmo já possui um decodificador para sete

segmentos incorporado.U1

DCD_HEX_BLUE

Circuito Completo

Circuito Completo

Resultados Obtidos e Sugestões

• Testamos o circuito descrito no seguinte relatório para

diversos valores de capacitores e obtemos uma boa precisão

nas medições.

• Para projetos posteriores sugerimos a implementação das

casas decimais e habilitar o display somente para o valor final

da medição.

Referências Bibliográficas

• Notas de aula do Professor Luciano

• Tocci, Ronald J. & Widmer, Neal S. Sistemas Digitais – Princípios

e Aplicações, 8a Edição.

• http://www.burgoseletronica.net/capacimetro.htm

• http://pt.wikipedia.org/wiki/Capacit%C3%A2ncia

• http://hermes.ucs.br/ccet/defq/mlandreazza/CURAUT04.htm

• http://www.eletronica24h.com.br/multisim7/Modulo3/MultiSI

M%207%20Modulo%203.

pdf