PT83395B - Circuito de interface de um sensor, particularmente um sensor de pressao de pelicula espessa e instrumento electrodinamico e sensor que incorpora um tal circuito, particularmente para utilizacao em veiculos motorizados - Google Patents
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Description
A presente invenção refere-se a sensores eléctricos, em particular a sensores de pressão para utilização em veículos mo torizados, para seguir e controlar as pressões de fluidos e dar indicação das mesmas, por exemplo a pressão do óleo de lubrificação.
Na maioria dos veículos motorizados terrestres, os indj. cadores de pressão de uso mais difundido são os do tipo representado esquematicamente na fig. 1 dos desenhos anexos. Nesta figura, está indicado em (1) um sensor de pressão do tipo poten ciométrico, alimentado pela bateria (B) do veículo motorizado e ligado a um instrumento electrodinâmico (2) do tipo de bobinas cruzadas, que pode ser ligado à bateria (B) por meio da chave de ignição (não representada). 0 sensor de pressão (1) compreende em geral um diafragma metálico, não representado, que, por deformação devida à acção da pressão detectada, transmite, atra vés de um mecanismo, um movimento ao cursor (3a) de um potenció metro (3), cujo elemento resistivo está representado em (?b). A corrente (I) que passa nas bobinas do instrumento indicador (2), e portanto a posição do ponteiro deste último, variam em função da posição tomada pelo cursor (3a) do potenciómetro (3).
Os sensores de pressão do tipo potenciométrico com comando mecânico, como se descreveu antes, incluem partes móveis, tais como alavancas ou outros mecanismos que estão sujeitos a tensões mecânicas elevadas em consequência das forças a que os próprios veículos estão sujeitos, e são susceptíveis de rotura.
Desenvolveram-se nos últimos tempos e introduziram-se no mercado, sensores de pressão que usam resistências de camada espessa como elementos transdutores, sendo a película de ca mada espessa aplicada a um substrato isolante que pode deformar-se sob a acção da pressão a medir e é em geral constituído por um material cerâmico. Descreve-se um sensor de pressão deste tipo por exemplo na patente de invenção norte-americana N° 4 311 980.
Tendo em vista a ausência de partes móveis, os sensores de pressão de película espessa são muito mais resistentes do que os de tipo potenciométrico comandados mecanicamente e são praticamente indestrutíveis.
Nos sensores de pressão de película esnessa, uma ou mais resistências de película espessa são geralmente introduzidas num circuito em ponte. Mediante uma configuração e uma disposição apropriadas destas resistências de película espessa no substrato é possível retirar um sinal de tensão deste circuito em ponte que ó uma função linear da pressão.
Os sensores de pressão do tipo de película espessa atras descritos nao podem, devido as suas características eléctricas, ser ligados directamente a um instrumento electro dinâmico do tipo indicado anteriormente. A possibilidade de utilizar um instrumento electrodinâmico como indicador e no
entanto muito atraente, quer porque este tipo de indicador está em uso generalizado nos veículos automóveis, quer porque tais indicadores são construídos para possuir características eléctricas que são praticamente idênticas em quase todos os fabricantes mais importantes e são portanto produtos fiáveis para os quais estão aotualmente estabelecidas com êxito as res pectivas linhas de produção.
objecto da presente invenção consiste em proporcionar uma solução que permita a utilização dos instrumentos elec trodinâmicos do tipo convencional e geralmente usados em ligação com os sensores de pressão potenciométricos com comandos mecânicos, em ligação com sensores eléctricos diferentes dos referidos sensores de pressão potenciométricos com comandos me cânicos e, em particular, com sensores de pressão do tipo de película espessa.
A presente invenção baseia-se na observação do facto de que os transdutores potenciométricos com comando mecânico têm curvas de resposta do tipo representado no gráfico da fig. 2, no qual se representa em ordenadas a resistência vista na saída do sensor quando varia a pressão p representada em abcissas; de modo que o instrumento indicador (2) pode ser usado em ligação com o sensor eléctrico de película espessa, sendo necessário que este tenha uma curva de resposta do tipo representado qualitativamente na fig. 2.
Com base nesta observação, para atingir este objectivo, a presente invenção proporciona um dispositivo sensor eléctrico, particularmente um dispositivo sensor de pressão, que compreende pelo menos um transdutor de pressão, em particular um
-4transdutor de película espessa, ligado a um circuito de detecção disposto por forma a dar na saída um sinal eléctrico que é variável de uma maneira substancialmente linear em função da pressão, caracterizado por incluir ainda um circuito de interface ligado ao circuito de detecção e disposto de modo que, em resposta ao sinal, apresente uma resistência de saída que dimi nui de acordo com uma curva de resposta pré-determinada, quando aumenta a pressão detectada.
De acordo com uma outra característioa da presente invenção, o circuito de interface inclui:
uma saída, um circuito de comutação ligado à saída e susceptível de ser comutado entre uma primeira e uma segunda condições nas quais apresenta uma resistência mínima e uma resistência máxima, respectivamente, de valor pré-determinado na saída, e
um circuito conversor ligado ao circuito de seguimento ou detecção e disposto por forma a fornecer ao circuito de comuta ção um sinal de comando de onda quadrada, com ciclo activo variável entre um máximo e um mínimo em função do sinal de tensão na saída do circuito detector.
sensor segundo a presente invenção não é assim, do ponto de vista eléctrico, distinguível do sensor de pressão po tenciométrico de controlo mecânico e pode, portanto, ser acopla do directamente a um instrumento indicador do tipo electrodinâ mico convencional,
A presente invenção refere-se também a modos particulares de realização do referido circuito de interface, como é evi dente nas reivindicações anexas.
Outras características e vantagens da presente invenção tornar-se-ao evidentes a partir da descrição de pormenor que se segue, feita com referência aos desenhos anexos, dados a título de exemplo não limitativo e cujas figuras representam: A fig. 1, já descrita, o esquema eléctrico de um indicador de pressão de tipo convencional, incluindo um instrumento electrodinâmico de bobinas cruzadas;
A fig. 2, também descrita mais atrás, qualitativamente a curva de resposta de um sensor de pressão potenciométrico de comando mecânico;
A fig, 3, o esquema eléctrico de uma forma de realização de um sensor de pressão segundo a presente invenção;
A fig. 4, duas curvas, numa representação ortogonal, que mostram a variação de dois sinais de tensão do dispositivo re presentado na fig, 3 em função da pressão p representada em abcissas ; e
A fig. 5, uma série de dois gráficos que mostram as curvas de outros dois sinais gerados no dispositvo da fig. 3, quan do em funcionamento.
Na fig. 3, um circuito em ponte está globalmente designado por (10) e é constituído por quatro resistências de pelí cuia espessa (11) a (14). Estas resistências são aplicadas, de uma maneira conhecida, a um substrato que é deformável sob a acção de uma pressão a medir. A ponte (10) está ligada entre uma tensão contínua de alimentação (Vg) e a terra. As junções (a) e (b) da outra diagonal da ponte estão ligadas a um circui to de processamento e amplificação, globalmente indicado por (15). Este circuito está ligado, por sua vez, através de uma
resistência (r), a um circuito oscilador astável (16), cuja saí da está ligada à entrada de um circuito de comutação designado globalmente por (17).
A tensão entre os pontos (a) e (b) da ponte (10) está indicada por (V): esta tensão, nos sensores de película espessa do tipo conhecido, é uma função linear da pressão p deteç tada, como se representa qualitativamente pelo gráfico superior da fig, 4. A tensão V é igual à diferença entre as tensões e V, ^as junções (a) e (b) em relação à terra. As tensões e Vp s^° aplicadas às entradas nao inversoras de dois amplificadores com retroacção integrados (18) e (19). A saída do amplificador (18) é ligada à entrada inversora do amplificador (19).
Como os entendidos na matéria comureenderão imediata-
mente, mediante uma escolha conveniente das resistências (20) a (28) ligadas aos amplificadores (18) e (19), é possível obter um sinal de tensão na saída do amplificador (19) que, em função da pressão detectada pelo circuito em ponte (10), varia da maneira representada qualitativamente no gráfico infe rior da fig. 4; a tensão diminui linearmente em função da pressão p detectada.
circuito astável (16) inclui de uma maneira conhecida um circuito integrador (29) e um comparador de limiares nao inversor (30) com histerese, ligados entre si num anel fechado. As duas resistências (31) e (32) que formam um divisor entre a bateria e a terra definem a tensão de limiar do comparador (30), Este inclui um amplificador integrado (33) com uma resistência de retroacção (34) entre a saída e a entrada não in
versora. 0 integrador (29) inclui um amplificador (35), um con densador (56) entre a saída e a entrada inversora deste amplifi cador e uma resistência (37). Esta está ligada entre a saída
do comparador (30) e a entrada inversora da entrada integradora (59), à qual a saída do amplificador integrado (19) do circuito de processamento e amplificação (15) está também ligada através da resistência (R).
Em funcionamento, o integrador (29) fornece na saída, de uma maneira conhecida, um sinal de onda triangular (V^) que varia de uma maneira representada qualitativamente no gráfico
superior da fig. 5, em função do tempo t representado em abfiiieas . 0 comparador (5θ) compara este sinal com um limiar e, portanto, este comparador fornece na saída um sinal de onda quadrada (V^) que varia como se representa qualitativamente no gráfico inferior da fig. 5. 0 sinal é fornecido à base de um transistor (40) do tipo NPN através de uma resistência (41). Uma resistência (42) está ligada entre a base e o emissor do transistor (40).
Uma resistência (50) está ligada entre 0 colector do transistor (40) e a terra.
A saída do conjunto do dispositivo representado na fig.
é constituída pelo colector do transistor (4θ).
Bm funcionamento, os intervalos de tempo da subida e da descida do sinal (V^) de onda triangular, ligados com os tempos de carga e descarga do condensador (56), variam em função da amplitude do sinal (V^), e o ciclo activo do sinal (V^) de onda quadrada varia de maneira correspondente. Mais particularmente, em funcionamento, a corrente de carga e de descar-
ga do condensador (36), que dependem igualmente do valor de (R), é modulada pela tensão (V^). Quando (V^) for igual à ten são retirada do divisor de tensão (31,52), não passa qualquer corrente através de (R) e o circuito (15) está num estado como se estivesse desligado do circuito astável (16), que deste modo oscila livremente nesta situação (com uma forma de onda simétrica). Quando (V^) for diferente da referida tensão, a co£ rente I conduzida para a entrada inversora de (18) é modificada de maneira correspondente; a esta corrente adiciona-se ou subtrai-se (de acordo com o valor de V^) a corrente que passa em (R) e há consequentemente uma variação do ciclo activo do sinal (V^). Nos intervalos de tempo em que está a um nível elevado, 0 sinal (V^) mantém 0 transístor (4θ) saturado e a saída (0) do circuito de comutação (17) está praticamente ao potencial de terra e a resistência de saída deste circuito toma um valor mínimo. Nos intervalos de tempo em que o sinal (V^) está a um nível baixo, 0 transístor (4θ) torna-se inacti vo e a resistência de saída do circuito (17) é praticamente igual à resistência (50). Esta resistência tem de ser escolhida de maneira conveniente, para que seja substancialmente igual ao valor apresentado pela curva de resposta (R) da fig. 2, em correspondência com o valor p = 0.
É assim claro que, quando a pressão p varia, a varia ção do sinal (V^) provoca uma variação correspondente do ciclo activo do sinal (V^) e, portanto, da resistência média na saída do circuito de comutação (17). Relativamente ao período do sinal (V5), é obviamente necessário que ele seja muito menor do que a constante de integração do instrumento indicador que
estará ligado à saída do circuito de comutação (17); na prática, com os instrumentos indicadores conhecidos, basta que o si nal (V5) tenha uma frequência igual a várias centenas de Hz.
circuito de amplificação (15) e o multivibrador astável (16) atrás descritos funcionam de uma maneira substancial mente linear e permitem uma resistência média em função da pres, são que se aproxima da curva de resposta representada na fig. 2, obtida na saída do circuito de comutação (17). Esta solução pode optativamente ser aperfeiçoada pela introdução, de uma maneira conhecida, de elementos não lineares nas redes de retroacção dos amplificadores integrados dos circuitos (15) e (16).
Naturalmente que, mantendo o princípio da presente in venção, podem modificar-se as formas de realização e os pormenores relativamente aos descritos e ilustrados a título de exemplo não limitativo, sem que por isso se verifique um afastamento dos objectivos da presente invenção.
Claims (8)
- Reivindicações1.- Dispositivo sensor eléctrico, em particular um dispositivo sensor de pressão, que compreende pelo menos um transdutor de pressão (11 a 14), em particular um transdutor de película espessa, ligado a um circuito monitor (10), disposto por forma a fornecer na sua saída um sinal eléctrico (V) que é variável em função da pressão (p) caracterizado por incluir além disso um circuito de interface (15 a 17) ligado ao circuito monitor (10) e disposto por forma a, em resposta ao sinal (V), apresentar uma resistência de saída que aumenta ou diminui de acordo com uma curva de resposta pré-determinada, quando aumenta a pressão (p) detectada por pelo menos um transdutor.
- 2.Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o circuito de interface incluir uma saída (0), um circuito de comutação (17) entre uma primeira e resistência mínima e ligado à saída (0) e susceptível de comutar uma segunda condições nas quais apresenta uma uma resistência máxima de valor pré-determi nado, respectivamente, na saída (0) e um circuito conversor (15,16) ligado ao circuito monitor (10) e disposto por forma a fornecer ao circuito de comutação (17) um sinal de comando (V5) de onda quadrada com um ciclo de trabalho variável entre um máximo e ur mínimo e~ função da saída do sinal de tensão (V) dado pelo circuite r.or_itor (10).
- 3.- Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o circuito de comutação (17) incluir um primeiro e um segundo trajectos de corrente ligados em paralelo à saída (0), tendo o segundo uma resistência menor que a do primeiro, e um dispositivo de comutação controlado (40) ligado no segundo trajecto para permitir e impedir a passagem da corrente no referido segundo trajecto, respectivamente nas referidas primeira e segunda condições.
- 4,- Dispositivo de acordo com. as reivindicações 2 ou 3, ca- racterizado por o circuito conversor incluir um multivibrador as tável (16).
- 5.- Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, no qual o circuito monitor (10) compreende um circuito em ponte que inclui pelo menos uma resistência de película esp®sa (11 a 14) que actua como transdutor, sendo a tensão (V) entre dois vértices opostos (a,b) do circuito em ponte (10) uma função linear da pressão (p) que actua na referida ou nas referidas resistências (11 a 14), carac terizado por o circuito conversor incluir um circuito processador e amplificador (15) ligado aos vértices (a,b) do circuito em ponte (10) e disposto por forma a fornecer na saída uma tensão de contro lo (V^) que representa uma combinação pré-determinada das tensões (V^,V2) em cada um dos vértices (a,b) do circuito em ponte (10), em relação à terra, estando a saída do circuito processador e amplificador (15) ligada à entrada de comando do ciclo de trabalho de um multivibrador astável (29,30) cuja saída está ligada ã entra da do circuito de comutação (17).
- 6.- Circuito de interface entre um dispositivo sensor de pressão do tipo que compreende pelo menos um transdutor (11 a 14), em particular um transdutor de película espessa, disposto por forma a fornecer na sua saída um sinal de tensão electrica (V) que é varia vel de maneira substancialmente linear em função da pressão detectada e um instrumento electrodinâmico (2) do tipo de bobina em série, caracterizado por incluir uma saída (0), um circuito de comutação (17) ligado ã saída (0) e susceptível de comutar entre uma primeira e uma segunda condições nas quais apresenta na saída (0) uma resistência mínima e uma resistência máxima com um valor pré-determinado, respectivamente, e um circuito conversor (15,16) disposto por forma a alimentar o circuito de comutação (17) com um sinal de comando (V^) de onda quadrada com um ciclo de trabalho variável entre um máximo e um mínimo em função do referido sinal de tensão electrica (V).
- 7.- Circuito de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o circuito de comutação (17) incluir um primeiro e um segundo trajectos de corrente ligados em paralelo com a saída (0), tendo o segundo uma resistência menor que a do primeiro e um dispositivo de comutação controlado (50) ligado no segundo trajecto para permitir e impedir a passagem da corrente no segundo trajecto, res pectivamente nas primeira e segunda condições.
- 8.- Circuito de acordo com as reivindicações 6 ou 7, caracterizado por o circuito conversor incluir um multivibrador astãvel (29,50).-139.- Circuito de acordo com uma das reivindicações 6 a 8, em particular para ser usado em ligação com um dispositivo sensor de pressão que compreende um circuito em ponte (10) que inclui pelo menos uma resistência de película espessa (11 a 14) que actua como um transdutor, sendo a tensão (V) entre dois vértices opostos (a,b) do circuito em ponte (10) uma função linear da pressão (p) que actua na ou nas referidas resistências (11 a 14), caracterizado por incluir um circuito processador e amplificador (15) ligada aos vértices (a,b) do circuito em ponte (10) e disposto por forma a fornecer na sua saída uma tensão de comando (V^) que representa uma combinação pré-determinada das tensões (V^, V2) em cada um dos vértices (a,b) do circuito em ponte (10), em relação à terra, estando a saída do circuito processador e amplificador (15) ligado ã entrada de comando do ciclo de trabalho de um multivibrador astãvéL (16; 29, 30) cuja saída está ligada à entrada do circuito de comutação (17) .
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