NOSSAS REDES SOCIAIS -

Controle de Nível de Líquidos Usando Sensor de Pressão (ART2864)

Este artigo é de 2006, baseado em documentação da Freescale da época. A ideia básica pode perfeitamente servir de base para um projeto equivalente com componentes mais modernos.

A Freescale, em seu Applicatlon Note AN1516, apresenta um projeto prático que utiliza um sensor da série MPXM que atua sobre uma bomba e controla um motor alimentado pela rede doméstica de 110/220 V, 50/60 Hz. Confira neste artigo como Implementar esta solução.

O circuito apresentado se baseia em um sensor piezo-resistivo da série MPXM2000, que aciona diretamente um motor de bomba alimentado pela rede de energia. Os sensores dessa série possuem diversas faixas de pressão, e devem ser escolhidos conforme a aplicação. A tabela abaixo mostra as características desses sensores.

 


 

 

Acompanhe na figura 1 o circuito equivalente interno do transdutor Freescale usado na aplicação.

 

Figura 1
Figura 1

 

ISOLAMENTO

Em uma aplicação desse tipo é muito importante que o controle do motor utilizado seja isolado do circuito sensor. Para essa finalidade, a Freescale sugere o uso de um isolador óptico de potência do tipo MOC2A60, que já possui um TRIAC interno, como mostra a figura 2.

 

Figura 2
Figura 2

 

O circuito tem um optodisparador do tipo cruzamento por zero. Esse circuito alimenta uma carga de 2 A, que representa a capacidade de controlar diretamente motores para aplicações de pequena potência alimentados pela rede de 220 V.

Para que o circuito possa operar com o sensor piezo-resistivo em um ambiente ruidoso e com baixo nível de sinal, um circuito de condicionamento de sinal e amplificação deve ser inserido. Ele deve possuir amplificadores operacionais, conforme veremos mais adiante.

 

Medindo o Nível de Líquidos

Aqui foi elaborado um sensor de níveis de líquido baseado em pressão, que seja capaz de manter o nível de um reservatório constante, com uma precisão de +/- 5 mm de H2O. Note que utilizamos a água como referência, pois esse valor depende da densidade do líquido no reservatório. Veja na figura 3 o envolvimento da pressão no monitoramento do nível do reservatório.

 

Figura 3
Figura 3

 

Um cano deve ser inserido verticalmente, com uma das pontas imersa no líquido e a outra aberta. O nível nesse cano deverá ter, portanto, o mesmo nível do líquido no reservatório.

No entanto, se a parte superior do cabo for fechada e algum volume de gás for aprisionado, a pressão no cano irá variar na medida da mudança do nível de líquido no tanque. Um exemplo: se o nível do líquido no tanque subir em 10 mm, a pressão no cano aumentará no mesmo valor, correspondendo a uma coluna de 10 mm de água.

O sensor de monitoramento deve ter, então, um lado conectado ao cano (lado da pressão) e o outro mantido aberto para fazer uso da pressão ambiente (atmosférica) como referência. A diferença de pressão entre os dois lados será medida pelo sensor e enviada ao circuito de controle.

 

MODOS DE CONTROLE

Desse modo, podemos operar bombeando a água para fora do reservatório quando o nível subir ultrapassando o desejado, mas também se pode bombear o líquido para dentro do reservatório, quando o nível diminuir do valor desejado.

Para bombear a água para fora, a bomba deverá estar desligada quando o nível do líquido estiver abaixo do desejado. Para que ela seja acionada, o sinal do sensor deve diminuir a ponto de disparar o Schmitt Trigger do circuito. Para essa aplicação, o cano sensor deve estar conectado à porta negativa de pressão do sensor (oposto ao lado de vácuo).

Conforme o nível de líquido aumenta, a tensão no sensor diminuirá, ativando a bomba quando passar pelo ponto de referência. Quando a pressão voltar ao normal, a bomba será desligada.

No caso de bombear líquido para o tanque, ela deverá estar desligada quando o nível do líquido estiver acima do nível de referência. Quando o nível cair ela deverá ser ligada novamente. Isso significa que o nível de sinal aplicado ao circuito deverá cair para disparar o circuito, quando chegar a uma tensão menor que a de referência.

O sensor deve, portanto, ser conectado a porta positiva de pressão (lado de cima). Nessa configuração, quando a pressão no sensor diminuir, acontecerá o mesmo com a tensão no sensor, ligando a bomba quando o nível de referência do comparador for atingido.

 

COMO ESCOLHER O SENSOR?

No exemplo dado, utilizamos o sensor em um nível de líquido de 10 mm. Com isso, chegamos a uma pressão equivalente em quilopascals (kPa) de 0,09806. Assim, um sensor de 0 a 10 kPa como o MPXMZ010GS pode ser usado. A saída do sensor com uma pressão de 0,09806 kPa aplicada será de

2 mV/kPa x 0,09806 = 0, 196 mV.

A aplicação deste circuito está projetada para oferecer um ganho igual a 1000. Dessa forma, com o sinal dado no exemplo, teremos uma saída de 1000 )( 0,196 mV : 0,196 V, para uma pressão que corresponda a uma coluna de 10 mm de água.

 

O CIRCUITO

O amplificador operacional quádruplo usado é o MC33179 e o regulador de tensão é o MC7808 de 8 V.

Observe na figura 4 que este regulador é necessário, pois a saída dos transdutores de pressão é dependente da tensão de polarização.

 

Figura 4
Figura 4

 

Repare também que o uso de um acoplador óptico de potência possibilita o controle direto do motor alimentado pela rede de energia. Na falta do acoplador indicado pode-se empregar um MOC3010 ou MOC3020, excitando um TRIAC externo. Neste caso, o uso de um TRIAC externo de maior corrente permite o controle de motores mais potentes.

Na figura 5 é apresentado o diagrama funcional do circuito, que mostra o tipo de sinal de controle aplicado à bomba, juntamente às variações da pressão no sensor.

 

Figura 5
Figura 5

 

Observe a necessidade de uma histerese para evitar que o circuito não fique ligando e desligando de modo intermitente, quando o nível do líquido se aproximar do ponto de disparo.

 

AJUSTES

O cano sensor deve ser colocado no líquido monitorado a uma distância que fique um pouco abaixo do nível mínimo. A outra extremidade deve ficar aberta para fora. Quando o tanque estiver cheio, o sensor de pressão deverá ser conectado ao cano com a configuração desejada do modo de operação (esvaziar ou encher no nível de disparo).

Depois de conectar o cano ao sensor de pressão, o módulo deve ser ajustado para controlar o nível de líquido. A tensão de saída em TP deve ser pré-ajustada para aproximadamente 4 V (metade da tensão de alimentação).

Quando o sensor é conectado ao cano, a saída do módulo será ON ou OFF. Ajustando-se o potenciômetro de ajuste de offset, a saída deve mudar de estado. OFF se estiver ON. e vice-versa. A mudança de nível de líquido no tanque pode ser simulada então. para se verificar o funcionamento simplesmente movimentando-se tubo sensor para cima e para baixo.

O ponto de referência de TP2 mostra a tensão de referência ON/OFF e o ponto de disparo do módulo alcançado quando a tensão em TP1 cruza o valor da tensão em TP1. O módulo está projetado para trabalhar com uma histerese ON/OFF. chegando a cerca de 10 mm.

 

 

BUSCAR DATASHEET

 


N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

Opinião

Novembro chegando (OP197)

Novembro é o mês de encerramento das aulas e com isso, diferentemente do que muitos pensam, as atividades estudantis não terminam. Alguns curtirão suas férias, mas outros ficam para exames e mais ainda, precisam terminar seus TCCs.

Leia mais...

Filosofia
Um pouco de filosofia afasta-nos da religião: muita filosofia nos faz voltar a ela. (Um peu de philosophie écarte de la religion, et beaucoup y ramne.)
Rivarol (1753 1801) Máximas e Pensamentos. - Ver mais frases


Instituto Newton C Braga
Entre em contato - Como Anunciar - Políticas do Site

Apoio Social
Lions Clube de Guarulhos Sul SOS Mater Amabilis
Advertise in Brazil
If your business is Electronics, components or devices, this site is the correct place to insert your advertisement (see more)