INSTR INSTR UMENTACIÓN ENTACIÓN Y S ENSOR ES INFORME LAB ORA TOR TOR IO No. No. 1 Título de la práctica: S ens or
LM35. L M35.
Realizado por: Estefanía Barberán, Sebastián Jácome y Bryan Montenegro
1. Objetivo: 1.1. Diseñar e implementar un circuito de acondicionamiento que permita conectar el LM35 a un equipo de tratamiento digital que tiene una entrada 0[v] a 5[v], de tal forma que, cuando la temperatura del sensor sea 20[°C] el circuito de acondicionamiento entregue 0[v] y cuando la temperatura sea 80[°C] el circuito de acondicionamiento entregue 5[v].
2. Materiales
Termómetro Multímetro Protoboard LM35 Resistencias Fuente de ±12[v] y ±5[v] Recipiente térmico Amplificador operacional LM741
3. Fundamentación teórica LM35 (Sensor de Precisión de Temperatura Centígrada)
El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC y un rango que abarca desde -55º a +150ºC. La salida es lineal y equivale a 10mV/ºC por lo tanto: 1500mV = 150 ºC 250mV = 25ºC -550mV = -55ºC
Disponible en distintos encapsulados (TO-92, TO-46, SO-8, TO-220). Características Está calibrado directamente en grados Celsius. La tensión de salida es proporcional a la temperatura. Tiene una precisión garantizada de 0.5°C a 25°C. Opera entre 4 y 30 voltios de alimentación. Baja impedancia de salida. Baja corriente de alimentación (60uA). Rango entre -55º a +150ºC. Conveniente para aplicaciones remotas. Bajo costo debido al ajuste del wafer-level. Bajo auto-calentamiento.
Formula sensibilidad LM35:
4. Diseño del circuito a implementar
⁰ Si T=80⁰C entonces Si T=20 C entonces
LM35
Resultado deseado
0,9
5
0,8 ) 0,7 v ( o 0,6 d i n e 0,5 t b o 0,4 e j a 0,3 t l o V0,2
) v ( o d i n e t b o e j a t l o V
y = 0,01x
4 y = 0,0833x - 1,6667 3 2 1
0,1 0
0 0
20
40
60
Temperatura (
80
20
)
40
60
Temperatura (
80
)
Construimos la Ecuación que generaliza nuestro circuito:
Dónde:
Hallamos b reemplazando el punto mínimo, cuando y = 0; x = 0,2
La ecuación resultante es: Si Si Si Diseño del Circuito:
Tomando en cuenta la fórmula Vi = x; V2 = b y Vo 2 = y Vi Respuesta del sensor LM35
Circuito de acondicionamiento
establecemos que:
Vo2 Nivel de salida deseado
Nuestro diseño se basa en el uso de dos circuitos amplificadores. La primera etapa amplifica el voltaje emitido por el sensor y la segunda etapa normaliza esta respuesta.
Vo2
Vo1 Vi
Si Entonces ) ( Si ) ( Y decimos que Vo debe darnos el resultado de la ecuación: Entonces ) ( 2
Circuito diseñado:
k
k k
k
k
Tabla de Datos: Temperatura 20 C 30 C 40 C 50 C 60 C 70 C 80 C
⁰ ⁰ ⁰ ⁰ ⁰ ⁰ ⁰
Simulaciones
Voltaje 0,0000 [V] 0,8333 [V] 1,6666 [V] 2,4999 [V] 3,3333 [V] 4,1667 [V] 5,0000 [V]
Tabla de Datos: Temperatura
20 30 40 50 60 70 80
⁰C ⁰C ⁰C ⁰C ⁰C ⁰C ⁰C
Voltaje de salida Teórico Simulado 0,0000 [V] 10,1 [mV] 0,8333 [V] 0.83 [V] 1,6666 [V] 1.67 [V] 2,4999 [V] 2.50 [V] 3,3333 [V] 3.34 [V] 4,1667 [V] 4.17 [V] 5,0000 [V] 5.01 [V]
5. Procedimiento. 1 Revisar el circuito implementado en el protoboard de acuerdo al diseño del trabajo preparatorio. 2 Energizar el circuito, verificando la polaridad de las fuentes. 3 Coloque en el recipiente término agua a una temperatura de 20°C, para lo cual se debe mezclar agua fría con el agua caliente y comprobar la temperatura con el termómetro hasta obtener la temperatura deseada. 4 Insertar el sensor de temperatura LM35 en el recipiente con agua a la temperatura pedida y medir el voltaje en los terminales de salida del sensor y en la salida del circuito de acondicionamiento y anotar los resultados en la tabla 1 5 Ajuste la temperatura del agua a 50°C y repita el procedimiento del literal “d”.
6 Ajuste la temperatura del agua a 80°C y repita el procedimiento del literal “d”.
6. Tabla de resultados Temperatura
⁰ ⁰ ⁰
20 C 50 C 80 C
Voltaje sensor Teórico Práctico 200 [mV] 211 [mV] 500 m[V] 556 [mV] 800 [mV] 800 [mV]
Voltaje de salida Simulado Práctico Error 10,1 [mV] 86 [mV] 8,25 % 2,50 [V] 2.67 [V] 6,8 % 3,39 % 5,01 [V] 5.18 [V]
7. Análisis de resultados Voltaje del sensor
Voltaje 5,000 ] v [ a 4,000 d i l a s 3,000 e d e j 2,000 a t l o V1,000
y = 0,0086x - 1,832
0,000 200
400
600
800
Salida del sensor [mv]
Observacion: En la practica el voltaje del sensor no se aprecia una ecuacion de la recta perfecta ya que existe parametros que al sensor no lo deja ser una ecuacion requeridad esto puede ser cuasado por la pequeña varacion de voltaje que existe de la fuente, la temperatura puede variar en la medicion afecta al voltaje del sensor.
Error 20°C
Error 50°C
Error 80°C
Error Total del sensor
Observacion: El error del 5.07% total esto nos quiere decir que el sensor esta en aptas condiciones para ser utilizada, para mejor precision si el sensor sirve para practicas industriales se necesitara de mas muestras de temperatura.
Voltaje de salida
Voltaje 5,18
5,000 ] v [ 4,000 a d i l a 3,000 s e d e j 2,000 a t l o V1,000
0,000
y = 0,0849x - 1,5997
2,67
0,086 20
40
60
Temperatura [°C]
80
Observación: En el circuito de acondicionamiento implementado para la práctica realizada los valores se asemejaban a la parte teórica y simulada. Existe un cambio en la ecuación de la recta esto es debido por los parámetros captados por el sensor ya que este al ser acondicionado va existir un error mínimo pero se daría un uso práctico.
Error 20°C
Error 50°C
Error 80°C
Error Total del sensor
Observacion: El circuito de acondicionamiento es apto para la practica ya que existe un error del 6.14% este error es cometido por la temperatura y tambien por el sensor utilizado al ser este acondicionado puede existir un error minimo en el
voltaje de salida ya sea por la resistencias utilizadas o el voltaje pudo existir una pequeña varacion.
8. Conclusiones
Gracias al transductor LM35 se logro analizar el cambio que sufre al exponerse a distintos tipos de temperatura, se logro observar que la temperatura es proporcional al cambio de voltaje que este es expuesto; A mayor temperatura mayor el nivel de voltaje. El sensor LM35 se logró observar que su respuesta es lineal al cambio de temperatura ya que esto nos favorece en el diseño del cual se ha realizado. El Lm35 es un buen sensor para prácticas industriales porque esta nos ayuda con la muestra de grandes temperaturas que en la industria es muy útil tener este tipo de sistemas.
9. Recomendaciones
Utilizar una fuente de poder para obtener los valores necesarios para alimentar el circuito electrónico. En el momento de aislamiento del sensor, dependiendo en qué condiciones se vaya a utilizar, este debe ser apto para el uso el cual se haya designado porque si usamos un aislador como el silicón a una temperatura sumamente alta esta se diluye causando así un corto circuito y dañando al sistema electrónico. Utilizar un termómetro tipo industrial porque en la práctica y en la vida industrial trabajamos a temperaturas sumamente altas facilitando al sistema de recepción de temperatura tipo electrónico.
10. Referencias y bibliografía [1]Avendaño Enrique Ms. Sc., FUNDAMENTOS DE INSTRUMENTACION, Universidad Tecnológica de Pereira, 2000. Fecha: Viernes 20 de mayo de 2016
