Termômetro Eletrônico (ART2397)

Experiências de biologia, física e química podem se tornar muito mais proveitosas e interessantes se envolverem medida de temperatura, utilizando-se um sensível termômetro eletrônico. De grande prontidão, este termômetro detecta eletronicamente variações mínimas de temperatura.

O termômetro eletrônico que descrevemos é muito simples, mas isso não afeta de modo algum sua sensibilidade e prontidão sendo, portanto, ideal para experiências escolares em que a medida da temperatura ou de suas variações seja necessária.

O sensor usado é um diodo, de pequena capacidade térmica permitindo assim leituras na faixa de -50°C até 125°C aproximadamente.

A calibração da escala dependerá do tipo de utilização que o aparelho vai ter, sendo observado que, normalmente a escala toda não pode abranger a faixa de operação sugerida para o diodo. Uma faixa apropriada deve ser escolhida.

A alimentação do circuito é feita com duas pilhas que, em vista do consumo muito baixo de corrente, terão durabilidade muito grande.

O termômetro pode ser usado para:

- Indicar a temperatura ambiente;

- Indicar a temperatura de soluções e estufas;

- Medir variações rápidas de temperatura de componentes;

- Detectar “vazamentos" de calor.

Como funciona

Conforme observamos na introdução, o elemento sensor que serve de base para este projeto é um diodo comum (BA315, 1N4148, ou outro qualquer de silício).

Estes díodos quando polarizados no sentido inverso, conforme mostra figura 1, apresentam uma resistência à circulação da corrente muito elevada.

Figura 1 – Polarização inversa do diodo

A pequena corrente que pode circular é devida a portadores de carga, que são liberados na junção pelo movimento de agitação térmica dos átomos de material semicondutor.

Com isso, verifica-se que, se o aumento da agitação térmica ocorrer, mais portadores de carga podem ser liberados e, portanto, mais corrente pode fluir pelo diodo.

De fato, verifica-se que a corrente que circula pelo diodo pode ter grandes variações de intensidade em função da temperatura do componente.

Podemos utilizar diodos como eficientes sensores de temperatura, bastando então estabelecer uma relação entre a corrente que conduz e a temperatura.

E claro que não podemos colocar o diodo em contato com temperaturas que coloquem em risco sua integridade, de modo que este tipo de sensor tem sua faixa de utilização limitada aos valores dados na introdução.

Usando um circuito amplificador de corrente com dois transistores, obtemos tal sensibilidade do circuito, que pequenas variações de temperatura podem ser detectadas prontamente.

Bastará “bafejar" no diodo para que a agulha do instrumento se movimente rapidamente (figura 2).

Figura 2 – Detectando variações rápidas de temperatura

Montagem

Na figura 3 temos o circuito completo do termômetro eletrônico.

Figura 3 – Diagrama do aparelho

Na figura 4 temos a sua realização prática, tendo por base uma pequena ponte de terminais.

Figura 4 – Montagem em ponte de terminais

Sugerimos fixar a ponte e demais componentes numa caixa plástica ou de madeira para obter assim um aparelho acabado com aparência profissional.

São os seguintes os principais cuidados que devem ser tomados com montagem e obtenção dos componentes:

a) O transistor NPN (Q1) pode ser o BC548 ou seus equivalentes como os BC237, BC238, BC547 e BCB49. Para Q2 usamos um BC558, ou equivalentes como BC307, BC309 ou BC557. A posição destes componentes deve ser observada com cuidado;

b) O instrumento M1 é um VU-meter de 200 uA. Uma escala apropriada poderá ser feita em função da utilização do aparelho. Observe a polaridade das ligações. Se não houver marcação, bastará inverter os fios se a agulha tender para a esquerda;

c) O Sensor pode ser qualquer diodo de uso geral de silício. No protótipo usamos o 1N4148. Observe sua polaridade. O fio de ligação deve ter no máximo 1 metro;

d) P1 é um trimpot de 47 k e os resistores são todos de 1/8W ou ¼ W, conforme sua disponibilidade;

e) S1 é um interruptor simples. O suporte das duas pilhas precisa ter a polaridade observada.

Terminando a montagem, confira tudo antes de fazer a prova de funcionamento.

Prova e Uso

Coloque as pilhas no suporte e ligue S1.

Coloque D1 sobre o ferro de soldar a uns 3 ou 4cm, de modo a receber seu calor, conforme mostra a figura 5.

Figura 5 – Teste do sensor

A agulha do instrumento deve ir para a direita à medida que a temperatura do diodo subir. Ajuste P1 para que o ponteiro não ultrapasse o final da escala (não deixe o diodo encostar no ferro!).

Depois disso é só usar o termômetro bafeje no diodo para ver como ele responde às variações de temperatura.

Para usar o aparelho na medida da temperatura de líquidos, o diodo deve ser isolado. Uma sugestão consiste em colocá-lo na ponta de um tubo de caneta esferográfica, como mostra a figura 6, e fazer uma capa de epóxi para evitar que os seus contatos sejam molhados.

Figura 6 – Isolando o sensor

O estabelecimento de uma escala para o instrumento pode ser feito tomando-se por base um termômetro comum.

Para detectar aquecimento de componentes num circuito, uma aplicação importante dele, basta encostar o diodo no componente suspeito.