Projetando um Circuito Sensor de Calor Confiável: Operação Explicada e Guia de Construção Passo a Passo

Da mesma forma que você pode sentir calor e aumento de temperatura, dispositivos eletrônicos podem fazer o mesmo. Diferente do seu corpo que depende de processos biológicos, dispositivos eletrônicos usam sensores de temperatura, e sensores de temperatura têm usos extensivos. Se você é um entusiasta elétrico ávido para saber mais sobre o circuito sensor de calor, este artigo é para você.

1. O que é um Circuito Sensor de Calor?

O circuito sensor de temperatura existe dentro do sensor de calor. Ele notifica quando a temperatura aumenta e excede um valor particular com a ajuda de um LED piscando ou um buzzer. Podemos dizer que funciona como um dispositivo de alarme de aviso, por exemplo, em um alarme de detector de fumaça.

Um detector de temperatura por resistência (RTD) ou um termopar usa um sinal elétrico para dar leituras de temperatura em centígrados.

Circuitos de detecção de temperatura estão em toda parte no mundo digital de hoje, de computadores a eletrodomésticos de cozinha de alta tecnologia. Eles são necessários já que calor excessivo tem potencial para danificar componentes caros em um dispositivo eletrônico. Sensores de calor também são vitais para melhorar sistemas de segurança.

2. Como Funciona um Circuito Sensor de Calor?

Um circuito sensor de temperatura simples tipicamente serve ao propósito de detectar o calor ao seu redor. O funcionamento do medidor de temperatura depende da tensão de saída que passa pelo diodo, significando que a mudança de temperatura é diretamente proporcional à resistência do diodo. Quanto maior a temperatura, maior será a oposição e vice-versa.

Você pode ajustar o nível de limiar usando o resistor variável.

O diagrama abaixo representa um diagrama básico de circuito sensor de calor que utiliza um termistor de Coeficiente de Temperatura Negativo (NTC). O NTC é responsável por uma diminuição no valor de resistência quando a temperatura sobe.

Diagrama de circuito integrado sensor de calor.

Componentes no circuito são:

1. Termistor NTC 2.2KΩ
2. Resistor Variável 10KΩ
3. Transistor BC547 (NPN)
4. Buzzer 9V
5. Capacitor 1µF/16V
6. Bateria 9V

O transistor BC547 liga o buzzer sempre que o calor excede a faixa de temperaturas definida e o desliga quando o calor cai abaixo dos limites. A base do transistor recebe polarização da bateria com o termistor junto com o resistor variável. O buzzer, por outro lado, conecta à saída do transistor. A chave liga o circuito.

3. Tipos e Aplicação do Sensor de Calor

O sensor de calor baseia suas duas categorias em sua operação. Eles são:

1. Detectores de taxa de subida de calor
2. Detectores de calor de temperatura fixa

I. Detectores de calor de temperatura fixa

Este detector usa dois termopares sensíveis ao calor: um monitora transferência de calor por convecção ou radiação, e o outro monitora calor do ambiente. O detector de calor operará independentemente da temperatura inicial, e a temperatura sobe de 12° a 15°F por minuto. Se houver possibilidade de determinar o valor de limiar do tipo de detector de calor, podemos operar o detector em condições de incêndio de baixa temperatura.

um detector de calor de temperatura fixa

II. Detectores de taxa de subida de calor

Não responde a baixas taxas de liberação de calor que iniciam um incêndio deliberadamente. Ajuda a detectar incêndios de desenvolvimento lento devido ao seu elemento de temperatura fixa que reage sempre que atinge um limiar de 136,4°F ou 58°C.

um detector de taxa de subida de calor

Existem vários tipos de sensores de temperatura dependendo de suas características. Um sensor de temperatura detecta o calor vindo de um sistema que nos permite sentir mudança física devido à temperatura vinda de um sinal digital ou analógico. Os tipos básicos de sensores são:

Tipos de sensores de temperatura de contato – precisa estar em contato físico com o objeto para detectar líquido, sólido ou gás em uma ampla faixa via condução.

Tipos de sensores de temperatura sem contato – detecta mudança de temperatura usando radiação e convecção. Pode usar radiação infravermelha para detectar gás e líquido que irradiam.

4. Como Construímos um Circuito Sensor de Calor Primário?

Você pode construir um sensor de calor primário que seja eficaz. Os itens para fazer um são fáceis de acessar.

O primeiro passo é preparar as peças. Elas são:

• Transistor BC547
• Diodo 1N4148
• Resistores (IEC)
• Um transistor NPN
• Uma bateria 9V para fonte de alimentação
• Luzes LED
• Potenciômetro (IEC)

Você também precisará de um design de circuito de detecção de temperatura para ajudar a mapear onde os componentes vão.

design de circuito

O transistor BC547 funcionará como sensor de calor. Conforme há aumento de temperatura da junção p-n, o transistor começa a conduzir parcialmente.

O Diodo 1N4148 e o resistor variável de 1k ohm ajudam a definir um limiar para sensibilidade ao calor. Você pode girar o botão se quiser ajustar a sensibilidade.

Quando a temperatura aumenta além do nível de limiar, a corrente de coletor aumenta, afetando o LED para começar a acender lentamente.

Você deve definir o resistor variável antes de começar a testar o circuito. Girar o botão completamente em uma direção desligará o LED, e girá-lo na direção oposta acende o LED. Portanto, defina o potenciômetro em uma posição onde uma leve rotação inicie a iluminação.

Usando a fórmula abaixo, podemos entender a dependência de temperatura das junções p-n no transistor.

T = temperatura em kelvins,

T₀ = temperatura de referência,

V_G0 = tensão de bandgap no zero absoluto,

V_BE0 = tensão de junção na temperatura

T₀ e corrente I_C0, k = constante de Boltzmann,

q = carga de um elétron,

n = constante dependente do dispositivo.

A tensão de junção é uma função da densidade de corrente. Podemos obter uma saída de tensão similar operando as duas junções na mesma corrente.

Mais informações sobre esta fórmula estão disponíveis aqui.

A tensão Base-Emissor (VBE) cai aproximadamente -2,5 mV/°C. Isso significa que há uma queda de tensão entre B e E.

Se curto-circuitarmos a base, um transistor NPN fará curto (2) e coletor (1), atuando como um diodo. Nesse caso, 2 e 1 servirão como terminal positivo enquanto 3 atua como terminal negativo.

Se mantivermos a fonte de tensão, a tensão se tornará função da temperatura através do transistor.

Configuração de pinos do transistor NPN BC547 com 1-coletor, 2-base, 3-emissor

O transistor BC547 tem temperatura de operação de até 150 graus Celsius, funcionando em altas temperaturas como sensor de calor. Devido a este fator, ajuda a fazer alarmes de incêndio eficazes.

5. Vantagens do Sensor de Temperatura

• Responde instantaneamente
• É mais preciso
• Não afeta o meio
• É fácil condicionar a saída

6. Conclusão

Em conclusão, esperamos que você agora esteja informado sobre como fazer circuitos integrados simples de sensor de calor. Você pode facilmente modificar ou adicionar qualquer componente ao seu design para adequá-lo às suas necessidades. Se tiver dúvidas ou comentários, sinta-se à vontade para nos contatar aqui.