Termopar

Módulo para medição de temperatura com termopar tipo universal

  • Suporta termopares dos tipos K, J, N, R, S, T, E e B
  • Suporta leituras de -210°C até +1800°C
  • Resolução melhor do que 0.01°C
  • Utilize até 15 módulos simultaneamente

Com o Nanoshield Termopar você consegue medir temperaturas por meio de um sensor de termopar, de uma forma prática e simples. Ele é implementado com o CI MAX31856, fabricado pela Maxim Semiconductor, que contém todo o circuito necessário para realizar esse tipo de medição: sensor interno de temperatura (junção fria), amplificador e conversor analógico-digital. Dessa forma, a leitura já é dada diretamente em graus Celsius, e é lida pelo microcontolador atrávés de uma interface SPI.

O Nanoshield Termopar suporta sensores dos tipos K, J, N, R, S, T, E e B, e conta com as seguintes características:

  • Detecção de falhas de circuito aberto e tensão ou temperatura fora dos limites suportados
  • Medição da temperatura interna do chip (junção fria)
  • Filtro interno para rejeição de ruído em 50/60Hz
  • Filtro de média configurável para 2, 4, 8 ou 16 amostras
  • Filtro na entrada do termopar para melhor estabilidade

Características do Nanoshield Termopar

!Conexão do sensor termopar

O Nanoshield Termopar possui um borne de parafuso onde devem ser fixadas as pontas do seu sensor de termopar. Fique atendo à indicação de polaridade e . Se você não souber quais são os terminais positivo e negativo do seu termopar, não se preocupe: "chute" uma polaridade e parafuse ambas as pontas assim mesmo. Feito isso, meça a temperatura e aproxime a ponta de medição de uma fonte de calor qualquer, e se a temperatura medida subir é sinal de que a conexão está correta. Caso a temperatura medida diminua, inverta a polaridade e meça novamente. A figura abaixo ilustra como deve ser feita a conexão:

Conexão do sensor termopar

!Conexão com Arduino + Base Board Uno

O jeito mais fácil de utilizar o Nanoshield Termopar juntamente com um Arduino é usando a Base Board Uno ou Base Board L Uno. Basta encaixar as placas e depois carregar o nosso código de exemplo para verificar o funcionamento (veja a seção de código de exemplo no final da página). Esta montagem pode ser utilizada com o Arduino UNO, Mega R3 ou placas similares. A figura abaixo mostra como fica a montagem do conjunto.

Ligação com Arduino utilizando a Base Board Uno (clique na imagem para ampliar)

!Conexão com Base Boarduino

Também é possível conectar o Nanoshield Termopar diretamente à nossa placa compatível com Arduino, a Base Boarduino. A conexão é feita da mesma forma com que é feita na Base Board, conforme ilustra a figura abaixo. Basta encaixar as placas e depois carregar o nosso código de exemplo para verificar o funcionamento (veja a seção de código de exemplo no final da página).

Ligação com a Base Boarduino (clique na imagem para ampliar)

!Ligação direta com Arduino

Também é possível utilizar o módulo com montagem direta, utilizando um protoboard e jumper wires para fazer a conexão. Utilize os seguintes esquemas para conectar o Nanoshield Termopar a um Arduino Uno ou Arduino Mega.

Ligação utilizando Arduino UNO (clique na imagem para ampliar)

Ligação utilizando Arduino MEGA (clique na imagem para ampliar)

!Utilizando vários módulos simultaneamente

O Nanoshield Termopar se comunica com o microcontrolador do Arduino através de um barramento de comunicação denominado SPI. Uma das vantagens deste barramento é a possibilidade de ligação de vários módulos simultâneos utilizando poucos pinos do microcontrolador. O barramento possui uma linha de clock (SCK), duas linhas de dados (SDI e SDO) e um pino de seleção denominado chip select (/CS). Todos os módulos ligados ao barramento compartilham as mesmas linhas de clock e de dados, porém a cada um deles é atribuído um pino de chip select exclusivo. Dessa forma, o microcontrolador pode escolher com qual dos módulos vai se comunicar, enviando um sinal com nível lógico baixo (0V) no pino de chip select correspondente àquele módulo.

O Nanoshield Termopar possui um conjunto de jumpers na parte superior da placa que permite a seleção manual de até 5 pinos diferentes do Arduino para a função de chip select (4, 7, 8, 10 e A3) – o pino padrão que vem selecionado de fábrica é o 8. Além destas 5 opções, o módulo ainda conta com mais 10 pinos selecionáveis via jumper de solda na parte inferior da placa (2, 3, 5, 6, 9, A0, A1, A2, A4 e A5), permitindo a ligação de até 15 módulos simultâneos em um único Arduino.

A figura abaixo ilustra a localização dos jumpers manuais na parte superior, e dos jumpers de solda na parte inferior da placa.

Opções de chip select do Nanoshield Termopar

Para utilizar vários módulos simultaneamente, basta monta-los juntos na Base Board ou Base Board L e utilizar os jumpers para selecionar um chip select diferente em cada módulo. A figura abaixo mostra um conjunto de 4 módulos utilizados simultaneamente. Neste exemplo utilizamos uma Base Board UNO juntamente com um Arduino Mega.

Utilizando vários módulos simultaneamente

Porém, tenha em mente que os pinos utilizados para a comunicação SPI e os pinos utilizados para o chip select dos módulos não podem ser compartilhados ou ter outra função no projeto. Portanto é recomendável fazer uma análise dos pinos utilizados antes de realizar a montagem com vários módulos simultâneos. Consulte a nossa tabela de pinagem, ou entre em contato conosco para maiores informações.

Utilizando a Bridge Board, é possível interligar várias Base Boards e expandir o projeto ainda mais, como ilustra a figura abaixo.

Exemplo de projeto com 13 módulos simultâneos

O projeto acima possui 13 módulos Termopar, um Alevino para processamento e um Nanoshield USB para comunicação com um computador. Este conjunto permite a aquisição e registro de até 13 temperaturas diferentes.

Diagrama de blocos

Diagrama de blocos Nanoshield Termopar

Especificações elétricas

  • Alimentação: é feita pelo pino 5V com intervalo de 4,5V até 5,5V.

  • Consumo: o consumo máximo de corrente é aproximadamente 1,5mA.

  • Níveis lógicos: os pinos de entrada /CS, SDI e SCK funcionam com tensões de 5V ou 3,3V. O pino de saída SDO tem nível lógico de 3,3V e é 100% compatível com os níveis de tensão aceitos pelo Arduino, Raspberry Pi, entre outras.

A tabela abaixo descreve a função de cada um dos sinais utilizados, e a correspondência com os pinos do Arduino UNO e Arduino MEGA R3.

Função Arduino UNO Arduino MEGA Função
/CS 8 (configurável) 8 (configurável) Chip select barramento SPI
SDO 12 50 Linha de dados barramento SPI (MISO)
SDI 12 51 Linha de dados barramento SPI (MOSI)
SCK 13 52 Linha de clock barramento SPI
5V 5V 5V Entrada Alimentação 5V
GND GND GND Tensão de referência (terra)
Tabela de descrição dos pinos

Aplicações e precisão das medidas

Termopares são sensores utilizados principalmente quando se necessita de uma ampla faixa de medidas, e em temperaturas ou ambientes não suportados por outros tipos de sensores, como termistores ou sensores semicondutores. Também é possível obter respostas bastantes rápidas, dependendo do tipo e da geometria do sensor termopar utilizado. Como aplicações típicas, podemos citar medições em:

  • Fornos
  • Turbinas
  • Motores
  • Processos industriais (siderurgia, usinagem, etc.)

Sensores de termopar podem exibir erros de ±1,5°C até ±9°C, dependendo do tipo e da faixa de medidas – consulte o fabricante do termopar para saber quais são os limites de tolerância do seu sensor. A precisão interna do chip é de ±0.15%.

Para uma medição mais confiável e segura, mantenha o termopar sempre isolado de partes metálicas ou condutivas. Também evite segurar a ponta do termopar com as mãos durante as medições, a não ser que seja indispensável.

!Código de exemplo

  • Nanoshield_Termopar - Biblioteca Arduino de código aberto para acesso ao Nanoshield Termopar.

Versões anteriores

  • Versão 1.2 - Documentação da versão 1.2 do Nanoshield Termopar.
  • Versão 1.0 - Documentação da versão 1.0 do Nanoshield Termopar (Nanoshield Thermocouple).

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