DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA. CARRERA DE MECATRÓNICA ASIGNATURA: LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN MECATRÓNICA.
INFORME DE LABORATORIO N°6
Tema: Funcionamiento y acondicionamiento de señal para un sensor LM35 y dife rencias con una termocupla PHYWE.
INTEGRANTES: Ñauñay Diego. Sarango Diana. Sosa Estefanía.
PROFESOR Ing. Manzano Ricardo.
Sangolqui.
07 de junio de 2013.
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ÍNDICE GENERAL. OBJETIVOS. ........................................................... ................................................................. .................. 3 a. Objetivo General. ...................................................... ................................................................. ....... 3 b. Objetivos Específicos. .......................................................... ............................................................. 3 TEORÍA. ....................................................... ................................................................. ............................. 3 1. Temperatura. ............................................................. ................................................................. ....... 3 2.
Sensores de medición de temperatura. ............................................................. ............................. 3 2.1. Termocuplas. ............................................................... ............................................................. 3 2.2. Sensor LM35. ............................................................... ............................................................. 3
2.2.1. Características del LM35. ....................................................... ........................................ 4 EQUIPO NECESARIO. ........................................................................................................................... 4 PROCEDIMIENTO. ......................................................... ................................................................. ....... 4 ANÁLISIS DE RESULTADOS. ................................................ ............................................................. 5 1. Indique como calibraría su sistema de medición con el LM35 comparándolo con los datos obtenidos en la termocupla. ........................................................ ............................................................. 5 2. Indique las diferencias que se observa entre una termocupla y un LM35. ............................... 7 CONCLUSIONES. ................................................................................................................................... 8 RECOMENDACIONES. ............................................................ ............................................................. 8 REFERENCIAS. ........................................................................... ............................................................. 8 ÍNDICE DE FIGURAS Figura1. Diagrama común de una Termocuplas. ................................................................ .................. 3 Figura2. Gráfica obtenida en el simulador de la termocupla. ............................................................. 5 Figura3. Gráfico comparativo entre el sensor LM35 y la termocupla. ............................................... 6 Figura4. Gráfica Temperatura vs. Tiempo entre el LM35 y la termocupla........................................ 6
ÍNDICE DE TABLAS. Tabla1. Datos obtenidos en la práctica. ................................................................................ .................. 5
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OBJETIVOS. a. Objetivo General. Realizar un estudio de dos tipos de sensores utilizados para medir temperatura; mediante el análisis de los dos sensores al mismo tiempo y para de esta manera saber quien reacciona más rápido al momento de medir temperatura; ya que el saber esto es muy importante para elegir el sensor correcto. b. Objetivos Específicos.
Conocer el funcionamiento de un sensor LM35 y sus aplicaciones en la industria. Entender el diseño, operación y funcionamiento de los dispositivos de medición de temperatura. TEORÍA.
1. Temperatura. La temperatura físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como “energía sensible”, que es la energía asociada a los movimientos
de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que es mayor la energía sensible de un sistema se observa que está más “caliente”, es decir, que su temperatura es mayor.
2. Sensores de medición de temperatura. 2.1. Termocuplas. Estos son sensores de temperatura muy comunes en la industria. Una Termocuplas se hace con dos alambres de distinto material unidos en un extremo (soldados generalmente). Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto Seeback) del orden de los mili voltios el cual aumenta con la temperatura.
Figura1. Diagrama común de una Termocuplas. 2.2. Sensor LM35. Es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1C. Puede medir temperaturas en el rango que abarca desde -55 a 150C. La salida es muy lineal y cada grado centígrado equivale a 10mV en la salida.
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2.2.1.
Características del LM35.
Sus características más relevantes son:
Precisión de 1.5C (peor caso), 0.5Cgarantizados a 25C. No linealidad de 0.5C (peor caso). Baja corriente de alimentación (60uA). Amplio rango de funcionamiento (desde -55 a 150C). Bajo costo. Baja impedancia eléctrica de salida.
Su tensión de salida es proporcional a la temperatura, en la escala Celsius. No necesita calibración externa y es de bajo costo. Funciona en el rango de alimentación comprendido entre 4 y 30V. Como ventaja adicional, el LM35 no requiere de circuitos adicionales para su calibración externa cuando se desea obtener una precisión del orden de 0.25 C a temperatura ambiente, y 0.75C en un rango de temperatura desde -55 a 150C. La baja impedancia de salida, su salida lineal y su precisa calibración inherente hace posible una fácil instalación en un circuito de control. Debido a su baja corriente de alimentación (60uA), se produce un efecto de auto calentamiento reducido, menos de 0.1C en situación de aire estacionario. EQUIPO NECESARIO.
Planta de control de temperatura y humedad. Circuito en protoboard con el sensor de temperatura LM35. Termocupla PHYWE (Ni-Cr-Ni). Módulo de medida (-200°C a 1400°C) - thermocouple PHYWE. USB interface PHYCON. Software MEASURE. PROCEDIMIENTO.
Colocar el sensor LM35 en la planta. Colocar la termocupla PHYWE dentro de la planta. Encender la resistencia eléctrica del equipo de prueba. Iniciar la toma de medida de temperatura de acuerdo a la termocupla y observar el valor del LM35 cada 5 grados centígrados.
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ANÁLISIS DE RESULTADOS. Termocupla [°C] 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
Sensor LM35 [°C] 10mV/°C 28,8 32,9 37 42 45,6 49,5 52,9 57,4 60,9 65 68,5
Sensor LM35 [V] 0,288 0,329 0,37 0,42 0,456 0,495 0,529 0,574 0,609 0,65 0,685
Tiempo [s] 52,5 55 60 66 72 80 85 92 99 105 112
Tabla1. Datos obtenidos en la práctica.
Figura2. Gráfica obtenida en el simulador de la termocupla. 1. Indique como calibraría su sistema de medición con el LM35 comparándolo con los datos obtenidos en la termocupla. Como se puede apreciar en las gráficas siguientes la diferencia entre las lecturas del LM35 y la termocupla son mínimas al inicio de está, pero conforme va creciendo la temperatura tiende a ser notable esa diferencia.
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Al calibrar el sensor LM35 funcionaría en un principio, pero como este tipo de sensor no es tan eficiente, las lecturas de los datos no serían tan correctas por la inestabilidad del sensor para medir la temperatura, por eso no es muy recomendado. [1] 90 80 70 ] 60 C ° [ a r 50 u t a r e 40 p m e T 30
Termocupla LM35
20 10 0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
# de muestra.
Figura3. Gráfico comparativo entre el sensor LM35 y la termocupla.
Temperatura vs. tiempo 90 80 70 60 ] 50 C ° [ T 40
Termocupla. LM35
30 20 10 0 0
20
40
60
80
100
120
t [s]
Figura4. Gráfica Temperatura vs. Tiempo entre el LM35 y la termocupla.
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2. Indique las diferencias que se observa entre una termocupla y un LM35. LM35.
Termocupla.
->Entrega10 [mV] por cada grado centígrado.
->Más común utilizado industrialmente.
->Necesita un adecuado tratamiento de señal.
->Se hace con dos alambres de distinto material unidos en un extremo.
->Al trabajar con tensiones tan pequeñas, cualquier ruido o interferencia puede hacer que se tome una lectura errónea.
->Se genera un voltaje muy pequeño del orden de los [mV] pero es estable al momento de medir la temperatura. [2]
->Si sobrepasa los 50 [°C] los valores no son precisos. Cuadro sinóptico1. Diferencias entre el sensor LM35 y la termocupla. Fuente: http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_0239_EO.pdf
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CONCLUSIONES.
La utilización del sensor de temperatura LM35 resulta efecto debido a su bajo costo, pero en desventaja no es un sensor recomendado para medir a temperaturas demasiado elevadas. El LM35 tiene una ventaja en comparación con la termocupla, en que no necesita de una calibración externa al mismo. Las Termocuplas son importantes dentro de la investigación científica y en la industria, debido a su versatilidad, alta velocidad de respuesta y amplio rango de eso. Es importante el uso de las Termocuplas, ya que permite elegir los transductores con mayor velocidad de respuesta a los cambio de temperatura, lo cual ayudará a que existe una mayor precisión en los datos medidos. Una desventaja de la termocupla es que no es un sensor lineal.
RECOMENDACIONES.
Estudiar el funcionamiento de cada uno de los tipos de sensores para saber cuál es más eficiente al momento de medir temperatura; a veces no necesariamente nos debemos basar en el costo sino es cada una de las especificaciones técnicas de los sensores. Si se necesita mayor precisión en la lectura de la temperatura, se debe utilizar una termocupla. Se debe realizar un correcto acondicionamiento de señal evitando interferencias y ruidos para que no existan lecturas erróneas.
REFERENCIAS. [1]dspace. (02 de 06 de 2013). Obtenido de http://dspace.epn.edu.ec/bitstream/15000/8780/2/T10849CAP4.pdf [2]biblioteca.usac. (02 de 06 de 2013). Obtenido de http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_0239_EO.pdf
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