Sensor Térmico  De Velocidade Aerodinâmica

Detector  Do Fluxo de Ar

Entre os métodos disponíveis para a medida do fluxo de ar, os medidores que se utilizam de diferenciação de de fluxo térmicos são os mais apreciados por serem de construção mais simples, custo mais baixo e oferecer ótima sensibilidade a pequenas corrente de ar.  (melhor que 1000 fpm ). Todos os anemômetros térmicos empregam o relacionamento entre a velocidade aerodinâmica (A_F) e a impedância térmica (Z_T) de um sensor aquecido.

Um exemplo prático de tal relacionamento é o que apresentamos  do transistor  2N4401 que tem  encapsulamento do tipo TO92 com sua impedância térmica definida como:

Z_T = Z_J + 1/(S_C + K_T √A_F )

onde: Z_J = "impedância térmica da junção com o  encapsulamento" = 44°C/W

S_C = Transferência térmica do encapsulamento ao ar ambiente  =  6.4 mW/°C

K_T =  Constante de difusão térmica (King's Law) = 75 µW/°C-√fpm

A_F =  Velocidade aerodinâmica em ft/min

AF = velocidade aerodinâmica em ft/min

Neste modelo, a saída do sensor é naturalmente não-linear em relação a  velocidade aerodinâmica, um problema comum a todos os sensores térmicos de velocidade aerodinâmica.

Para compensar, os projetos de anemômetro térmicos  devem incluir alguma forma  para deixar a medida linear.

O circuito proposto na  figura acima combina 2 projetos publicados por Electronic Design, May 25, 1998, p. 116  e Electronic Design, Jan. 22, 2001, p. 118, o primeiro é Sensor Térmico  De Velocidade Aerodinâmica , e o segundo é um Detector  Do Fluxo de Ar .

Montado da forma apresentada obtemos de  uma maneira  simples a linearização  (entre±5%),  para um anemômetro térmico ambiental com temperatura compensada.

Para a alimentação do circuito precisamos de uma fonte assimétrica estabilizada e regulada de 5 volts capaz de entregar ao circuito uma potencia de pelo menos 1 watt.

Na operação, A1 mantém uma  constante  no diferencial da temperatura  entre Q1 e Q2 (sobre 25°>C), independentes das mudanças na impedância térmica e da temperatura ambiente. A1 consegue isto mantendo uma relação constante entre as tensões de V_BE dos dois  transistores. Podendo assim  fazer o controle  das correntes de coletor dos dispositivos series conectados e dessa forma controlar linearidade da dissipação de potencia.

Mas e sobre a  linearidade da medida?

Como ilustrado na figura abaixo, o relacionamento quadrático inerente que existe entre o IQ e a dissipação de potencia  dos transistores  Q1 e Q2   teremos a equação perfeita para cancelar a  não linearidade.

Sendo tudo corrigido  com exceção do erro das linearidades de ±5% FSR sobre a escala inteira das velocidades aéreo dinâmicas da escala.

Também, a calibração do anemômetro é rápida e direta. O par de transistor que forma o sensor  é colocado simplesmente no ar lentamente móvel (quase, mas não completamente parado;  A_F = 5 to 7 fpm é o ideal). Então R6 é ajustado  para V_O = 0.

O "tranemometer"  ilustrado tem como constantes do circuito para sua escala de  saída : V_O = 0.01 V/fpm = 1 V/kt

Contudo virtualmente toda a escala de taxas de fluxo do ar pode ser medida com escolhas apropriadas para os valores de  R1, R2, e R3.

Circuito Montado

Placa de circuito impresso  vista por Baixo.

Placa de circuito impresso visto pelo lado dos componentes

Vale lembrar que para a indicação da medida podemos utilizar um multímetro digital na escala de volts de 0 a 2,5volts, sendo que 1 volt representa 100fpm, este é o ponto de partida para a confecção de outras escalas.