Post on 24-Jan-2016
description
Capacímetro DigitalAlynne Saraiva de Queiroz – alynnesaraiva@hotmail.comJosé Renier Rocha de Oliveira – zerenier@yahoo.com.br
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTECentro de Tecnologia
Departamento de Engenharia ElétricaDisciplina: Instrumentação EletrônicaProfessor: Luciano Fontes Cavalcante
Introdução
• Existem dois tipos de capacímetros: o analógico (de ponteiro) e o digital (de cristal líquido).
• O seguinte projeto consiste na elaboração de um capacímetro digital, baseado no tempo de carga e descarga de um capacitor. Detalharemos aqui aspectos construtivos e operacionais do projeto e apresentaremos dados relativos a simulação do projeto realizado no software Multisim.
Capacitância• A capacitância ou capacidade é a grandeza elétrica de um capacitor,
determinada pela quantidade de energia elétrica que pode ser armazenada em si por uma determinada tensão e pela quantidade de corrente alternada que o atravessa numa determinada freqüência.
• Em circuitos capacitivos temos a variação da corrente com o tempo.
Após uma constante de tempo RC, o capacitor carrega com 63,2% da tensão da fonte.
R.C = 10 segundos.Após 5.R.C, o capacitor está praticamente carregado
com a tensão da fonte (99,3% de V ).t = 5.R.C = 50 segundos .
Curvas de Carga e Descarga do Capacitor
Técnicas de Medição
• Existem basicamente 4 métodos utilizados em capacímetros digitais:– Vetor corrente aplicado ao capacitor– Integração do transiente RC– Dupla Rampa– Através de circuitos Monoestáveis
Diagrama de blocos
Monoestável
• O monoestável produz um nível alto em sua saída durante um determinado tempo, denominado largura de pulso. A largura de pulso será proporcional à capacitância aplicada ao monoestável.
Chave Liga
Saída
Monoestável
• Para a escala de 1 μF, cada μF corresponderá a um pulso de clock. Se escolhermos a largura de pulso do monoestável para o capacitor de 999 μF como sendo de 2 segundo, teremos:
Utilizando valores comerciais o resistor será de 1.65kΩ• Adicionamos ainda ao circuito outras escalas:
Escala Resistência
mF 1.65
μF 1.65k
nF 1.65M
Monoestável
MonoestávelPara testar o nosso circuito conectamos um capacitor de 20μF ao circuito e medimos a largura do pulso gerado pelo monoestável. Percebemos que o mesmo gerou um pulso de 35ms, bem aproximado do valor esperado.
Temporizador
• O temporizador tem a função de gerar o clock. Assim, quando o monoestável estiver em nível lógico 1 o sinal de clock será reproduzido na saída da porta AND.
Saída de clock
R240k
R140k
+
C21uF
+
0.01uF
5V
GndTrgOutRst Ctl
ThrDisVcc
555
Temporizador
• Como temos 3 dígitos que geram valores 0 de a 999 em 2 segundos temos que estabelecer uma freqüência de 499,5 Hz. Assim,
Por valores comerciais, escolhemos RA=1.65kΩ e RB=620Ω.
Temporizador
TemporizadorSimulação do circuito temporizador f=530Hz
Contador
• O Contador tem a função de contar quantos pulsos de clock
são necessários para a carga completa do capacitor, devendo
contar de 0 a 999.
• Implementamos três contadores binários atuando como um
contador BCD de três dígitos.
• O circuito será inibido quando uma capacitância ultrapassar a
faixa de 999 da escala utilizada.
Contador
QA QB QC QD Valor0 0 0 0 00 0 0 1 10 0 1 0 20 0 1 1 30 1 0 0 40 1 0 1 50 1 1 0 60 1 1 1 71 0 0 0 81 0 0 1 9
Decodificador/Display
• Esse circuito tem a função de receber os dados do contador e
decodificá-los para alimentar o display que mostrará o valor
medido.
• Nesse circuito utilizamos o display hexadecimal decodificado,
pois o mesmo já possui um decodificador para sete
segmentos incorporado.U1
DCD_HEX_BLUE
Circuito Completo
Circuito Completo
Resultados Obtidos e Sugestões
• Testamos o circuito descrito no seguinte relatório para
diversos valores de capacitores e obtemos uma boa precisão
nas medições.
• Para projetos posteriores sugerimos a implementação das
casas decimais e habilitar o display somente para o valor final
da medição.
Referências Bibliográficas
• Notas de aula do Professor Luciano
• Tocci, Ronald J. & Widmer, Neal S. Sistemas Digitais – Princípios
e Aplicações, 8a Edição.
• http://www.burgoseletronica.net/capacimetro.htm
• http://pt.wikipedia.org/wiki/Capacit%C3%A2ncia
• http://hermes.ucs.br/ccet/defq/mlandreazza/CURAUT04.htm
• http://www.eletronica24h.com.br/multisim7/Modulo3/MultiSI
M%207%20Modulo%203.