Desenvolvimento de um Sistema de Calibração para Termistores utilizando técnicas de instrumentação e Controle

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um calibrador automatizado de tem- peratura para termistores de coeficiente de Temperatura Negativo (NTC) utilizados no Sistema Termodinâmico de Monitoramento de Fontes (STMF), desenvolvido pelo Núcleo Ressacada de Pesquisa em Meio Ambiente (REMA/UFSC). A motivação do projeto surgiu da necessidade de aprimorar o procedimento manual de calibração dos sensores de temperatura das estações de monitoramento, que dependia de banho térmico, aferições manuais, inserção de dados pelo operador e elevado tempo de execução, tornando-se uma das etapas mais longas e ociosas do processo produtivo. A solução proposta consistiu no desenvolvimento de um protótipo capaz de contro- lar automaticamente a temperatura de um volume de controle, permitindo a geração da tabela de conversão tensão–temperatura e a calibração individual dos offsets dos termistores. O sistema desenvolvido integra uma placa de circuito impresso própria, microcontro- lador ESP32, sensor de referência calibrado, medição da temperatura externa, co- municação UART com a placa do STMF, atuador termoelétrico por pastilha Peltier e acionamento por ponte H. A metodologia envolveu o projeto e teste dos circuitos ele- trônicos, identificação da dinâmica térmica por resposta ao degrau, modelagem por sistema de primeira ordem, projeto de controladores PI/PID, simulações em MATLAB/- Simulink e validação experimental em bancada. Após testes iniciais, adotou-se um controle PI com ganho agendado em função da diferença da temperatura objetivo e ambiente, permitindo adaptar os ganhos às condições de aquecimento e resfriamento. Os resultados demonstraram a operação do sistema na faixa de 15 ◦C a 30 ◦C, com estabilização automática dos patamares de referência, comunicação entre os sistemas embarcados e registro dos dados necessários à calibração, finalizando com o desen- volvimento do procedimento de calibração e IHM via Monitor Serial. O procedimento automatizado reduziu a dependência de intervenção humana, aumentou a padroni- zação da rotina e reduziu o tempo total do processo em relação ao método manual. Assim, o projeto contribui para a melhoria do processo de calibração dos sensores utilizados no STMF, com impactos positivos para o REMA em seu processo produtivo das estações de monitoramento aplicados à análise ambiental de áreas contaminadas.