Termopar v1.2

Versão atual do Nanoshield Termopar

• Leituras de -270°C até +1800°C
• Resolução de 0.25°C
• Versões para termopares tipo K ou J
• Utilize até 15 módulos simultaneamente

Com o Nanoshield Termopar você consegue medir temperaturas utilizando um sensor de termopar de forma prática e simples. Ele é implementado com o CI MAX31855 fabricado pela Maxim Semiconductor, que contém todos os circuitos necessários para realizar a medição, como sensor interno de temperatura (junção fria), amplificador e conversor analógico-digital. Dessa forma, a leitura já é dada diretamente em graus Celsius e lida pelo microcontolador atrávés de uma interface SPI.

O Nanoshield termopar ainda conta com as seguintes características:

• Detecção de falhas de circuito aberto e curto-circuito no termopar
• Medição da temperatura interna do chip
• Entradas tolerantes a 5V
• Filtro na entrada do termopar para melhor estabilidade

!Conexão do 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, após isso meça a temperatura e aproxime a ponta de medição de uma fonte de calor qualquer, se a temperatura medida subir é sinal de que a conexão está correta, caso a temperatura medida diminua, inverta a polaridade. A figura abaixo ilustra como deve ser feita a conexão:

Outro fator importante é escolher a versão do módulo mais adequada para o tipo de termopar que você deseja utilizar. O Nanoshield Termopar é vendido em duas versões, uma para termopar tipo K e outra para termopar tipo J (outras versões como tipo N, T, S, R e E disponíveis sob consulta). O módulo possui uma área de marcação indicando qual tipo de termopar deve ser utilizado, conforme mostra a figura acima com um exemplo de marcação indicando o termopar tipo K (note a marca preta redonda sobre o quadrado branco diretamente ao lado da inscrição K).

!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, Duemilanove entre outras (entre em contato caso tenha dúvidas sobre compatibilidade com outras versões). A figura abaixo mostra como fica a montagem do conjunto.

!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 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.

!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.

Utilize a figura abaixo como referência para configurar o chip select utilizando o jumper manual.

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.

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.

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

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 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.

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, além de processos industriais como siderurgia, entre outros.

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 ±2°C para temperaturas entre -200°C e 750°C e ±4°C para temperaturas de +700°C até 1350°C.

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_Thermocouple - Biblioteca Arduino de código aberto para acesso ao Nanoshield Thermocouple.

Versões anteriores

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