Partindo deste circuito simples porém de grande sensibilidade você pode montar sistemas sensíveis à luz, calor ou umidade. As aplicações práticas que podem ser dadas a tal sistema são infindáveis bastando citar os casos de alarmes antirroubo, anti-incêndios e até mesmo de aviso de chuva ou vazamentos.
O que descrevemos neste artigo é um circuito muito sensível que pode disparar um relê e consequentemente qualquer circuito de carga a partir do sinal fornecido por um transdutor de luz, calor ou umidade.
Conforme o transdutor usado teremos então a possibilidade de acionamento por um dos elementos citados sendo ainda fornecida a opção do acionamento ser positivo ou negativo, ou seja, do alarme ser disparado na presença ou na ausência do elemento que atua sobre o transdutor.
Em outras palavras, isso significa que no caso do alarme de luz podemos fazer o relê ser acionado quando um feixe de luz incidir no elemento sensível na primeira opção, ou ser acionado quando o feixe de luz incidente ser cortado (figura 1).
Para o caso da umidade podemos fazer um alarme soar quando a umidade aumentar, na primeira opção, ou então quando a umidade diminuir, na segunda opção.
Veja o leitor que pela simplicidade, versatilidade e economia, um único circuito pode facilmente ser feito para funcionar com transdutores sensíveis a qualquer dos três elementos, constituindo-se assim num ótimo detector para uso geral numa oficina ou mesmo para demonstrações em cursos técnicos.
A montagem deste sensor, como sempre é simples e acessível não oferecendo dificuldades aos que possuam um mínimo conhecimento de manejo de ferramentas e bom senso para saber seguir as instruções que damos.
COMO FUNCIONA
Se queremos acionar um relê comum a partir do sinal gerado por algum dispositivo sensível à luz, temperatura ou umidade precisamos de três elementos importantes: o transdutor capaz de converter luz, calor ou umidade em eletricidade; um circuito sensível capaz de amplificar a eletricidade deste transdutor que normalmente é extremamente fraca e finalmente um relê comum que possa ser usado no acionamento de qualquer dispositivo externo como um alarme, um motor ou uma lâmpada.
A figura 2 mostra o que dizemos através de um diagrama de blocos por onde começamos a análise do nosso circuito.
O primeiro bloco representa o transdutor, ou seja, o dispositivo capaz de transformar luz, calor ou umidade em eletricidade ou variações elétricas que possam ser usadas por circuitos eletrônicos.
É claro que, para cada um dos elementos que nos propomos usar neste circuito existe um transdutor próprio.
Para a luz, por exemplo, é utilizado um LDR (Light Dependent Resistor) ou seja, um resistor cuja resistência depende da luz.
Na figura 3 temos o aspecto típico de um LDR.
Este dispositivo se caracteriza por apresentar uma resistência muito alta quando no escuro de modo que a corrente que nele circula seja muito fraca, e uma resistência muito baixa quando submetido à luz.
Para os tipos normais existentes no comércio, a resistência no escuro pode chegar a mais de 1 000 000 ohms enquanto que no claro seu valor caí a menos de 1 000 ohms, ou seja, permitem uma variação de 1: 1000 na sua resistência.
Para o calor é utilizado um NTC, ou seja, uma resistência com coeficiente negativo de temperatura cujo aspecto típico é mostrado na figura 4.
Este componente caracteriza-se por ter sua resistência diminuída quando a temperatura aumenta.
Os NTC são encontrados com diversos valores de resistências os quais são sempre especificados para 20°C. Isso significa que um NTC cujas cores sejam laranja, verde e amarelo (como no código de cores para resistores) a sua resistência será de 35ok ohms para uma temperatura de 20°C.
Como sensor para umidade pode ser usado um transdutor caseiro que consiste simplesmente em dois eletrodos os quais são conectados por exemplo as duas telas de arame separadas por um pedaço de tecido.
A resistência encontrada entre os eletrodos depende do grau de umidade do tecido com o qual as telas estão em contacto. Essa resistência diminui à medida que a umidade aumenta em vista da existência de sais minerais na mesma que a tornam condutora (figura 5).
Usando o sensor num vaso de planta para "sentir" a umidade do solo, a resistência encontrada entre os eletrodos depende da sua umidade, aumentando a medida que o mesmo se tornar mais seco.
E claro que o leitor pode imaginar outros tipos de "sensores" para outros elementos e usá-los para montar detectores de outras categorias.
Citamos como exemplo a existência no mercado (não em nosso país ainda) de um sensor para gases capaz de alterar sua resistência em presença de gases como o butano, propano, etano, hidrogênio, monóxido de carbono, etc., servindo, portanto, como base para um excelente detector de vazamentos em condutores de tais gases.
A etapa seguinte de nosso circuito consiste num amplificador com dois transistores capaz de a partir da pequena corrente que os transdutores fornecem, poder disparar um relê comum.
São usados dois transistores num acoplamento direto, conforme mostra a figura 6.
Isso significa que se usarmos dois transistores com ganho 200, teremos para um circuito um ganho total de 40 000 vezes!
Veja que a corrente do transdutor aplicada à primeira base do transistor é amplificada um número de vezes igual ao correspondente ao ganho deste transistor.
A corrente amplificada que aparece no emissor do primeiro transistor é então enviada à base do segundo transistor onde é também amplificada da mesma maneira. Agora, a corrente será retirada do coletor deste transistor para o relê.
O relê que consiste na última etapa deste aparelho deve ser de um tipo que possa ser acionado pela corrente do segundo transistor.
Podem ser usados normalmente relês que operem com correntes de 1omA até 50 mA, sendo a sua tensão, função da tensão de alimentação que será usada para o aparelho.
É claro que o leitor deve ter em conta que, quando um relê é especificado para operar com 9 V isso não significa que esta deve ser obrigatoriamente a tensão de alimentação do aparelho.
O importante para um relê é apenas que circule por sua bobina a corrente necessária ao fechamento dos seus contatos e isso só acontece com uma tensão mínima a qual é justamente a especificada pelo fabricante.
Deve, portanto, o leitor ao alimentar o aparelho com 6 V usar um relê de 6 V ou menos, e quando usar 9 V de alimentação usar um relê de 9 V ou menos.
Na figura 6 mostramos o aspecto de um relê comum com a maneira de se fazer sua conexão a um circuito, um lâmpada, motor ou alarme.
Deve-se sempre tomar cuidado para que a corrente usada pelo circuito controlado ser menor que a máxima corrente que possa ser suportada pelos contatos do relê.
Na rede de 110 V cada 100 W corresponde a aproximadamente 1A, enquanto que na rede de 220 V cada 200 W corresponde a aproximadamente 1 A.
Não confunda a corrente de disparo do relê que é uma, com a corrente máxima nos contatos que é outra.
MONTAGEM
Nossa sugestão para a montagem deste relê eletrônico é mostrada na figura 7.
Uma única caixa para qualquer um dos três casos: luz, calor, ou umidade, sendo o cabo de conexão ao transdutor conectado em dois bornes escolhidos conforme seja desejado o acionamento positivo ou negativo.
Na parte frontal existe um controle de sensibilidade e um indicador de que o relê se encontra ligado, e na parte traseira a saída para os circuitos controlados.
Como o circuito não é crítico o leitor pode optar tanto pela versão em placa de circuito impresso como em ponte de terminais. É claro que, para o primeiro caso o leitor precisará do material necessário à elaboração da placa, ou seja, o laboratório de circuito impresso e a furadeira.
No caso da montagem em ponte de terminais, além das ferramentas necessárias ao preparo da caixa para alojar a unidade, será preciso dispor de um bom soldador de pequena potência (máximo 30 W), solda, alicate de corte lateral, alicate de ponta e chaves de fenda.
O circuito completo da unidade é mostrado na figura 8.
Este mesmo circuito pode ser utilizado para ser disparado por qualquer um dos três sensores que daremos, funcionando portanto com luz, calor ou umidade.
O leitor verá que nos casos em que as variações dos elementos são maiores, como luz e umidade o ajuste do ponto ideal de funcionamento é muito menos crítico do a que no caso do calor em que as variações que ocorrem em geral são muito pequenas, dentro da faixa possível de operação do elemento sensível.
A placa de circuito impresso para esta montagem é mostrada na figura 9.
A montagem em ponte é dada na figura 10.
A montagem da parte eletrônica deste relê não apresenta segredos.
Além da observação cuidadosa das posições das peças e de seus valores na hora da compra, é essencial que todas as conexões feitas com o auxílio de solda sejam perfeitas.
Devemos alertar os menos experientes como é incrível a quantidade de projetos mal sucedidos simplesmente por deficiência de soldagem. Uma simples ligação mal feita ou em que a solda “pegue mal" pode ser responsável não só pela total inoperância de um aparelho como até mesmo pela queima de componentes .
A soldagem bem feita não contém excesso de solda e envolve totalmente os terminais dos componentes que estão soldados. Para sua realização utiliza-se um ferro bem aquecido e bem estanhado não demorando-se mais do que 5 segundos para isso.
Um aquecimento prolongado faz com que o calor se propague pelo terminal do componente chegando ao seu corpo e com isso causando-lhe dano.
Tanto para a compra dos componentes como para sua utilização são os seguintes os principais cuidados que devem ser tomados:
a) Os transistores usados podem ser praticamente de qualquer tipo NPN de silício para uso geral. Em especial, pela facilidade com que podem ser encontrados, pelo seu baixo custo e pelo seu alto rendimento neste circuito sugerimos os BC238 ou BC548.
Na soldagem destes componentes deve ser observada sua posição correta e evitar o excesso de calor.
b) O relê usado pode ser do tipo para 6 V se a tensão de alimentação estiver entre 6 e 9 V ou de 9 V se a tensão estiver entre 9 e 12 V. Acorrente de acionamento do relê deve ser no máximo de 50 mA. Em especial sugerimos o tipo Schrack RU110006 para esta montagem.
Este relê admite em seus contatos uma corrente de 6 A o que significa o controle de aparelhos de até 600 W na rede de 110 V e 1200 W na rede de 220 V.
Na compra de qualquer outro tipo de relê o leitor deve fazer a identificação dos terminais correspondentes à bobina e aos contatos pedindo se necessário esta informação ao vendedor.
c) O díodo usado em paralelo com o enrolamento do relê tem por finalidade apenas proteger o transistor contra os surtos de tensão que ocorrem quando o mesmo é acionado e depois desligado. Pode ser usado qualquer diodo de silício retificador como, por exemplo, o 1N4001. Na ligação deste componente deve ser observada sua posição já que o catodo é identificado pelo anel branco pintado no corpo do componente.
d) Os resistores usados nesta montagem são os componentes menos críticos. Podem ser usados resistores de 1/8, ¼ ou 1/2 W com tolerância de 10% ou 20%. Os resistores de 1/8 W são os preferidos para o caso de se desejar o mínimo de tamanho para o aparelho. Estes componentes não são polarizados, isto é, não tem lado certo para serem ligados, mas deve- se tomar cuidado com a identificação de seus valores dada pelos anéis coloridos.
e) O capacitor C1 pode ser qualquer eletrolítico entre 47 uF e 220 uF com tensão de trabalho de no mínimo 12 V. O leitor deve tomar cuidado na ligação deste componente o qual é polarizado, ou seja, possui um terminal positivo e um negativo. O terminal positivo é o que vai ligado ao emissor do transistor.
f) O potenciômetro serve como um controle de sensibilidade sendo ajustado em função do transdutor usado. Pode ser usado um potenciômetro linear ou log de 1M à 2,2 M com chave. A chave servirá ao mesmo tempo para ligar e desligar a fonte de alimentação.
g) O LED do tipo econômico de cor vermelha serve para indicar que o aparelho está ligado. Observe o lado achatado do seu invólucro que determina seu catodo.
h) Os bornes de entrada podem ser de qualquer tipo sendo apenas recomendado que sejam de cores diferentes de modo a facilitar a identificação de suas funções.
i) Na saída podem ser usados bornes comuns, ou se a alimentação do aparelho for feita a partir da rede local, utilizada uma tomada. O máximo de cuidado deve, entretanto, ser tomado como total isolamento da parte de alta tensão da parte de baixa tensão.
OS SENSORES
Sugerimos três tipos de sensores que podem ser usados com este relê dependendo a escolha de um deles do elemento que deva atuar sobre o circuito.
1) Sensor de luz
Para esta finalidade pode praticamente ser usado qualquer LDR. Como este componente não tem polaridade certa para ser ligado, não existe nenhum problema com a sua instalação.
Pode no caso ser usado um cabo comprido, de até 5 metros de comprimento, que fará a conexão aos bornes de entrada.
Para focalizar o LDR este pode ser montado num tubo de material opaco, conforme mostra a figura 11, e em alguns casos até uma lente pode ser utilizada.
Com a ligação dos fios do LDR aos terminais A e B de entrada do circuito do relê teremos seu disparo quando houver incidência de luz no mesmo, podendo então o aparelho ser usado para:
a) ligar um alarme quando houver luz
b) acionar um mecanismo ao comando de uma lanterna
Com a ligação dos fios do LDR nos terminais B e C de entrada, o relê disparará quando houver interrupção no feixe de luz incidente no sensor. Ele poderá então ser usado para:
a) alarmes de interrupção de luz
b) acionamento automático de luzes ao escurecer
Para as duas possibilidades a sensibilidade será controlada pelo potenciômetro que visa compensar a própria luminosidade ambiente.
2) Sensor de calor
Para esta finalidade pode ser usado um NTC (termistor) cuja resistência a 20°C esteja compreendida entre 22 k e 100 k.
A compensação de valor para esta resistência de modo a se obter o disparo num ponto ideal será feita pelo potenciômetro.
Temos então duas possibilidades de utilização neste caso: Com a ligação dos fios do NTC aos bornes de entrada A e B o relê disparará quando houver uma elevação de temperatura.
O instante em que ocorrerá o disparo dependerá do ajuste do potenciômetro.
Com a ligação dos fios do NTC aos bornes de entrada B e C o relê disparará quando houver um abaixamento da temperatura. O ponto em que isso ocorre será determinado pelo ajuste do potenciômetro.
Na preparação do sensor deve-se tomar cuidado para que o mesmo receba apenas o calor do ambiente em que e!e deva ser usado. Assim, se o dispositivo for usado para ”sentir" a temperatura de um líquido será conveniente isolar o NTC do contacto direto com este líquido instalando-o num tubo, conforme sugere a figura 12.
Deve-se também tomar cuidado com os limites de operação do sensor evitando-se que seja superada a temperatura máxima e mínima para a qual existe um funcionamento seguro.
Para os NTC comuns não se deve superar uma temperatura de 125° nem fazê-lo entrar em contacto com temperaturas menores que -20°C.
Dentre as aplicações possíveis para este dispositivo citamos as seguintes:
a) alarme de temperatura para aquários
b) alarme de temperatura para ambientes
c) alarme contra incêndios
3) Sensor de calor
Para esta aplicação são diversas as possibilidades de construção de um sensor.
Para usar o relê como alarme de umidade, o sensor consiste num pedaço retangular de 10 x 15 cm aproximadamente de tecido poroso colocado entre duas telas de arame, conforme mostra a figura 13.
Os fios que são soldados na tela de arame podem ser conectados aos terminais A e B do relê quando então ocorrerá o disparo ao haver incidência de água no elemento sensível. O alarme poderá ser usado para indicar vazamentos, ou então servir para indicar o início de chuva.
Se o sensor for ligado entre os terminais B e C do relê o disparo ocorrerá quando a umidade existente no elemento sensível cair abaixo de certo valor.
Para usar o alarme como indicador de umidade para o solo, basta enterrar num vaso dois eletrodos que consistem simplesmente em dois pedaços de fios descascados, conforme mostra a figura 14.
Quando a umidade do vaso ultrapassar certo limite determinado pelo ajuste do potenciômetro o re!ê fechará seus contactos fazendo soar um alarme ou outro tipo de dispositivo qualquer.
Veja o leitor que ligando o sensor entre os terminais A e B teremos o disparo quando a umidade ultrapassar certo valor, enquanto que ligando o sensor entre os terminais B e C teremos o disparo quando a umidade cair abaixo de certo valor.
Uma aplicação interessante para este relê é esquematizada na figura 15.
Nesta, um sensor que consiste em dois fios descascados em suas pontas faz o disparo do relê quando o nível numa caixa de água cai abaixo de certo valor, quando então a bomba que enche a caixa é acionada automaticamente.
Um segundo sensor, colocado num nível mais alto, desliga a bomba quando a caixa encher.
4) Outros sensores
Sensores para outros elementos podem ser usados em conjunto com este relê sensível, bastando para isso que sejam do tipo resistivo, ou seja, que tenham uma variação de sua resistência em função da variação do elemento a ser detectado.
A variação da resistência exigida para o disparo do circuito depende da sensibilidade desejada. A faixa ideal para a operação do relê com grande sensibilidade está entre 22 k e 1 M.
PROVA E USO
Uma vez montado o aparelho e dispondo de um transdutor, o leitor pode com facilidade, realizar o teste de funcionamento.
Assim, depois de conferir cuidadosamente todas as ligações, ligue na saída do relê, conforme indicado na figura 16 uma lâmpada de 3 V e duas pilhas.
Na entrada ligue o transdutor escolhido, sendo recomendado para a prova mais eficiente o tipo luminoso ou o sensor de umidade.
Para o sensor luminoso, ligue o aparelho e ajuste o potenciômetro para que a lâmpada indicadora ligada ao relê apague. Se o sensor estiver ligado entre os terminais A e B, cubra-o de modo a não receber luz. Se estiver ligado entre os terminais B e C deixe-o receber luz direta.
Uma vez ajustado o relê, no primeiro caso, descubra o sensor, e no segundo caso cubra o sensor. Em ambos os casos deve-se obter o disparo imediato do relê.
Para usar o sensor luminoso o leitor deve fazer experiências em função da aplicação que será dada ao circuito de modo a evitar a influência da luz ambiente, se esta prejudicar o seu funcionamento.
Para o sensor de umidade a prova é feita da seguinte maneira.
Ligue o aparelho e o sensor nas entradas A e B.. O sensor deve estar inicialmente totalmente seco. Ajuste então o potenciômetro de modo a fazer a lâmpada apagar. O relê deve ser deixado numa posição um pouco antes daquela em que ocorre o apagamento da lâmpada.
A ação do circuito será mais sensível quanto mais próximo desta posição estiver o potenciômetro.
Em seguida, jogue um pouco de água no elemento sensível. O disparo do relê deve ser imediato.
Para usar o aparelho recomenda-se que o cabo de ligação ao transdutor não seja muito longo.
Para os casos em que o sensor deva ser ligado permanentemente pode-se em lugar das pilhas usar um conversor ou fonte ligada a rede local. Este conversor deve fornecer pelo menos 50 mA sob uma tensão de 9 ou 12 V.
Lista de Material
Q1I - Q2 - BC 548 ou BC238 - transistores para uso geral
R1 - 100 k ohms x 1/8 W - resistor (marrom, preto, amarelo)
R2 - 22 ohms x 1/4 W - resistor (vermelho, vermelho, preto)
P1 - potenciômetro de 1 M - com chave.
C1 - 100 uF x 16V - capacitor eletrolítico
C2 - 100 nF - capacitor de poliéster
D1 - Diodo 1N4001 ou equivalente
KI1- Relê para 9 ou 6 V (ver texto)
B1 - Bateria de 6 ou 9 V
Diversos: sensores (ver texto), placa de circuito impresso ou ponte de terminais, fios, solda, bornes de entrada e saída, knob para o potenciômetro, LED e resistor de 1 k x 1/4 W (marrom, preto, vermelho), caixa para o aparelho, etc.
