Practica 1 Instru

Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Cómputo Grupo: 3CM4 Práctica 1: LM33 !lumnos: Soto Álvarez del Castillo Gerardo Alberto Revilla Caro Javier Alejandro Yáñez Anaya Uriel Yael

"nidad de aprendi#a$e: Instrumentación Pro%esor: In&' Mart(ne# )(a# *uan Carlos

1

Contenido Introduccin!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" Sensor de Temperatura: LM335 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" Circuito de ajuste #ara el sensor $%&&'!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!& (bjetivos!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!) *ia+ra,a de -lo.ues!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ) %aterial y e.ui#o!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ) *esarrollo e/#eri,ental!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!) Sensor de te,#eratura $%&'!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!) Circuito acondicionador de señal!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!' %ediciones!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!0 Conclusiones!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!0

Introducción Sensor de Temperatura: LM335 l sensor de te,#eratura es un sensor 2ácil de usar3 barato3 con #recisin decente 4cerca de 567 & 8C cuando 9a sido calibrado:! l sensor trabaja co,o un diodo "

zener cuyo voltaje de ru#tura es directa,ente #ro#orcional la te,#eratura .ue lle+ue a la su#er2icie! ;or cada +rado de te,#eratura3 el $%&&' var= a > ?@ 47"&?C:! *ado .ue el sensor es un diodo zener3 una corriente de #olarizacin debe ser  establecida #ara #oder utilizar el dis#ositivo! $a 9oja de es#eci2icacin señala .ue el diodo debe tener una corriente de #olarizacin entre )>> uA y ' ,A! Aun.ue una corriente de #olarizacin de ",A es su2iciente3 dado .ue 9ay .ue considerar  .ue el dis#ositivo #uede calentarse #or s< solo y esto #uede ser un 2actor  si+ni2icativo .ue ,odi2i.ue la ,edicin! Un circuito de #olarizacin #uede ser co,o el si+uienteB

Figura 1. Diagrama de un circuito con el sensor LM335.

l voltaje del sensor de te,#eratura está relacionado a la te,#eratura absoluta usando la si+uiente ecuacinB =

Vs

(

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)∗T 

T 0

a: *onde > es la te,#eratura de re2erencia donde =s4>: 2ue ,edido! b: l no,inal =s4>: es i+ual a > D 1>,=6@3 #or lo tanto3 a "' 8C3 =s4>: es no,inal,ente "!0E =!

$a con2i+uracin de los #ines del sensor de ,uestra a continuacinB

&

Figura 2. Diagrama de pines del LM335.

l #in Fadj es usado #ara .ue el diodo zener y la salida del ,is,o sea ,ás e/acta!

Circuito de ajuste para el sensor LM335. Incluido en el dis#ositivo $%&&' 9ay un ,Htodo sencillo #ara calibrarlo #ara ,ayor  e/actitud del ,is,o! Un #otenci,etro conectado a travHs del $%&&' con el #in de en ,edio conectado a la ter,inal de ajuste #er,ite .ue la calibracin del sensor eli,ine la ine/actitud en todo el ran+o de te,#eratura! sta calibracin a un #unto 2unciona #or.ue la salida del $%&&' es #ro#orcional a la te,#eratura absoluta con la salida del sensor e/tra#olada 9asta >= 4> 8@:! rrores en el voltaje de salida contra la te,#eratura son solo errores de la #endiente3 de tal ,anera .ue la calibracin de la #endiente a una te,#eratura3 corri+e #ara todas las te,#eraturas!  Al calibrar la salida #ara .ue sea correcta a una te,#eratura la salida de todas las te,#eraturas es correcta! o,inal,ente la salida es calibrada a 1> ,=68@! ;ara ase+urar la ,ejor e/actitud de sensado varias #recauciones deben ser  to,adas! Co,o cual.uier dis#ositivo sensor de te,#eratura3 el auto calenta,iento #uede reducir la e/actitud! l $%&&' debe ser o#erado a la corriente ,
Objetivos )

 *iseñar un Circuito Acondicionador de Señal 4CAS: #ara un sensor de te,#eratura $%&&'3 el cual entre+ue > = a una te,#eratura de > 8C3 y ' = a '> 8C3 de ,anera lineal!  Co,#robar su 2unciona,iento #robando el sensor a distintas te,#eraturas!

Diagrama de Bloques.

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Material  equipo         

Material:

Equipo:

1 sensor de te,#eratura $%&&'  & a,#li2icadores o#eracionales $%)1  1 resistencia de 'K> L  ) resistencia de 1> @L  1 resistencia de 1>> @L  1 ;otenci,etro de #recisin de 1>> @L 1 ;otenci,etro de 1> @L 1 tablilla de e/#eri,entacin Cable

1 2uente de voltaje variable 1 cable de ali,entacin " ,ult<,etros ;inzas banana7cai,án ;inzas cai,án7cai,án

Desarrollo e!perimental "ensor de temperatura LM35 l sensor 2unciona conectándolo directa,ente a una entrada de voltaje y a tierra! $a salida de voltaje .ue ,anda el $%&' es de

10

mV   K 

! $a salida está conectada

directa,ente a la entrada de un circuito acondicionador encar+ado de acondicionar la señal #ara entre+ar un voltaje de di2erentes #ro#orciones a la salida!

'

Figura 3. Diagrama del circuito de calibración del LM335.

l circuito de calibracin #ara el sensor $%&&' consiste de un #otenci,etro conectado al #in de ajuste del sensor3 ,ientras .ue los #ines de entrada y salida del dis#ositivo está conectado a los #ines e/ternos del #otenci,etro! l #otenci,etro #er,ite .ue la salida del sensor ten+a una ,ayor e/actitud3 dado .ue reduce la variacin de & 8C cuando el sensor no 9a sido ajustado!

Circuito acondicionador de se#al Siendo

10

mV   K 

 la sensibilidad del sensor3 entonces a > 8C 4e.uivalente a "& @:3

esta entre+a un voltaje de "!& =3 valor .ue debe ser restado y as< #oder realizar  el acondiciona,iento! sta resta se realizará a#licando un a,#li2icador su,ador  .ue reciba el voltaje del sensor y le reste "!& =! ;ara no utilizar otra 2uente de voltaje3 se reduce ,ediante el ,is,o a,#li2icador la entrada de la 2uente utilizada #ara ener+izar el siste,a! *ado a .ue la escala Celsius de te,#eratura es unitaria a la @elvin3 es decir3 una di2erencia de 1 @ e.uivale a una di2erencia de 1 8C3 ya 9abiendo acondicionado la señal3 se #uede realizar una a,#li2icacin de esta! l voltaje de salida del sensor  será a,#li2icado #or un 2actor de 1> #ara .ue se cu,#la con la es#eci2icacin! $a 2i+ura ) ,uestra el circuito e,#leado #ara realizar el acondiciona,iento! Antes de #asar #or el CAS3 el voltaje entre+ado #or el sensor #asa #or un se+uidor de voltaje! l Mlti,o a,#li2icador o#eracional ,ulti#lica 2inal,ente el voltaje del sensor 1> veces!

K

Figura 4. Diagrama del circuito acondicionador de señal.



Cabe destacar .ue en la i,#le,entacin del circuito varias de las resistencias 2ueron ree,#lazadas #or #otenci,etros con el 2in de #oder ajustar diversas +anancias de voltaje #ara .ue 2ueran ,ás e/actas y as< el error se viera reducido! n teor
V T 

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 del CAS con res#ecto al voltaje de salida del

 #uede ser ,odelado ,ediante la ecuacin 1! =10 (V  −2.73 V  )

V O

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Ecuación 1. Ecuación de voltae de salida del !"S a ra#ón de la salida del sensor.

Se e2ectuaron diversas ,ediciones de voltaje de salida entre+ado #or el CAS de#endiendo de la te,#eratura! $a tabla 1 ,uestra los resultados de tales

Cabe destacar .ue en la i,#le,entacin del circuito varias de las resistencias 2ueron ree,#lazadas #or #otenci,etros con el 2in de #oder ajustar diversas +anancias de voltaje #ara .ue 2ueran ,ás e/actas y as< el error se viera reducido! n teor
V T 

V O

 del CAS con res#ecto al voltaje de salida del

 #uede ser ,odelado ,ediante la ecuacin 1! =10 (V  −2.73 V  )

V O

T 

Ecuación 1. Ecuación de voltae de salida del !"S a ra#ón de la salida del sensor.

Se e2ectuaron diversas ,ediciones de voltaje de salida entre+ado #or el CAS de#endiendo de la te,#eratura! $a tabla 1 ,uestra los resultados de tales ,ediciones! $oltae de entrada %$&

Temperatura %'!&

$oltae teórico %$&

$oltae de salida %$&

Temperatura medida %'!&

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Tabla 1. Mediciones de temperatura ) voltae entregados por el sensor LM335.

$a 2i+ura ' ,uestra una +rá2ica te,#eratura contra voltaje de los resultados ,edidos!

Figura 5. *r+,ica temperatura medida contra voltae de salida del sensor LM335.

 A te,#eraturas bajas3 el error relativo es ,ayor 4con valores de 9asta 11N:! Con2or,e la te,#eratura se incre,enta3 el error relativo dis,inuye 9asta valores de &N!

Mediciones. 0

Sensibilidad del $%&&' O 1> ,v 6 8@! Paciendo la conversin de la 2r,ula de @elvin a Celsius! Co,o >8C O "& 8 @Q v O 1>,v4c: 5 "!&= Sacando dos #untos =t 4>: O "!& = y =t 4'>: O &!"& = a,bas tienen .ue dar =o O > = y =o O '= res#ectiva,ente! % O 4'7>: 6 4&!"&7"!&: O 1>Q ;endiente 4Ganancia: inal,ente! =o O 1> =t  "!& =! Justi2icacin de las resistencias! =o O 1> =t  "!& = Sustituyendo y se #ro#one una resistencia de 1>> To9,s #ara la a,#li2icacin #or  1>! A9ora es 9ora de deter,inar la resistencia #ara 9acer la di2erencia con el a,#li2icador! 1'= 41>> @ 6 R: O 7"!& = R O ')!0)' To9,s

Conclusiones Soto Álvarez del Castillo Gerardo Alberto l acondiciona,iento de la señal re#resent un incre,ento en el diseño en co,#aracin con el sensor anterior3 #ara este caso3 re.ueri,os de una eta#a e/tra .ue 2uncion co,o se+uidor de voltaje! Cuando lle+ el ,o,ento de #robar la #recisin del sensor3 nos 2ue ,uy satis2actorio encontrar un error ,á/i,o de 1 8C3 el cual es un #orcentaje de error  ,uy #e.ueño 4.ue lle+ a #resentar errores de 9asta & 8C:! $a linealidad del sensor 2ue correcta,ente co,#robada cuando +ra2ica,os el valor de las ,ediciones en la salida del CAS contra los voltajes es#erados!

Revilla Caro Javier Alejandro. l sensor de te,#eratura $%&&' es ,ás di2

salida de Hste es una salida de voltaje3 la salida está en +rados @elvin3 #or lo .ue tiene .ue #asar #or una eta#a de restador #ara #oder obtener el voltaje en +rados Cent<+rados 4Celsius:3 #ero Hsta ,is,a eta#a #uede introducir variaciones ,ás +randes debido a los valores reales de las resistencias! ;or otro lado3 el uso del circuito de calibracin no es ,uy con2iable3 dado .ue los #otenci,etros no son ,uy e/actos y el valor de su resistencia #uede ,odi2icarse #or el si,#le ,ovi,iento del circuito3 ,ientras .ue si se utiliza un #reset .ue es un #oco ,ás e/acto y ,ás di2
 Yáñez Anaya Uriel Yael Con errores ,enores de 1 8C en las ,ediciones3 y co,#arando la +rá2ica de voltaje de salida del CAS ideal con el CAS elaborado3 el siste,a #ro#uesto #ara ,edir te,#eratura ,ediante un $%&&' #uede ser cali2icado de adecuado y su2iciente,ente #reciso #ara a#licaciones do,Hsticas! Ya .ue este sensor re.uiri una eta#a ,ás .ue el anterior #ara su acondiciona,iento3 estuvo ,ás #ro#enso a errores3 #ese a .ue la ,edicin directa del sensor 2ue ,ás #recisa! sto debe to,arse en cuenta durante la ad.uisicin de sensores considerando las es#eci2icaciones re.ueridas del siste,a! s i,#ortante destacar .ue se utilizaron #otenci,etros en las eta#as de su,a de voltajes #ara ase+urar +anancias #recisas! As< #ues3 el uso de estas 9erra,ientas se #uede ver incre,entado en 2uturos siste,as #ara dis,inuir el error en #r/i,as ,ediciones!

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