O presente projeto, da disciplina de Metrologia, visa a medição de duas - PDF
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Maria Clara Escobar Minho
1 Introdução O presente projeto, da disciplina de Metrologia, visa a medição de duas grandezas físicas a serem medidas, conforme solicitado pelo professor. A equipe, então, optou por um sistema que medisse temperatura e volume. Tal sistema consiste em um reservatório com água em que a temperatura e o nível poderão ser ajustados através de software, com o auxílio de uma placa de aquisição, que permitirá fazer a leitura e os ajustes necessários
2 Definição e História da Temperatura A temperatura é uma grandeza física escalar que está associada ao grau de agitação molecular de um sistema. O grau de agitação térmica molecular não pode ser medida diretamente, e sim de forma indireta através de grandezas que variam com a temperatura, com pressão e volume. As primeiras medições de temperatura foram feita de forma imprecisa, pela simples comparação de fenômenos físicos. Para temperaturas menores eram utilizados a fusão de substância como chumbo, enxofre, cera, a ebulição da água e para temperaturas maiores, era através da cor de metais aquecido. O primeiro termômetro de que se tem registro, foi inventado por Galileu por volta de Consistia em um bulbo de vidro acoplado a um tubo do mesmo material com a extremidade aberta. Ao aquecer o tubo, imerso em água aquecida, o ar no seu interior também é aquecido e ao resfriar-se, uma determinada quantidade de água sobe no tubo indicando que houve mudança de temperatura. Já em 1709 temos o termômetro de álcool inventado pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit que em 1714 tamém inventou o termômetro de mercúrio, introduzindo a escala que leva seu nome em Fahrnheit ajustou 32ºF para o ponto de fusão da água e 212ºF para o ponto ebulição. A escala de centígrado, com 0 para o ponto de fusão da água e 100 para a ebulição, foi criada pelo o astrônomo sueco Anders Celsius em 1742, a escala que leva
3 seu nome foi criada somente em 1948 numa conferência internacional para pesos e medidas. Nas primeiras décadas do século 19 houve uma significativa evolução nos conceitos de temperatura, com Lord Kelvin, que postulou a existência do zero absoluto. Temos, também, Sir William Hershel, que descobriu que a temperatura das cores do espectro solar projetado por um prisma variava com o aumento na direção do vermelho e na região que conhecemos como infravermelho. Transdutores de Temperatura Transdutor é um dispositivo que desenvolve um sinal elétrico de saída em resposta a um fenômeno físico específico. Os transdutores normalmente são compostos de dois elementos: o sensor e o elemento de transdução. O elemento sensor é a parte do transdutor que responde a um efeito físico, ou a uma variação neste efeito. Deve ser imune a outros efeitos, evitando distorções de resposta ao efeito que está sendo medido. O elemento de transdução é a parte de um transdutor que transforma resposta do elemento sensor em um sinal elétrico. Neste projeto o transdutor utilizado foi o termopar, onde uma variação de temperatura cria uma diferença de potencial na junção entre dois metais diferentes.
4 Transdutor utilizado no projeto - termopar Histórico Básico de Medição de Distância As primeiras formas de medir distanciam era referenciadas a partir do corpo humano. As sociedades primitivas necessitavam fazer medições rudimentares para inúmeras tarefas, tais como: construção de habitações de tamanho e forma apropriados, moldagem de roupas. Primeiros sistemas conhecidos os habitantes da Civilização do Vale do Indo ( a.c.) desenvolveram um sofisticado processo de padronização usando pesos e medidas, evidenciadas pelas escavações feitas nos locais do vale do Indo. Esta padronização técnica permitiu que instrumentos de medição pudessem ser efetivamente utilizados em medição angular e medição para a construção. A calibração também foi encontrada em aparelhos de medição, juntamente com várias subdivisões no caso de alguns desses aparelhos. Hoje com a modernização da sociedade e tecnologias aplicadas as unidades de medida são geralmente definidas em bases científicas, supervisionadas por agências governamentais ou supragovernamentais, e estabelecidas em tratados internacionais. O metro foi redefinido em 1983 como a distância percorrida pela luz no vácuo em uma fração de 1/ de um segundo.
5 Sensor de distancia. Neste projeto foi utilizado um sensor infravermelho composto por um emissor de luz infravermelha e um receptor, que reage a essa luz. Por sua vez, um sensor de infravermelho passivo não emite luz infravermelha, mas apenas capta esse tipo de luz no ambiente.. Sensor de infravermelho utilizado no projeto
6 Descritivo do Projeto O presente projeto é composto das seguintes partes: Um reservatório contendo água em temperatura ambiente e uma mini bomba d água em seu interior para retirada de água quando necessário. Este reservatório serve como auxiliar, pois serve simplesmente para receber ou enviar água para o reservatório principal quando deseja-se alterar o volume da água. Um reservatório denominado como principal é onde ocorrerá os ajustes desejados de temperatura e volume. No seu interior temos uma mini bomba, para a retirada da água quando desejar-se diminuir o volume da mesma; um termopar para medir a temperatura;um sensor infravermelho para medir o nível, uma célula Peltier com cooler acoplado para aquecer ou resfriar a água e um motor com caixa de redução e hélice para misturar a água. Um circuito gerador de onda dente de serra acoplado a um amplificador operacional, com a finalidade de gerar um sinal PWM, que por sua vez será utilizado para variar a tensão a ser aplicada na célula peltier. Um circuito para ajustar a temperatura da célula peltier através do sinal PWM e também para fazer o chaveamento da polaridade das tensões a serem aplicadas na mesma quando se deseja utilizá-la para resfriar ou aquecer a água. Um circuito para acionar as bombas d água. Este circuito permite acionar uma ou outra bomba, ou manter as duas desligadas, conforme desejado.. Placa de aquisição DAQ NI6008 da National Instruments.
7 Imagem dos testes dos circuitos e dos sensores Montagem Iniciou-se a execução do projeto com a aquisição dos materiais para a montagem dos reservatórios. A célula para o controle da temperatura foi fixada em contato no fundo (feito em chapa de aço para melhor transferir o calor) e a outra superfície da célula fixada num dissipador com um cooler. As mini bombas, agitador sensores de nível e temperatura foram instalados na sequencia. Concluída a primeira parte, partiu-se para a parte de elaboração dos circuitos eletrônicos, a escolha dos transdutores e por último a programação realizada em Labview. Nesta etapa a contribuição do professor da disciplina e de outros professores da instituição foi relevante.
8 Imagens da Montagem
11 Conclusão O projeto mostrou-se importante por colocar em prática muitas habilidades desenvolvidas, até o momento, ao longo do curso de Mecatrônica.Saber mensurar grandezas, desenvolvimento de circuitos e conhecimento em programação foram algumas das habilidades necessárias para que o projeto pudesse ser relizado.