Integradora Sad

Sistema de Adquisicion de Datos (SAD)

Sistema de Control de Temperatura

Alumnos: Moisés Moreno Mario Toledo Adrian Minjarez

11 de diciembre de 2008

INTRODUCCIÓN La práctica que se realizó fue con la finalidad de ver el funcionamiento, uso y aplicaciones de los amplificadores operacionales (OpAmps), esta es una de las configuraciones más comunes, añadiendo un sensor de temperatura Lm35 para interactuar con dicho amplificador. La construcción y funcionamiento de este circuito consistió en que se lograría controlar y/o mantener cierta temperatura en un dispositivo el cual trabajara dentro de un rango de temperatura, además de que se podrá visualizar el aumento o disminución de la misma en un monitor OBJETIVO El alumno aplicara los conocimientos obtenidos a lo largo del curso para la construcción de un sistema de control de temperatura el cual podrá trabajar de forma automática.

MARCO TEORICO Sensor de temperatura LM 35 Descripción: El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC y un rango que abarca desde -55º a +150ºC. El sensor se presenta en diferentes encapsulados pero el más común es el to-92 de igual forma que un típico transistor con 3 patas, dos de ellas para alimentarlo y la tercera nos entrega un valor de tensión proporcional a la temperatura medida por el dispositivo. Con el LM35 sobre la mesa las patillas hacia nosotros y las letras del encapsulado hacia arriba tenemos que de izquierda a derecha los pines son: VCC Vout - GND. La salida es lineal y equivale a 10mV/ºC por lo tanto: •

+1500mV = 150ºC

•

+250mV = 25ºC

•

-550mV = -55ºC

Funcionamiento: Para hacernos un termómetro lo único que necesitamos es un voltímetro bien calibrado y en la escala correcta para que nos muestre el voltaje equivalente a temperatura. El LM35 funciona en el rango de alimentación comprendido entre 4 y 30 voltios. Usos: El sensor de temperatura puede usarse para compensar un dispositivo de medida sensible a la temperatura ambiente, refrigerar partes delicadas del robot o bien para lograr temperaturas en el transcurso de un trayecto de exploración.

Amplificador Operacional 741

La temperatura No es una forma de energía, sino una medida de la cantidad de energía que posee un cuerpo como calor. En otras palabras, si damos calor a un cuerpo, su temperatura aumenta. La temperatura es un indicador de la energía cinética de las moléculas. Cuando un objeto se siente caliente, los átomos en su interior se están

moviendo rápidamente en direcciones aleatorias y cuando se siente frío, los átomos se están moviendo lentamente. Escalas de Temperatura Cinco escalas diferentes de temperatura están en uso en estos días: la Celsius, conocida también como escala centígrada, el Fahrenheit, la Kelvin, la Rankine, y la escala internacional de temperatura termodinámica. La escala centígrada, con un punto de congelación de 0° C y un punto de ebullición de 100°C, se usa ampliamente en todo el mundo, particularmente para el trabajo científico, aunque que fue destituida oficialmente en 1950 por la escala internacional de temperatura. La escala Fahrenheit, usada en países de habla inglesa es usada no solo con propósitos de trabajo científico sino con otros propósitos y con base en el termómetro de mercurio, el punto de congelación del agua se define en 32° F y el punto de ebullición en 212° F. En la escala Kelvin, es la más usada en escala termodinámica de temperatura, el cero se define como el cero absoluto de la temperatura, que es, -273.15°C ó -459.67° F. Otra escala que emplea el cero absoluto como su punto más bajo es la escala de Rankine, en la cual cada grado de temperatura es equivalente a un grado de la escala Fahrenheit. El punto de congelación del agua en la escala de Rankine es de 492° R, y el punto de ebullición es de 672° R. Voltímetro luminoso Un voltímetro de columna luminosa despliega una columna de luz cuya altura es proporcional al voltaje. Los fabricantes de equipo para audio y de aplicaciones médicas pueden reemplazar los paneles de medidores analógicos con voltímetro gráfico luminoso debido a que son más fáciles de leer a distancia. Un voltímetro gráfico luminoso se construye con el circuito de la figura 2-9. Real se ajusta de modo que fluya 1 roA a través del circuito divisor con resistencias iguales Rl a RlO. Se establecen diez voltajes de referencia separados en pasos de 1 V, desde 1 V hasta 10 V.

Cuando El = O Vo menor que 1 V, las salidas de todos los amplificadores operacionales se encuentran en - Vsat. Los diodos de silicio protegen los diodos emisores d~ luz contra un voltaje excesivo de polarización inversa. Al aumentar E¡ hasta que alcance un valor entre 1 y 2 V, sólo la salida del amplificador 1 se torna positiva y enciende a LED1. Nótese que la corriente de salida del amplificador queda automáticamente limitada a su valor de cortocircuito que es de unos 20 mA. Las resistencias de salida de 220 Q disipan parte del calor del amplificador operacional. Conforme se aumenta E¡, los LED se iluminan en orden numérico. Este circuito también se puede construir con dos y medio amplificadores cuádruples LM324.

Comparador inversor

no

Placa de pruebas

Una placa de pruebas, también conocida como protoboard o breadboard, es una placa de uso genérico reutilizable o semi permanente, usado para construir prototipos de circuitos electrónicos con o sin soldadura. Normalmente se utilizan para la realización de pruebas experimentales. Además de los Protoboard plásticos, libres de soldadura, también existen en el mercado otros modelos de placas de prueba.

Potenciómetro La resistencia variable es un dispositivo que tiene un contacto móvil que se mueve a lo largo de la superficie de una resistencia de valor total constante. Este contacto móvil se llama cursor o flecha y divide la resistencia en dos resistencias cuyos valores son menores y cuya suma tendrá siempre el valor de la resistencia total. Los potenciómetros y los reóstatos se diferencias entre sí, entre otras cosas, por la forma en que se conectan. En el caso de los potenciómetros, éstos se conectan en paralelo al circuito y se comporta como un divisor de tensión.

Diodo emisor de luz Diodo emisor de luz, también conocido como LED (acrónimo del inglés de LightEmitting Diode) es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz coherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por él una corriente eléctrica. Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia. El color (longitud de onda), depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede variar desde el ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo. Los diodos emisores de luz que emiten luz ultravioleta también reciben el nombre de UV LED (UltraV'iolet Light-Emitting Diode) y los que emiten luz infrarroja suelen recibir la denominación de IRED (Infra-Red Emitting Diode).

Resistencias Propiedad de un objeto o sustancia que hace que se resista u oponga al paso de una corriente eléctrica. La resistencia de un circuito eléctrico determina según la llamada ley de Ohm cuánta corriente fluye en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado. La unidad de resistencia es el ohmio, que es la resistencia de un conductor si es recorrido por una corriente de un amperio cuando se le aplica una tensión de 1 voltio. La abreviatura habitual para la resistencia eléctrica es R, y el

símbolo del ohmio es la letra griega omega, Ω. En algunos cálculos eléctricos se emplea el inverso de la resistencia, 1/R, que se denomina conductancia y se representa por G. La unidad de conductancia es siemens, cuyo símbolo es S. Aún puede encontrarse en ciertas obras la denominación antigua de esta unidad, mho.

Diodo Un diodo (del griego "dos caminos") es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un corto circuito con muy pequeña resistencia eléctrica. Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest.

RELEVADOR

El Relé es un interruptor operado magnéticamente. Este se activa o desactiva (dependiendo de la conexión) cuando el electroimán (que forma parte del Relé) es energizado (le damos tensión para que funcione). Esta operación causa que exista conexión o no, entre dos o más terminales del dispositivo (el Relé). Esta conexión se logra con la atracción o repulsión de un pequeño brazo, llamado armadura, por el electroimán. Este pequeño brazo conecta o desconecta los terminales antes mencionados. Si el electroimán está activo jala el brazo (armadura) y conecta los puntos C y D. Si el electroimán se desactiva, conecta los puntos D y E. De esta manera se puede conectar algo, cuando el electroimán está activo, y otra cosa conectada, cuando está inactivo. Es importante saber cuál es la resistencia del bobinado del electroimán (lo que está entre los terminales A y B) que activa el relé y con cuanto voltaje este se activa. Este voltaje y esta resistencia nos informan que magnitud debe de tener la señal que activará el relé y cuanta corriente se debe suministrar a éste. La corriente se obtiene con ayuda de la Ley de Ohm: I = V / R. donde: -

I

es V

la es

corriente el

necesaria voltaje

para

para

activar activar

- R es la resistencia del bobinado del relé SISTEMA DE CONTROL DE TEMPERATURA MATERIAL

el el

relé relé

1.- Protoboard 2.- 15 resistencias de 1 kohm 3.- 4 Op-Amp 741 4.- 6 Leds 5.- Fuente de 12 volts a -12 , 5 volts a 500 Ma. 6.- 2 diodos 7.- 10 resistencias de 220 ohm 8.- 1 sensor de temperatura LM 35 9.- 1 resistencia de 3000 ohm 10. 1 milímetro. 11. 4 potenciómetros de 10 k. 12. 1 relé 13. 2 transistores 2N2222

Desarrollo del Proyecto

El sistema consta de la construcción de un medidor de temperatura, utilizando comparadores (NE5532). El funcionamiento es el siguiente: Primero conectamos el sensor de temperatura (LM35) alimentado con un voltaje de alimentación de 5vc. El voltaje de salida del sensor es en mili amperes, por lo que para poder manejar ese voltaje tuvimos que amplificar el voltaje de salida del sensor por medio de un amplificador no inversor.

Una vez amplificada la salida del sensor, esta misma la utilizamos para que fuera de voltaje de referencia variable a comparar con el voltaje fijo que se hizo con las

resistencias variables para que cuando el voltaje vaya aumentando conforme la temperatura sube los leds vayan encendiendo. El diagrama es el siguiente:

Comparador de ventana.

En un comparador de ventana se crea una ventana con dos voltajes, uno que será alto y otro bajo. Y tendremos un tercer voltaje que se moverá a traves de esta ventana. El funcionamiento es el siguiente: Tenemos una ventana con voltaje de referencia alto a 5.8v y el bajo a 5.4v. Nuestro voltaje variable será la señal del sensor amplificada, cuando el voltaje variable es mayor que el voltaje de referencia alto (5.8v) la salida tendremos voltaje de saturación positivo y en el otro comparador del voltaje de referencia bajo no tendremos voltaje de saturación y funcionara de forma inversa cuando sea este el limite bajo (5.4v) De lo anterior podemos concluir lo siguiente:

Cuando el voltaje en el positivo sea mayor, el voltaje de salida ira de –v a +v y cuando el voltaje en el positivo sea menor ira de +v a –v

Ahora que ya tenemos la ventana y el monitor de temperatura funciona correctamente, tenemos que integrar este circuito con el comparador de ventana para poder controlar el funcionamiento de la resistencia de una cafetera y un ventilador que disipara el calor a cierta temperatura. El circuito ya integrado quedara de la siguiente manera:

Una ves que ya se han integrado todos nuestros componentes, nuestro sistema tendrá trabajara de la siguiente manera:

Al conectar la cafetera, esta empezara a calentar agua, al llegar a los 50 grados nuestro monitor de temperatura indicara por medio de un leds a que temperatura esta. Nuestro monitor de temperatura marca un rango de temperatura de 50 a 60 grados, y tenemos 5 leds que marcan una diferencia de 2 grados, una vez que la temperatura llegue a los 54 grados (voltaje de referencia bajo) la resistencia que calienta el agua se apagara, por la inercia la temperatura seguirá subiendo y al llegar a los 58 grados encenderá un abanico que enfriara el agua. El abanico estará encendido mientras la temperatura este arriba de los 58 grados, cuando la temperatura este en 57.9 el abanico se apagara. Notando así que entre nuestro sistema de mantiene de manera automática una temperatura en un rango de 54 a 58 grados.

Conclusiones Al realizar este proyecto, se aprendió y se puso en práctica el conocimiento adquirido a lo largo del curso, como es el uso de OpAms, Lm35, relevadores, potenciómetros de precisión, transistores, etc. Al realizar este proyecto combinamos las practicas que ya habíamos hecho en clase en una sola, el problema era que si bien las habíamos hecho por separado el problema era unirlas para que trabajaran en conjunto y correctamente. Al hacer esta práctica nos dimos cuenta que el uso de simuladores son de gran ayuda, nosotros usamos el programa LiveWire, ahí hicimos el circuito del monitor y esa fue la base para poder terminar el proyecto ya que al hacer el circuito en la simulación nos damos una mejor idea de lo que estamos haciendo. Cometimos muchos errores y perdimos mucho tiempo ya que empezamos haciendo los circuitos a prueba y error donde no sabíamos bien lo que estábamos haciendo y como consecuencia quemamos algunas piezas de nuestro material de trabajo. Esto nos llevo a consultar libros, hacer bosquejos en papel de cómo debería de trabajar el circuito, como interactuaría el uno con el otro, llegamos al grado de cansarnos y frústranos porque no estábamos obteniendo el resultado esperado pero nuestra perseverancia nos ayudo. Ahora que ya hemos terminado el proyecto nos damos cuenta que no era muy difícil lo que queríamos hacer, el problema fue que hasta el final de este curso empezamos a averigua y entender el funcionamiento de los OpAms, a entender los circuitos que ya habíamos hecho con anterioridad, a consultar hojas de especificaciones, voltajes y conexiones.