Circuito de Monitoramento de pH com Microcontrolador - Análise e Projeto

O sinal com a informação do nível de pH é disponibilizado para a entrada de um Microcontrolador este inicia o processo de automação que por sua vez sinaliza ao sistema de supervisão as alterações para que se inicie o processo para a correção necessária do nível de pH Considere que A Saída do circuito varia de 0 a 5 Volts linearmente sabendo que 5V corresponde a 0 pH e 0V corresponde a 14 pH V 12 Volts V 12 Volts Calibração é realizada por Software do Microcontrolador Tipo de Elemento Sensor Eletrodo combinado de pH No eletrodo o pH 7 neutro representa o centro da escala com valor de 0V sabendo que a escala varia conforme o fonte simétrica em 7 a 0 pH e em 7 a 14 pH Funciona como uma pilha e fornece uma tensão em função do pH se for neutro pH 7 não produz tensão se for ácido produz tensões negativas mV se alcalino base produz tensões positivas A cada 1pH a Tensão Elétrica no eletrodo varia em módulo 5816 mV a 20C cinquenta e oito milivolts e dezesseis décimos a Com suas palavras explique o funcionamento do circuito b Qual a função da associados dos resistores R23 e R24 com o Resistor Variável RV3 c Qual o valor de tensão elétrica deverá ser medido no pino J9 Justifique corretamente d Qual a função dos Diodos Zener D4 e D5 e Qual a principal característica para a escolha do TL082 neste circuito f Considerando a aplicação e os níveis de tensão com variações da ordem de mili Volts qual recomendação você daria como projetista para a especificação de componentes passivos como os resistores utilizados no Circuito Importante Sempre desenvolva textos com sua própria argumentação Nunca copie e cole informações da Internet de outro colega ou qualquer outra fonte como sendo sua produção já que essas situações caracterizam plágio e invalidam sua atividade 2 AVC AVALIAÇÃO CONTÍNUA FOLHA DE RESPOSTA Disci INFORMAÇÕES IMPORTANTES LEIA ANTES DE INICIAR A Avaliação Contínua AVC é uma atividade que compreende a elaboração de uma produção dissertativa Esta avaliação vale até 100 pontos Atenção 1 Serão consideradas para avaliação somente as atividades com status enviado As atividades com status na forma de rascunho não serão corrigidas Lembrese de clicar no botão enviar Atenção2 A atividade deve ser postada somente neste modelo de Folha de Respostas preferencialmente na versão Pdf Importante Sempre desenvolva textos com a sua própria argumentação Nunca copie e cole informações da internet de outro colega ou qualquer outra fonte como sendo sua produção já que essas situações caracterizam plágio e invalidam sua atividade Se for pedido na atividade coloque as referências bibliográficas para não perder ponto CRITÉRIOS PARA AVALIAÇÃO DAS ATIVIDADES DISSERTATIVAS Conteúdo as respostas não possuem erros conceituais e reúnem todos os elementos pedidos Linguagem e clareza o texto deve estar correto quanto à ortografia ao vocabulário e às terminologias e as ideias devem ser apresentadas de forma clara sem incoerências Raciocínio o trabalho deve seguir uma linha de raciocínio que se relacione com o material didático Coerência o trabalho deve responder às questões propostas pela atividade Embasamento a argumentação deve ser sustentada por ideias presentes no conteúdo da disciplina A AVC que atender a todos os critérios sem nenhum erro conceitual de ortografia ou concordância bem como reunir todos os elementos necessários para uma resposta completa receberá nota 10 Cada erro será descontado de acordo com sua relevância CRITÉRIOS PARA AVALIAÇÃO DAS ATIVIDADES CÁLCULO Caminho de Resolução O trabalho deve seguir uma linha de raciocínio e coerência do início ao fim O aluno deve colocar todo o desenvolvimento da atividade até chegar ao resultado final Resultado Final A resolução do exercício deve levar ao resultado final correto A AVC que possui detalhamento do cálculo realizado sem pular nenhuma etapa e apresentar resultado final correto receberá nota 10 A atividade que apresentar apenas resultado final mesmo que correto sem inserir as etapas do cálculo receberá nota zero Os erros serão descontados de acordo com a sua relevância Disciplina Resolução Resposta Enunciado O profissional de Engenharia Elétrica pode atuar em diversos segmentos na indústria e em muitos deles a instrumentação e os sistemas de medição requerem especial atenção Entre os equipamentos usados na indústria podemos citar o pHmetro como um dispositivo simples e rápido usado para a medição de acidez e alcalinidade de um determinado fluído Um dispositivo medidor de pH é uma espécie de voltímetro medindo a DDP Diferença de Potencial Elétrico entre um eletrodo de referência e o eletrodo de pH A evolução tecnológica dos eletrodos chegou ao eletrodo combinado de pH que é um dispositivo aplicado em procedimentos de medição de potencial de hidrogênio que pode ser aplicado em indústrias e até mesmo em laboratórios Funciona por meio de um sensor que calcula a DDP diferença de potencial elétrico gerado pela concentração de íons H O principal diferencial desse tipo de eletrodo para outros é o seu sensor combinado que atua como os sensores de pH e de referência juntos Assim como os modelos com os dois sensores o eletrodo combinado de pH pode ser aplicado em diversos segmentos como os trabalhos industriais de pequeno a grande porte em instituições de ensino e sistemas de tratamento de água entre outros De forma geral o eletrodo combinado de pH é usado para avaliar a qualidade de um determinado meio principalmente aquoso O controle do pH das soluções determina a assertividade de cada processo de fabricação pois seus valores podem influenciar na cor sabor gosto durabilidade entre outros fatores Considerando que uma fábrica de chocolates estava recebendo um elevado número de reclamações devido a qualidade de seus produtos fato que levou todos os departamentos envolvidos com a formulação dos produtos e com os processos de fabricação a iniciarem uma minuciosa investigação para descobrir o que estava ocasionando a diferença no sabor em alguns lotes de produtos Após descobrir que o problema com os produtos estava diretamente ligado a uma alteração no nível de pH de algumas soluções aquosas utilizadas nos processos de fabricação do chocolate o departamento de controle de qualidade solicitou à engenharia que desenvolvesse um equipamento que informasse em tempo real o nível de pH O circuito a seguir demonstra o circuito eletrônico do dispositivo desenvolvido pela Engenharia para leitura do nível de pH das soluções aquosas utilizadas no processo de fabricação do chocolate 2 AVC AVALIAÇÃO CONTÍNUA FOLHA DE RESPOSTA Disci INFORMAÇÕES IMPORTANTES LEIA ANTES DE INICIAR A Avaliação Contínua AVC é uma atividade que compreende a elaboração de uma produção dissertativa Esta avaliação vale até 100 pontos Atenção 1 Serão consideradas para avaliação somente as atividades com status enviado As atividades com status na forma de rascunho não serão corrigidas Lembrese de clicar no botão enviar Atenção2 A atividade deve ser postada somente neste modelo de Folha de Respostas preferencialmente na versão Pdf Importante Sempre desenvolva textos com a sua própria argumentação Nunca copie e cole informações da internet de outro colega ou qualquer outra fonte como sendo sua produção já que essas situações caracterizam plágio e invalidam sua atividade Se for pedido na atividade coloque as referências bibliográficas para não perder ponto CRITÉRIOS PARA AVALIAÇÃO DAS ATIVIDADES DISSERTATIVAS Conteúdo as respostas não possuem erros conceituais e reúnem todos os elementos pedidos Linguagem e clareza o texto deve estar correto quanto à ortografia ao vocabulário e às terminologias e as ideias devem ser apresentadas de forma clara sem incoerências Raciocínio o trabalho deve seguir uma linha de raciocínio que se relacione com o material didático Coerência o trabalho deve responder às questões propostas pela atividade Embasamento a argumentação deve ser sustentada por ideias presentes no conteúdo da disciplina A AVC que atender a todos os critérios sem nenhum erro conceitual de ortografia ou concordância bem como reunir todos os elementos necessários para uma resposta completa receberá nota 10 Cada erro será descontado de acordo com sua relevância CRITÉRIOS PARA AVALIAÇÃO DAS ATIVIDADES CÁLCULO Caminho de Resolução O trabalho deve seguir uma linha de raciocínio e coerência do início ao fim O aluno deve colocar todo o desenvolvimento da atividade até chegar ao resultado final Resultado Final A resolução do exercício deve levar ao resultado final correto A AVC que possui detalhamento do cálculo realizado sem pular nenhuma etapa e apresentar resultado final correto receberá nota 10 A atividade que apresentar apenas resultado final mesmo que correto sem inserir as etapas do cálculo receberá nota zero Os erros serão descontados de acordo com a sua relevância Disciplina 2 Resolução Resposta a Na indústria a determinação do pH de determinadas substâncias é muito importante para o controle de processo de produção de certos produtos e consequentemente para o controle de qualidade As características de um circuito de medição de pH foram dadas sendo que os valores referentes ao sensor e a saída foram organizados em escalas para que seja efetuado a correta análise do sistema Essas escalas podem ser vistas na figura abaixo Na figura acima como base nas escalas percebese que o pH 14 leva a uma sáida de 40712 mV no sensor e deve levar a saída do circuito de condicionamento para 0V de outra forma o pH 0 leva a uma sáida de 40712 mV no sensor e deve levar a saída do circuito de condicionamento para 5V O circuito completo pode ser visto na figura a aseguir O circuito é basicamente formado por dois estágios de amplificação um estágio limitador de tensão ceifador e um divisor resistivo de ajuste O primeiro amplificador operacional está configurado como seguido de tensão buffer Neste tipo de circuito a tensão de saída Va é idêntica a tensão de entrada Vin O buffer é circuito isolado que é utilizado para impedir que um circuito alimentador influencie outro do mesmo tipo O segundo amplificador operacional está configurado como diferencial a tensão de saída 2 é dada por Comparando as escalas vemos que à medida que o pH aumenta a tensão de saída do circuito tem que diminuir isso significa que o aumento da tensão de saída no sensor deve fazer com que a tensão de saída diminua Esse efeito é conseguido colocando a tensão de entrada Va na entrada inversora do amplificador operacional deva forma a tensão Va será multiplicada por um valor negativo conforme podese observar na equação acima O divisor resistivo de ajuste serve para ajustar a tensão no pino J9 que pode ser ajustada variandose o resistor RV3 O limitador de tensão é baseado em um circuito ceifador ou seja um circuito que recorta a tensão a depender de certas características Neste caso as características são os limites operacionais do controlador que vai receber essa tensão de saída e o ceifador é composto pelos diodos zener e resistor de saída O ceifador limita a tensão de saída Vout dentro da faixa de 0 a 5V b A associação de resistores R23 R24 e RV3 tem por finalidade promover um circuito que faça o ajuste do valor de tensão de referência tensão no pino pino J9 Esse ajuste nada mais é do que a adição de um valor de tensão pois o sensor trabalha com tensão negativa e o controlador só aceita tensões entre 0 a 5V c Quando a tensão de entrada Vin for 0 V a tensão de saída Vout deve estar no centro da escala de excursão de saída ou seja Vout25V A tensão no pino J9 que faz com que a saída seja 25V quando a entrada for 0V é Vj9 0403V d Os diodos D4 e D5 trabalham como ceifadores limitando a tensão de saída entre 0 e 5V Os diodos zener precisam ter tensão próxima de 5V Caso a tensão de Vb para o terra for maior que a tensão do diodo D4 conduz e limita o valor de Vb em 5V por outro lado se a tensão da fonte para Vb for maior que a tensão do diodo D5 conduz e limitar o valor da tensão Vb em 0V e O amplificador operacional TL082 foi usado pois ele tem altas impedâncias de entrada isso devido a sua entrada ser feita com transistores JFET 2 f Utilizar resistências de maiores valores seria interessante pois reduziria as perdas por efeito joule e não afetaria o funcionamento do circuito