UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE Centro de Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica Disciplina: Instrumentação Eletrônica Professor: Luciano Fontes Cavalcante

Capacímetro Digital

Alynne Saraiva de Queiroz – [email protected]

José Renier Rocha de Oliveira – [email protected]

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.

Saída Chave Liga

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 mF μF nF Resistência 1.65

1.65k

1.65M

Monoestável

Monoestável

Para 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.

5V Saída de clock 0.01uF

Gnd Trg Out Rst 555 Vcc Dis Thr Ctl R1 40k R2 40k C2 1uF

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 R A =1.65kΩ e R B =620Ω.

Temporizador

Temporizador

Simulação 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 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 QB 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 QC 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 QD 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 Valor 0 1 2 3 4 5 6 7 8 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, 8 a 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/MultiSIM% 207%20Modulo%203.pdf