RELATÓRIO DE INSTRUMENTAÇÃO

TRABALHOS EXPRIMENTAIS COM PONTES

DE WHEATSTONE

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 A V I E R P E R E I R A .

A T E C - A C A D E M I A D E F O R M A Ç Ã O

1 9 - 1 2 - 2 0 1 2

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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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INSTRUMENTAÇÃO E MATERIAL NECESSÁRIO

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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ESQUEMAS EXPRIMENTAI S

Ilustração 1 Circuito esquemático do circuito implementado

+V

V6

12V

D2LED2

D1LED2

+V

V55V

RTD186R 40%

R410k 40%

+V

V15V

+

U2

UA741

U1BLM339

U1ALM339

+V

V212V

+V

V3-12V

+V

V45V

R151k

R141k

R13330R

R12330R

R1110k

R8

1k

R1100R

R2100R

R31k

R61k

R510k

R710k

R97k

R1010k

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PROCEDIMENTO

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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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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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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CONCLUSÕES FINAIS

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.