FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA CURSO TÉCNICO EM ELETRÔNICA MEDINDO TEMPERATURA COM O COMPUTADOR

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1 FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA CURSO TÉCNICO EM ELETRÔNICA MEDINDO TEMPERATURA COM O COMPUTADOR DANIEL MACHADO PEREIRA MARLON JEAN FERRI Turma 4312 Prof. Luiz André Mützenberg Novo Hamburgo, agosto de 2004.

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3 INTRODUÇÃO Este é o relatório de um trabalho trimestral da disciplina de física dos alunos do 3º ano do Curso Técnico em Eletrônica da Fundação Liberato Salzano Vieira da Cunha. O trabalho foi realizado durante os meses de Junho a Agosto e trata do monitoramento automático de temperatura. O relatório contém: - Folha de rosto; - Introdução; - Desenvolvimento, contendo: - Justificativa; - Problema; - Hipótese; - Objetivo; - Referencial teórico; - Metodologia; - Conclusão; - Referências bibliográficas.

4 MEDINDO TEMPERATURA COM O COMPUTADOR Justificativa Este trabalho é importante na medida em que dá aos alunos uma base em sensoriamento eletrônico. Também é importante porque o sistema construído para a aquisição de dados da temperatura monitorada servirá para o estudo e o trabalho do próximo trimestre, em que os alunos aprenderão termologia na disciplina de física. Problema É possível construir um sistema de monitoramento automático de temperatura eficiente e relativamente preciso, considerando-se as aplicações de laboratório do ensino médio? Hipótese Existem muitas maneiras de se conseguir um método eficaz de monitoramento de temperatura, conseguindo-se uma relativa precisão, para o uso dos dados adquiridos no estudo de física do ensino médio. Pode-se construir seu próprio método com base no estudo de linguagens de programação e interface entre software e hardware, assim como se pode conseguir softwares prontos para essa interface. Objetivo Construir um sistema para medidas automáticas de temperatura. Fundamentação teórica Tendo escolhido o método do software disponível na Internet, a dupla não pesquisou sobre interface software/hardware em linguagens de programação. A pesquisa foi concentrada no NTC e no diagrama elétrico da porta de jogos usada. Sendo assim, para o software Aqdados 2.0, que pode fazer leituras de tensão de 4 entradas digitais da porta de jogos do PC (ligada à placa de som, através de um conector fêmea DB15), e da

5 resistência de 3 entradas analógicas da mesma porta, encontrado no site da UFRGS, baixouu-se do mesmo site o diagrama elétrico da porta de jogos e o que deveríamos conectar na mesma. O grupo se surpreendeu pelo fato de que só o que é preciso é um NTC de 100kΩ entre os pinos 3 e 9 da porta de jogos. O diagrama elétrico da mesma, já com o NTC, está a seguir. Quanto ao NTC, este é um componente eletrônico de sensoriamento de temperatura (termistor), cuja resistência diminui com o aumento da temperatura (tem um coeficiente negativo de resistência, por isso NTC Negative Temperature Coeficient Resistor). A resistência elétrica do NTC em um determinado instante depende da temperatura, baseando-se na seguinte fórmula: RT = RT0*e {β*[(1/t)-(1/t0)]}, sendo que: RT = Resistência final que depende da temperatura ambiente num determinado instante; RT0 = Resistência do NTC à temperatura padrão (o usado neste trabalho é de 10kΩ a 25 C = 298 K*); e = nº de Euler (base do logaritmo neperiano) = 2,71828; β = constante parâmetro beta do componente. Definido pelo fabricante e depende do modelo do componente. Este parâmetro e o parâmetro RT0 são os que causam as variações de resistência elétrica final na fórmula, além, é claro, da temperatura do ambiente no qual está inserido o NTC. (O β do NTC usado pelo grupo é de +/ );

6 T = temperatura ambiente num determinado instante, é a variável independente da fórmula, que vai alterar, baseada nas constantes RT0, e, β e T0, o valor de RT; T0 = temperatura padrão na qual o componente tem sua resistência nominal. (no nosso caso é 25 C ou 298 K*). *K = Kelvin: é a escala de temperatura absoluta. Como o Zero Absoluto, a temperatura em que não há energia num sistema (átomos parados e congelados, literalmente), é medido** em -273 C, o Zero Absoluto em Kelvin é 0 K. Portanto, para converter K em C,basta somar 273. Por isso, 25 C = K = 298 K. **Obs.: Na verdade, o zero absoluto nunca foi medido, apenas estimado com precisão por cálculos, pois até hoje cientistas nunca conseguiram retirar toda a energia de um sistema, nem mesmo de uma partícula como um átomo. Metodologia Em princípio, o grupo planejava monitorar a temperatura de garrafas térmicas enquanto as mesmas estivessem resfriando, mas como o professor disse que só precisáriamos montar e testar um sistema de aquisição automática de dados do monitoramento de temperatura, passamos para uma idéia mais simples, monitorar a fervura de uma pequena quantidade de água (pouco mais de meio litro) com uma resistência elétrica ( rabo quente ). No início não se sabia se devia-se construir o circuito inteiro do diagrama elétrico mostrado anteriormente, ou simplesmente encaixar o NTC no local indicado. O professor disse que era só colocar o NTC nos pinos indicados. Para confirmar, o grupo mandou um para Rafael Haag (aluno da UFRGS usuário do Aqdados 2.0) perguntando como usar o termistor. Ele disse que bastava colocar um NTC de 100 kω entre os pinos 3 e 9 da porta de jogos. Como um NTC de 100kΩ é quase impossível de se encontrar, adquiriu-se um de 10kΩ. Com a fórmula da página anterior, pôde-se calibrar o termistor. CALIBRAGEM DO NTC Para a calibragem do termistor, foi feito o seguinte:

7 O NTC foi soldado (cada terminal) a um fio de meio metro de comprimento e posto em água fervendo. Sua resistência elétrica foi medida com um multímetro digital e o seguinte valor foi obtido: 0,67kΩ. Com um β de e uma T de 373 K (100 C) na fórmula o valor encontrado é: 0,67kΩ. Com este valor já se obtém uma certa segurança, ainda tendo-se pesquisado no site do fabricante de termistores TECWAYBR ( o β padrão para NTC s de 10kΩ e 5mm de diâmetro: modelos de 10kΩ diferentes entre si tinham β de aproximadamente Usando um β de novamente, chegou-se a outro resultado satisfatório: a uma temperatura de aproximadamente 25 C (24,3 C), encontramos uma resistência de 10,27kΩ, sendo que com essa temperatura, no cálculo a previsão é de 10,32kΩ. ETAPA DE TESTES Com o NTC calibrado, a dupla passou à etapa de testes. O programa Aqdados 2.0 funciona, como já se viu no diagrama elétrico do circuito, com o conector DB15 da porta de jogos do computador. Conectou-se diretamente um NTC (à temperatura ambiente) entre os pinos 3 e 9 do conector fêmea do computador, porque o grupo não possuía um cabo de ligação com macho e fêmea e não confeccionou uma paca de circuito impresso (até porque seria somente um NTC com um conector macho na placa, que seria ligado ao conector fêmea do cabo, e o conector macho do mesmo seria ligado no conector fêmea do PC). Ao ativar-se a medida analog.1 não se obteve resultado, sendo que se esperava que o gráfico do programa desse ohms. Mas o traçador de gráfico permaneceu em zero. Trocou-se o NTC de pinos várias vezes (entre 13 e 9, 6 e 9, 11 e 9, e 3 e 9, como no diagrama elétrico) e foram usadas todas as entradas possíveis do programa (analog.1, 2 e 3 e até as digitais) e nada mudou. A dupla encontrou num site pessoal na Internet uma pinagem que poderia indicar que o conector estava sendo usado invertido. Na fonte do site pessoal ( achamos o seguinte diagrama da pinagem:

8 No site Revista Brasileira de Ensino de Física encontrou-se o contrário: Como estava-se usando um termistor que à temperatura ambiente vale +/ ohms, o que é um valor relativamente alto, se o encaixássemos entre pinos de +5V e 0V (terra) não haveria problemas de excesso de corrente. Justamente por essa segurança e por não ter-se certeza do diagrama correto da pinagem do conector, inverteu-se os pinos de encaixe do NTC, pois, mesmo se fosse colocado entre pinos de +5V e 0V erroneamente, não queimaria nada. O problema é que foram feitas as mesmas tentativas descritas na página anterior e nada mudou. O grupo mandou um para Rafael Haag perguntando o que deveria ser feito, mas ele não pôde responder.

9 CONCLUSÃO O grupo tirou algumas conclusões importantes. A principal delas, tirada após o monitoramento não ter funcionado de nenhuma maneira, é de que não se deve confiar num freeware sem antes testá-lo, ainda mais quando se tem um prazo apertado como neste trabalho, em que o grupo só pôde realizar as principais etapas do trabalho nos últimos dias, pois como foi previsto no ítem exeqüibilidade, do projeto, os alunos do grupo tiveram muitas tarefas e estudo para outras disciplinas e inclusive para a própria disciplina de física. Se a dupla tivesse confeccionado seu próprio software e hardware para aquisição de dados, provavelmente teria dado certo, embora tomasse mais tempo, e os alunos deste grupo certamente se arrependem de não ter feito isso. Outra conclusão a que chegamos foi de que há ótimos sites na Internet e bibliografia para pesquisa sobre monitoramento eletrônico de vários fenômenos físicos, e que pode-se encontrar boas referências em português na web.

10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS VEIT, E. A. et al, Novas Tecnologias no Ensino de Física no Nível Médio ; Disponível em: < Acesso em: 31 jul C. E. Aguiar, F. Laudares, Aquisição de Dados Usando Logo e a Porta de Jogos do PC; Disponível em: script=sci_arttext&pid=s &lng=en&nrm=iso&tlng=pt Acesso em 31 jul Lutz, Fábio. Porta de Joystick do PC; Diaponível em Acesso em 15 ago Site da empresa: Acesso em 15 ago 2004.