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CALIBRAÇÃO DE UM TERMISTOR DE NTC 10K
ATRAVÉS DE UMA PLACA DE ARDUÍNO
Felipe Abdalla Tiradentes de Souza,
Nilo Sérgio Souza de Almeida
Instituto de Física/Universidade de São Paulo
1. Introdução
Um termistor é um tipo de resistor em que a resistência depende da temperatura do meio em que se encontra. O NTC ( Negative Temperature Coefficient ) se caracteriza por ter o coeficiente negativo, ou seja, quando a variação da temperatura é positiva, a variação da resistência é negativa[1]. Existem diversos sistemas que utilizam termistores como uma válvula para ativar circuitos internos como:
- Ar condicionado : controle de temperatura;
- Motores e geradores : o termistor monitora um possível superaquecimento que, caso ocorra, ativa um circuito de proteção;
- Chips eletrônicos : todo chip possui um dissipador de calor para evitar o superaquecimento do sistema, porém dificilmente a temperatura ambiente é a prevista pelo projetista, logo um termistor é necessário para uma melhor regulação da temperatura interna do sistema.
2. Objetivos
O principal objetivo deste projeto é a calibração de um termistor de NTC através de uma coleta de dados utilizando uma placa de Arduíno e um outro termistor, LM35, que possui uma leitura mais acurada a procura de uma alternativa econômica em sistemas que utilizam vários termistores.
3. Métodos e procedimentos
Para determinar a temperatura lida pelo NTC devemos utilizar a Equação de Steinhart- Hart, que é geral para qualquer termistor
= 𝐴 + 𝐵 ln(𝑅)^ + 𝐶(ln(𝑅))
A ideia da calibração é determinar as constantes A, B e C tais que a leitura da temperatura do NTC seja igual à do LM35. Na prática, substituímos T pela temperatura lida pelo LM35 e R pela resistência medida do NTC. Existe uma forma simplificada da equação de Steinhart-Hart que assume o coeficiente C nulo[2], porém vamos utilizar a forma padrão e verificar se tal hipótese é válida. Foi montado um circuito como ilustrado abaixo Utilizamos como meio para variação térmica a água, mas como os termistores incluídos no kit básico de Arduíno não permite a imersão dos mesmos em um outro meio por não alcançarem qualquer recipiente, nós utilizamos termistores NTC e LM35 com terminais soldados e envoltos em um material isolante. Para preparar o meio, aquecemos por volta de 230 ml de água da torneira utilizando um fogão elétrico e uma panela. Ao atingir o ponto de ebulição, transferimos a água da panela Figura 1: NTC 10k Figura 2: LM35DZ
Além de dados coerentes, devemos escolher qual a melhor janela de dados a se trabalhar e para isso fizemos análises do valor do χ𝑟𝑒𝑑^2 e da curtose da distribuição dos dados em janelas diferentes em função do número de dados da janela. Figura 4: Exemplo de uma janela de 1000 dados
Figura 5: 𝜒red^2 por janela Figura 6: Exemplos de distribuição de dados em janelas diferentes
Como evidenciado pela imagem, encontramos um erro visível em nossa análise pois os pontos em destaque, tanto no ajuste quanto nos resíduos, não apareceram durante a análise individual dos dados e chegamos à conclusão que tais pontos aparecem devido a nós simplesmente juntarmos os dados em um arquivo sem uma formatação apropriada, logo uma janela de dados cobre o início e o fim de uma coleta de dados na mesma janela, levando a uma média irreal de dados. Com uma pequena modificação no script foi possível simplesmente eliminar tais pontos dos resultados finais.
Ao analisarmos os resíduos suspeitamos de uma tendência nos dados, porém não estava explícita o suficiente, então identificamos os diferentes conjuntos de dados por cores
Bibliografia
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Thermistor [2] http://thermistor.sourceforge.net/ [3] http://labdegaragem.com/profiles/blogs/tutorial-como-utilizar-o-termistor-ntc-com-arduino https://www.arduino.cc/
Apêndice
Rotina de obtenção de dados:
void setup() {
Serial.begin(9600);
analogReference(INTERNAL);
void loop() {
int sensorValue1 = analogRead(A0);
// sensorValue1 se refere ao LM
Serial.print(sensorValue1);
Serial.print("\t");
delay(10);
int sensorValue2 = analogRead(A3);
// sensorValue2 se refere ao NTC
Serial.println(sensorValue2);
delay(10);
Script de análise de dados: clear NOME_ARQUIVO = 'Todos-juntos.txt'; JANELA = 6000; A = load(NOME_ARQUIVO); % fix = arredonda para baixo A = A(1:fix(size(A,1)/JANELA)JANELA,:); % 1.1 = voltagem do AREF; T = 100(1.1/1023)reshape(A(:, 1),JANELA, []); B = reshape(A(:, 2),JANELA, []); R = 10(1023./B - 1);
Tm = mean( T ); Rm = mean( R ); sT = std( T ); sR = std( R ); Rm = Rm1000; Tm = Tm + 273.15; %deleta pontos contaminados k = find (sT>3); for i= 1 : length(k) sT(k(i)-(i-1)) = []; Tm(k(i)-(i- 1 )) = []; Rm(k(i)-(i-1)) = []; end %ajuste do modelo model = @(b,Rm) (1./(b(1) + b(2)log(Rm) + b(3)(log(Rm)).^3)); [ beta, Res ] = mmqGM( Rm, Tm, sT, model, [1.8987861143e-3; 1.818009621e-4; - 5.760160042e-7]); %plota dados+modelo c/ barra de erro figure (1) x = linspace (1000,7000,100); y = (1./(beta(1) + beta(2)log(x) + beta(3)*(log(x)).^3)); plot( x, y, '-r'); title('Todos os Dados; Janela = 6000') xlabel('Resistencia (Ohms)') ylabel('Temperatura (K)') xlim('auto') ylim('auto')
