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Instrumentacin y Sensores Ing. Jos Bucheli

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DEPARTAMENTO DE ELCTRICA Y ELECTRNICA CARRERA DE ING. EN ELECTRNICA E INSTRUMENTACIN

ASIGNATURA: Instrumentacin y Sensores Unidad I

Proyecto TEMA: Implementar medidor digital de con RTD Implementar medidor digital con Termocupla

Hrs. de la asignatura 4 Hrs

Responsable: Ing. Jos Bucheli

Nombre Estudiante: 1) Pogo Ra 2) Topa Alex 3) Zapata Fernando

Fecha de entrega: 22/01/2015


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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE EXTENSIN LATACUNGA

CARRERA DE ELECTRNICA

INSTRUMENTACIN Y SENSORES

PRCTICA No. 1

1. TEMA: Implementar medidor digital de con RTD

Implementar medidor digital con Termocupla

2. OBJETIVOS:

General:

Realizar un medidor de temperatura utilizando una Termocupla y una RTD.

Especficos:

Reconocer el tipo de Termocupla y observar su sensibilidad con respecto a

la temperatura.

Realizar un puente de Wheatstone para poder realizar el sensor de

temperatura utilizando una RTD

Entender el circuito implementado y su funcionamiento.

3.- EQUIPOS Y MATERIALES A UTILIZAR

Potencimetros lineales, logartmicos

Resistencias

Proto- Board

Fuente de potencia.

Voltmetro, Ampermetro

Cables y puntas de osciloscopio

Arduino

Amplificador de instrumentacin

RTD y Termocupla

Varios


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4. CONOCIMIENTOS PREVIOS NECESARIOS

Amplificador de Instrumentacin

Un amplificador de instrumentacin es un dispositivo creado a partir

de amplificadores operacionales. Est diseado para tener una alta impedancia de

entrada y un alto rechazo al modo comn (CMRR). Se puede construir a base de

componentes discretos o se puede encontrar encapsulado (por ejemplo el

INA114).

La operacin que realiza es la resta de sus dos entradas multiplicada por un

factor.

Su utilizacin es comn en aparatos que trabajan con seales muy dbiles, tales

como equipos mdicos (por ejemplo, el electrocardigrafo), para minimizar el error

de medida

Acondicionamiento de una seal

Difcilmente un diseador conecta un transductor directamente y la parte de

procesamiento o de despliegue de un sistema, ya que la seal que nos enva

nuestro transductor por lo general es muy dbil o contiene ruido y componentes

que no deseamos, por eso realizamos etapas de acondicionamiento de seales.

RTD

Detector de temperatura resistivo, es decir, un sensor de temperatura basado en

la variacin de la resistencia de un conductor con la temperatura. Su smbolo es el

siguiente, en el que se indica una variacin lineal con coeficiente de temperatura

positivo.

Al calentarse un metal habr una mayor agitacin trmica, dispersndose ms los

electrones y reducindose su velocidad media, aumentando la resistencia. A

mayor temperatura, mayor agitacin, y mayor resistencia.

La variacin de la resistencia puede ser expresada de manera polinmica como

sigue a continuacin. Por lo general, la variacin es bastante lineal en mrgenes

amplios de temperatura.

Donde:


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es la resistencia a la temperatura de referencia

es la desviacin de temperatura respecto a

es el coeficiente de temperatura del conductor especificado a 0 C,

interesa que sea de gran valor y constante con la temperatura

PUENTE DE WHEASTONE

El puente Wheatstone es un circuito inicialmente descrito en 1833

por SamuelHunter Christie (1784-1865). Es el circuito mas sensitivo que existe

para medir una resistencia El puente Wheatstone es un circuito muy

interesante y se utiliza para medir el valor de componentes pasivos como las

resistencias (como ya se haba dicho).

El circuito es el siguiente: (puede conectarse a cualquier voltaje en corriente

directa, recomendable no ms de 12 voltios). Cuando el puente se encuentra

en equilibrio: R1 = R2 y Rx = R3 de donde: R1 / Rx = R2 / R3

En este caso la diferencia de potencial (la tensin) es de cero "0"voltios entre los

puntos A y B, donde se ha colocado un ampermetro, que muestra que no

pasa corriente entre los puntos A y B (0 amperios)

Cuando Rx = R3, VAB = 0 voltios y la corriente = 0 amperios

Si no se conoce el valor de Rx, se debe equilibrar el puente variando el valor de

R3. Cuando se haya conseguido el equilibrio, Rx ser igual a R3 (Rx = R3). R3

debe ser una resistencia variable con una cartula o medio para obtener

valores muy precisos.

Termopar

Un termopar (tambin llamado Termocupla) es un transductor formado por la

unin de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck), que es funcin de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unin caliente o de medida y el otro denominado

"punto fro" o unin fra o de referencia.

En Instrumentacin industrial, los termopares son ampliamente usados

como sensores de temperatura. Son econmicos, intercambiables, tienen


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conectores estndar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su

principal limitacin es la exactitud ya que los errores del sistema inferiores a

un grado Celsius son difciles de obtener.

TIPOS DE TERMOPARES

Tipo K (Cromel (aleacin de Ni-Cr) / Alumel (aleacin de Ni -Al)): con una amplia variedad de aplicaciones, est disponible a un bajo costo y en una

variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200 C a +1.372

C y una sensibilidad 41V/ C aprox. Posee buena resistencia a la

oxidacin.

Tipo E (Cromel / Constantn (aleacin de Cu-Ni)): No son magnticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en

el mbito criognico. Tienen una sensibilidad de 68 V/ C.

Tipo J (Hierro / Constantn): Su rango de utilizacin es de -270/+1200C. Debido a sus caractersticas se recomienda su uso en atmsferas inertes,

reductoras o en vaco, su uso continuado a 800C no presenta problemas,

su principal inconveniente es la rpida oxidacin que sufre el hierro por

encima de 550C y por debajo de 0C es necesario tomar precauciones a

causa de la condensacin de vapor de agua sobre el hierro.

Tipo T (Cobre / Constantn): ideales para mediciones entre -200 y 260 C. Resisten atmsferas hmedas, reductoras y oxidantes y son aplicables en

criogenia. El tipo termopares de T tiene una sensibilidad de cerca de 43

V/C.

Tipo N (Nicrosil (Ni-Cr-Si / Nisil (Ni-Si)): es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la

oxidacin de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son ms caros.


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Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los ms estables, pero debido a su

baja sensibilidad (10 V/ C aprox.) generalmente son usados para medir altas

temperaturas (superiores a 300 C).

Tipo B (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): son adecuados para la medicin de altas

temperaturas superiores a 1.800 C. Los tipos B presentan el mismo resultado

a 0 C y 42 C debido a su curva de temperatura/voltaje, limitando as su uso a

temperaturas por encima de 50 C.

Tipo R (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): adecuados para la medicin de

temperaturas de hasta 1.300 C. Su baja sensibilidad (10 V/ C) y su elevado

precio quitan su atractivo.

Tipo S (Platino / Rodio): ideales para mediciones de altas temperaturas

hasta los 1.300 C, pero su baja sensibilidad (10 V/ C) y su elevado precio lo

convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. Debido a su

elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibracin universal del punto

de fusin del oro(1064,43 C).

Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R y S,

tienen adems una resolucin menor. La seleccin de termopares es importante

para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a determinar.

LINEALIZACIN

Adems de lidiar con la compensacin de unin fra, el instrumento de medicin

debe adems enfrentar el hecho de que la energa generada por un termopar es

una funcin no lineal de la temperatura. Esta dependencia se puede aproximar por

un polinomio complejo (de 5 a 9 grado dependiendo del tipo de termopar). Los

mtodos analgicos de linealizacin son usados en medidores de termopares de

bajo costo.

MTODOS DE COMPENSACIN

1- Unin de referencia a cero grados centgrados


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Por la Ley de los Metales Intermedios esta segunda conexin es equivalente a la primera.

Ley de los Metales Intermedios

2- Medicin de la unin de referencia con un sensor por ejemplo resistencia de platino

y sumar este voltaje al voltaje de la Termocupla. Esta compensacin se puede

hacer por hardware o por software. En la compensacin por hardware el voltaje del

circuito de compensacin se suma al voltaje de la Termocupla mediante un circuito

sumador como se muestra en la figura.

En la compensacin por software la suma de los voltajes de los circuitos de la Termocupla

y compensacin se suman en el programa que hace la medicin de la temperatura.


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6.- PROCEDIMIENTO PRCTICO

Implementar el circuito, ajustarlo y comprobar

CIRCUITO PARA SENSOR RESISTIVO DE TEMPERATURA


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CIRCUITO PARA TERMOCUPLA

CDIGO PARA ARDUINO


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7-CONCLUSIONES

Las Termocuplas son sensores que disponen de un tiempo de respuesta rpido y

obtener una medicin correcta en cuestin de milisegundos.

Para poder realizar una correcta compensacin en una Termocuplas se debe

realizar un conversor de nivel a los valores de voltaje que nos entrega el sensor de

compensacin en nuestro caso el LM35, as se realizara una correcta y adecuada

compensacin a la Termocupla.

Los resultados obtenidos en la prctica y los tericos no tienen mayor grado de

error, las mediciones fueron exactas, de acuerdo a los valores que debera darnos

cada sensor.

8-RECOMENDACIONES

Como recomendacin general es adecuado verificar la conexin del amplificador de instrumentacin antes de energizarlo porque puede daarse muy fcilmente y por su elevado costo no se podra reemplazar tan fcilmente.


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9-ANEXOS


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10- FUENTES DE CONSULTA

http://es.wikipedia.org/wiki/Termoparhttp://www.dte.upct.es/personal/jsuardiaz/docen

cia/Sensores/Downloads/Transparencias/Tema%205.pdf

http://www.slideshare.net/blacksaturn/termocupla

http://www.slideshare.net/hasorcorp/amplificador-operacional-lab-n4

http://www.uv.es/marinjl/electro/aoaplicaciones.htm

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