Este artigo é de 2006, baseado em documentação da Freescale da época. A ideia básica pode perfeitamente servir de base para um projeto equivalente com componentes mais modernos.
A Freescale, em seu Applicatlon Note AN1516, apresenta um projeto prático que utiliza um sensor da série MPXM que atua sobre uma bomba e controla um motor alimentado pela rede doméstica de 110/220 V, 50/60 Hz. Confira neste artigo como Implementar esta solução.
O circuito apresentado se baseia em um sensor piezo-resistivo da série MPXM2000, que aciona diretamente um motor de bomba alimentado pela rede de energia. Os sensores dessa série possuem diversas faixas de pressão, e devem ser escolhidos conforme a aplicação. A tabela abaixo mostra as características desses sensores.
Acompanhe na figura 1 o circuito equivalente interno do transdutor Freescale usado na aplicação.
ISOLAMENTO
Em uma aplicação desse tipo é muito importante que o controle do motor utilizado seja isolado do circuito sensor. Para essa finalidade, a Freescale sugere o uso de um isolador óptico de potência do tipo MOC2A60, que já possui um TRIAC interno, como mostra a figura 2.
O circuito tem um optodisparador do tipo cruzamento por zero. Esse circuito alimenta uma carga de 2 A, que representa a capacidade de controlar diretamente motores para aplicações de pequena potência alimentados pela rede de 220 V.
Para que o circuito possa operar com o sensor piezo-resistivo em um ambiente ruidoso e com baixo nível de sinal, um circuito de condicionamento de sinal e amplificação deve ser inserido. Ele deve possuir amplificadores operacionais, conforme veremos mais adiante.
Medindo o Nível de Líquidos
Aqui foi elaborado um sensor de níveis de líquido baseado em pressão, que seja capaz de manter o nível de um reservatório constante, com uma precisão de +/- 5 mm de H2O. Note que utilizamos a água como referência, pois esse valor depende da densidade do líquido no reservatório. Veja na figura 3 o envolvimento da pressão no monitoramento do nível do reservatório.
Um cano deve ser inserido verticalmente, com uma das pontas imersa no líquido e a outra aberta. O nível nesse cano deverá ter, portanto, o mesmo nível do líquido no reservatório.
No entanto, se a parte superior do cabo for fechada e algum volume de gás for aprisionado, a pressão no cano irá variar na medida da mudança do nível de líquido no tanque. Um exemplo: se o nível do líquido no tanque subir em 10 mm, a pressão no cano aumentará no mesmo valor, correspondendo a uma coluna de 10 mm de água.
O sensor de monitoramento deve ter, então, um lado conectado ao cano (lado da pressão) e o outro mantido aberto para fazer uso da pressão ambiente (atmosférica) como referência. A diferença de pressão entre os dois lados será medida pelo sensor e enviada ao circuito de controle.
MODOS DE CONTROLE
Desse modo, podemos operar bombeando a água para fora do reservatório quando o nível subir ultrapassando o desejado, mas também se pode bombear o líquido para dentro do reservatório, quando o nível diminuir do valor desejado.
Para bombear a água para fora, a bomba deverá estar desligada quando o nível do líquido estiver abaixo do desejado. Para que ela seja acionada, o sinal do sensor deve diminuir a ponto de disparar o Schmitt Trigger do circuito. Para essa aplicação, o cano sensor deve estar conectado à porta negativa de pressão do sensor (oposto ao lado de vácuo).
Conforme o nível de líquido aumenta, a tensão no sensor diminuirá, ativando a bomba quando passar pelo ponto de referência. Quando a pressão voltar ao normal, a bomba será desligada.
No caso de bombear líquido para o tanque, ela deverá estar desligada quando o nível do líquido estiver acima do nível de referência. Quando o nível cair ela deverá ser ligada novamente. Isso significa que o nível de sinal aplicado ao circuito deverá cair para disparar o circuito, quando chegar a uma tensão menor que a de referência.
O sensor deve, portanto, ser conectado a porta positiva de pressão (lado de cima). Nessa configuração, quando a pressão no sensor diminuir, acontecerá o mesmo com a tensão no sensor, ligando a bomba quando o nível de referência do comparador for atingido.
COMO ESCOLHER O SENSOR?
No exemplo dado, utilizamos o sensor em um nível de líquido de 10 mm. Com isso, chegamos a uma pressão equivalente em quilopascals (kPa) de 0,09806. Assim, um sensor de 0 a 10 kPa como o MPXMZ010GS pode ser usado. A saída do sensor com uma pressão de 0,09806 kPa aplicada será de
2 mV/kPa x 0,09806 = 0, 196 mV.
A aplicação deste circuito está projetada para oferecer um ganho igual a 1000. Dessa forma, com o sinal dado no exemplo, teremos uma saída de 1000 )( 0,196 mV : 0,196 V, para uma pressão que corresponda a uma coluna de 10 mm de água.
O CIRCUITO
O amplificador operacional quádruplo usado é o MC33179 e o regulador de tensão é o MC7808 de 8 V.
Observe na figura 4 que este regulador é necessário, pois a saída dos transdutores de pressão é dependente da tensão de polarização.
Repare também que o uso de um acoplador óptico de potência possibilita o controle direto do motor alimentado pela rede de energia. Na falta do acoplador indicado pode-se empregar um MOC3010 ou MOC3020, excitando um TRIAC externo. Neste caso, o uso de um TRIAC externo de maior corrente permite o controle de motores mais potentes.
Na figura 5 é apresentado o diagrama funcional do circuito, que mostra o tipo de sinal de controle aplicado à bomba, juntamente às variações da pressão no sensor.
Observe a necessidade de uma histerese para evitar que o circuito não fique ligando e desligando de modo intermitente, quando o nível do líquido se aproximar do ponto de disparo.
AJUSTES
O cano sensor deve ser colocado no líquido monitorado a uma distância que fique um pouco abaixo do nível mínimo. A outra extremidade deve ficar aberta para fora. Quando o tanque estiver cheio, o sensor de pressão deverá ser conectado ao cano com a configuração desejada do modo de operação (esvaziar ou encher no nível de disparo).
Depois de conectar o cano ao sensor de pressão, o módulo deve ser ajustado para controlar o nível de líquido. A tensão de saída em TP deve ser pré-ajustada para aproximadamente 4 V (metade da tensão de alimentação).
Quando o sensor é conectado ao cano, a saída do módulo será ON ou OFF. Ajustando-se o potenciômetro de ajuste de offset, a saída deve mudar de estado. OFF se estiver ON. e vice-versa. A mudança de nível de líquido no tanque pode ser simulada então. para se verificar o funcionamento simplesmente movimentando-se tubo sensor para cima e para baixo.
O ponto de referência de TP2 mostra a tensão de referência ON/OFF e o ponto de disparo do módulo alcançado quando a tensão em TP1 cruza o valor da tensão em TP1. O módulo está projetado para trabalhar com uma histerese ON/OFF. chegando a cerca de 10 mm.
