KTY84

MsoNormal?" style="text-align: center;">UFPR

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MsoNormal?" style="text-align: center;">DEP. ENG. ELÉTRICA

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MsoNormal?" style="text-align: center;">DISCIPLINA INSTRUMENTAÇÃO ELETRÔNICA – TE149

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MsoNormal?" style="text-align: center;">PROF. EDUARDO PARENTE RIBEIRO

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MsoNormal?" style="text-align: center;">TRABALHO SOBRE SENSOR

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MsoNormal?" style="text-align: center;">SENSOR DE TEMPERATURA À BASE DE SILÍCIO PHILIPS - MODELO KTY84

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MsoNormal?" style="text-align: center;">LEANDRO BORSA

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MsoNormal?" style="text-align: justify;">INTRODUÇÃO

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MsoNormal?" style="text-align: justify;">Os sensores de temperatura à base de silício KTY84 são uma alternativa atraente aos termistores com coeficiente de temperatura negativos ou positivos mais convencionais.

MsoNormal?" style="text-align: justify;">Devido à estabilidade inerente ao silício, os sensores da série KTY84 possuem longa vida útil e coeficiente de temperatura positivo, assegurando funcionamento à prova de falhas em caso de superaquecimento.

MsoNormal?" style="text-align: justify;">Comparado aos termistores NTC ou PTC convencionais – que apresentam características não-lineares e de sensibilidade elevada sob baixas temperaturas – estes sensores oferecem uma resposta linear a toda a escala de temperatura.

MsoNormal?" style="text-align: justify;">Os sensores KTY84 são desenvolvidos pela empresa NXP (Next eXPerience) Semiconductors (antiga Philips Semiconductors), especializada no estudo, desenvolvimento e fabricação de dispositivos semicondutores, fundada pela multinacional Philips em 2006.

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MsoNormal?" style="text-align: justify;">ESPECIFICAÇÕES

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MsoNormal?" style="text-align: justify;">Temperatura de Operação

MsoNormal?" style="text-align: justify;">Os sensores de temperatura da família KTY84 são os que apresentam uma das maiores faixas de temperatura de operação do mercado. Estes sensores podem ser operados em temperaturas que variam desde -40 °C até 300 °C.

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MsoNormal?" style="text-align: justify;">Corrente de Operação

MsoNormal?" style="text-align: justify;">A corrente de operação recomendada para o uso dos sensores KTY84 é de 2 mA, podendo-se trabalhar com uma faixa de corrente mais alta, dependendo do valor da temperatura em que se pretende operar o dispositivo. Para se ter uma operação segura, o sensor deve ter uma corrente de operação de no máximo 2 mA para as temperaturas próximas de 300 ºC, sendo que este valor pode chegar a até 10 mA quando se está operando o sensor em temperaturas abaixo de 25 °C. Esta característica é demonstrada na figura 1.

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MsoNormal?" style="text-align: center;"> Figura 1

MsoNormal?" style="text-align: center;">Figura 1. Máxima corrente de operação do sensor para se ter uma operação segura (fonte: 2).

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MsoNormal?" style="text-align: justify;">Já a figura 2 mostra a característica nominal do sensor, com relação à sua resistência, para a corrente de operação recomendada de 2 mA e o efeito na resistência do mesmo durante operações do sensor com uma corrente mais baixa e, especialmente, com uma corrente reversa. É interessante observar que quando o sensor é operado com correntes de valor menor que 1 mA, ou em operação reversa, para temperaturas elevadas, a resistência do sensor decai rapidamente a partir de um determinado ponto específico, dependendo da corrente, tendo, portanto mudanças em suas propriedades e características especificadas para valores recomendados de operação do sensor.

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MsoNormal?" style="text-align: center;"> Figura 2

MsoNormal?" style="text-align: center;"> Figura 2. Resistência do sensor como uma função da temperatura ambiente e da corrente de operação (fonte: 2).

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MsoNormal?" style="text-align: justify;">Características Lineares

MsoNormal?" style="text-align: justify;">Os sensores de temperatura de Silício KTY84 apresentam uma característica linear, quando comparados à característica exponencial dos NTCs. Isto quer dizer que os sensores de temperatura baseados em Silício têm um Coeficiente de Temperatura que é aproximadamente constante em toda a sua faixa de temperatura de operação. Esta propriedade pode ser intensamente explorada quando o sensor é usado para proporcionar, por exemplo, compensação de temperatura para um microprocessador com conversor A/D (Analógico/Digital) integrado.

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MsoNormal?" style="text-align: justify;">Estabilidade a Longo Prazo

MsoNormal?" style="text-align: justify;">As propriedades dos sensores de temperatura da família KTY84 são baseadas nas propriedades do elemento químico Silício e, portanto, o comportamento do sensor é tão estável quanto este elemento. Isto significa que as imprecisões absolutas nas medições de temperatura devido ao tempo de vida do dispositivo são negligenciáveis. Em testes realizados, esta propriedade foi comprovada, quando os sensores operando em sua máxima temperatura de operação, 300 °C, por 10000 horas (equivalente a 1.14 anos) demonstraram valores típicos de imprecisão de 0.2 K, ou seja, erro de medida de 0.03%, com um máximo de 0.8 K, que equivale a um erro máximo de medida de 0.14%. Assumindo que o sensor é geralmente usado na metade da sua máxima temperatura especificada, os sensores baseados em Silício apresentam erros de precisão tão baixos quanto os descritos anteriormente por pelo menos 450000 horas (igual a 51 anos).

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MsoNormal?" style="text-align: justify;">Resistência do Sensor Dependente da Corrente

MsoNormal?" style="text-align: justify;">A resistência dos sensores de temperatura a base de Silício KTY84 é dependente da corrente de operação. Em aplicações com uma corrente de operação diferente da corrente nominal, uma diferença na resistência do sensor dos valores nominais deve ser levado em conta. Para qualquer operação, uma corrente de operação maior ou igual a 0.1 mA é recomendada. Para correntes de operação mais baixas, a dependência da corrente é adicionalmente influenciada pela temperatura. Para qualquer aplicação com corrente de operação acima dos valores nominais, deve ser notado que um erro adicional causado pelos efeitos de auto-aquecimento irá influenciar na exatidão das medidas.

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MsoNormal?" style="text-align: justify;">Erro de Medição da Temperatura

MsoNormal?" style="text-align: justify;">A curva de máximo erro esperado na medição de temperatura por parte dos sensores KTY84 é demonstrada na figura 3. Observando-se as curvas internas, que referem-se a versão mais recente e aperfeiçoada deste modelo, percebe-se que os erros de medida mais relevantes ocorrem quando se está operando o sensor em temperaturas próximas a 300 °C. Esse erro pode chegar a 21 K, para mais ou para menos, significando um erro máximo nas medidas realizadas pelo sensor de aproximadamente 4%. Entretanto, para operações do sensor em temperaturas menores que 100 °C, esta margem de erro não ultrapassa 1%.

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MsoNormal?" style="text-align: center;"> Figura 3

MsoNormal?" style="text-align: center;">Figura 3. Máximo erro esperado na medição de temperatura (fonte: 2).

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MsoNormal?" style="text-align: justify;">Polaridade da Corrente

MsoNormal?" style="text-align: justify;">Os sensores KTY84 são marcados com uma faixa colorida para indicar a polaridade da corrente, conforme mostrado na figura 4. As características especificadas do sensor serão somente obtidas se a polaridade da corrente estiver correta. Em casos onde a polaridade da corrente estiver incorreta, a curva da resistência em função da temperatura de operação diferirá significativamente dos valores especificados na parte superior da curva característica.

MsoNormal?" style="text-align: justify;">Nota: A luz, especialmente luz infravermelha, também apresenta influência nas características do sensor quando a polaridade de corrente do mesmo está incorreta.

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MsoNormal?" style="text-align: center;"> Figura 4

MsoNormal?" style="text-align: center;">Figura 4. Faixa para indicação da polaridade da corrente (fonte: 2).

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MsoNormal?" style="text-align: justify;">Dimensões?

MsoNormal?" style="text-align: justify;">As dimensões do sensor KTY84 são mostradas na figura 5.

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MsoNormal?" style="text-align: center;"> Figura 5

MsoNormal?" style="text-align: center;">Figura 5. Dimensões? do sensor em mm (fonte: 2).

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MsoNormal?" style="text-align: justify;">APLICAÇÕES

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MsoNormal?" style="text-align: justify;">Os sensores da família KTY84 são desenvolvidos para serem utilizados em uma quantidade extensa de aplicações, tais quais:

MsoNormal?">• Proteção contra superaquecimento;
• Proteção para fontes de alimentação;
• Controle de processos de temperatura;
• Controle de exaustão;
• Ar condicionado;
• Compensação de temperatura para microprocessadores;
• Temperatura do óleo do motor e líquido de arrefecimento.

MsoNormal?" style="text-align: justify;">Para as aplicações automotivas em que há contato direto com líquidos (água e óleo, por exemplo), os sensores da família KTY84 são fornecidos com encapsulamento de vidro hermeticamente selado, destacando ainda que esta família de sensores foi projetada especificamente para temperaturas de até 300° C, ideal para medições em sistemas de exaustão, tostadeiras e/ou em aplicações similares.

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MsoNormal?" style="text-align: justify;">CONCLUSÃO

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MsoNormal?" style="text-align: justify;">Os sensores de temperatura Philips KTY84 são um dos modelos de sensores que apresenta uma das maiores faixas de temperatura de operação do mercado: -40 °C a 300 °C. Possuem longa vida útil e coeficiente de temperatura positivo, assegurando funcionamento à prova de falhas em caso de superaquecimento. Sendo fornecidos com encapsulamento de vidro hermeticamente selado, eles são ideais para utilização em aplicações em que há contato direto com líquidos, especialmente aplicações automotivas. Além disso, possuem erros extremamente pequenos com relação a exatidão das medições das temperaturas, e erros negligenciáveis de medições devido ao tempo de operação do dispositivo.

MsoNormal?" style="text-align: justify;">REFERÊNCIAS

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MsoNormal?" style="text-align: justify;">1 RAFAEL GASSI; BRUNO BENEVENTO, Semiconductors nº 114, 2006, http://www.semiconductors4u.philips.com.br/revistas/114/pagina05.htm, acesso em: agosto/2008.

MsoNormal?" style="text-align: justify;">2 NXP Semiconductors, KTY84 Series Silicon Temperature Sensors – Product Data Sheet, 2008, KTY84_SER_6?,pfp=50813%5D%7Cpp=%5Bt=pip,i=KTY84_SER_6?%5D/KTY84_SER_6?.pdf">http://www.nxp.com/#/pip/pip=pip=KTY84_SER_6,pfp=50813?|pp=t=pip,i=KTY84_SER_6?/KTY84_SER_6?.pdf, acesso em: agosto/2008.

MsoNormal?" style="text-align: justify;">3? Philips Semiconductors, General Temperature Sensors – Data Sheet, 1996, KTY84_SER_6?,pfp=50813%5D%7Cpp=%5Bt=pip,i=KTY84_SER_6?%5D/SC17_GENERAL_TEMP_1996_3?.pdf">http://www.nxp.com/#/pip/pip=pip=KTY84_SER_6,pfp=50813?|pp=t=pip,i=KTY84_SER_6?/SC17_GENERAL_TEMP_1996_3?.pdf, acesso em: agosto/2008.

4 NXP Semiconductors, KTY Silicon Temperature Sensors, 2007, KTY84_SER_6?,pfp=50813%5D%7Cpp=%5Bt=pip,i=KTY84_SER_6?%5D/75016148.pdf">http://www.nxp.com/#/pip/pip=pip=KTY84_SER_6,pfp=50813?|pp=t=pip,i=KTY84_SER_6?/75016148.pdf, acesso em: agosto/2008.
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