UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
FACULTAD DE INGENIERÍA
LABORATORIO DE FUNDAMENTOS DE CONTROL
PRÁCTICA NO. 7
CONTROL DE TEMPERATURA - INTRODUCCIÓN
“
FECHA DE REALIZACIÓN: 8 DE ABRIL 2014
FECHA DE ENTREGA: 29 DE ABRIL 2014
Nombres: Hernández Reyes Daniel Ernesto Vega Ruíz Juan Carlos Grupo: 3
”
Objetivos: Al concluir la práctica el alumno conocerá cada elemento de los módulos G34 y TY34/EV y será capaz de alambrarlo correctamente. Se familiarizará con el uso de los transductores de temperatura y sus características. Material y equipo:
1 fuente PS1/EV
1 fuente PS2A/EV
1 Módulo de Temperatura TY34/EV y controlador G34
1 multímetro
1 Juego de cables B-B chicos para conexión.
2 cables de alimentación.
1 Transductor STT
1 Transductor RTD
1 Transductor THC
1 multi-contacto.
Desarrollo de la práctica:
Para el desarrollo de la práctica se utilizará un sistema que consta de dos módulos, el módulo G34 y el módulo TY34/EV. Como se observa en la figura 1, este módulo se compone a su vez de un conjunto de ocho bloques, que representan a otros tantos circuitos electrónicos los cuales realizan cada uno una función muy concreta. Dicha figura muestra también las conexiones que unen los diferentes bloques, así como los puntos de medición.
En esta práctica sólo se observarán las características del transductor de semiconductor (STT). Debido a que el transductor utilizado es de tres hilos, se ha adaptado un amplificador diferencial para minimizar el valor resistivo de los alambres del transductor. El equipo está provisto también de un indicador de sobretemperatura, de este modo cada que se rebase la temperatura de 150°C se encenderá un indicador y se tendrá que apagar la fuente de calor donde se encuentra el transductor. Este acondicionador de señal proporciona un rango de voltajes de 0 y 8 V que corresponden a los rangos de temperatura entre 0 y 150°C respectivamente y como la salida del transductor debe ser lineal entonces la constante de proporcionalidad que se obtiene de la relación entre el voltaje y la temperatura es: Cte. De proporcionalidad =53.3 mV/°C En el módulo TY34/EV se encuentran ubicados los transductores así como la resistencia calefactora y el ventilador de enfriamiento como s e muestra en la siguiente figura.
Normalmente no es posible manipular la magnitud de la señal eléctrica de salida de un transductor, ya sea porque el campo de medición no sea el deseado, la potencia de la señal proporcionada es demasiado baja, o bien porque no es compatible con la etapa a la que se pretende conectar, debido a esto el transductor se le debe acoplar una etapa de acondicionador de la señal. Cabe mencionar que la presencia del transductor constituye un elemento de perturbación en el proceso que se pretende analizar.
Transductor de semiconductor (STT) En este tipo de transductores de temperatura se aprovecha la gran sensibilidad que tienen los semiconductores a la temperatura. Aunque ofrecen un rango de temperatura más alto que el de otros transductores y tienen un costo inferior cuentan con una linealidad menor. Normalmente, la conexión entre el transductor y su correspondiente acondicionador de señal es de dos hilos, cuando varía la temperatura de los cables de conexión el valor de la resistencia total del transductor más los cables cambia, sin embargo en la mayoría de casos el error producido por la resistencia de los cables es despreciable. Todos los cables que salen del transductor son del mismo material y tienen la misma longitud de tal forma que su resistencia es la misma, por lo tanto, con un amplificador diferencial podrá obtenerse un voltaje que depende solamente de la resistencia. Físicamente estos transductores tienen la apariencia de una resistencia ¼ de watt o de un diodo de señal normal. Las características del transductor son:
Resistencia nominal: 1000 Ω (25°C, 1 mA)
Rango de temperaturas: -55 a 175 °C
Tolerancia máxima: 1%
Coeficiente de temperatura: 0.75%/°C
Se verificaron las conexiones descritas en la práctica, al pie de la letra. Se procedió a encender las fuentes PS1/EV y PS2A/EV. Se llenó la siguiente tabla, tomando lecturas de temperatura en el display del bloque “TEMPERATURE METER” del módulo G34 y de voltaje en el multímetro. Temperatura (°C) Ta= 27 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
Voltaje (V) 0 1.675 2.139 2.637 3.168 3.7 4.235 4.763 5.36 5.81 6.339 6.87 7.4 8
Hoja de resultados:
1.- ¿Cuál es el objetivo de la práctica? Además de conocer el funcionamiento del módulo G34 y de la planta TY34/EV, se observó la importancia de los transductores, en este caso c omo caracterizar un sensor SST que está formado por un semiconductor. Los transductores nos permiten censar, transformar señales físicas de un tipo a otro tipo. En este caso se transforman señales de temperatura a señales eléctricas. En esto, es importante considerar una c onstante de proporcionalidad que lo da el acondicionador, y que nos dice una equivalencia, entre las señales físicas de tipo de temperatura, para convertirlas a señales de tipo eléctrico, que posteriormente es procesado por el módulo G34. 2.- ¿Para qué sirve la etapa de acondicionamiento de un transductor? Sirve, como ya se menciono, para transformar por medio de equivalencias, una señal de temperatura a una señal eléctrica, y de esta forma, que el controlador pueda saber lo que mide el sensor y conforme a ello, determinar una entrada o un controlador mismo de PID. 3.- Elabore una gráfica con los datos en la tabla. 4.- Trazar una curva que se aproxime a todos los puntos de la gráfica de la pregunta 3. (Curva característica del transductor). Realizando la regresión lineal de los puntos datos por la tabla, usando Matlab, de obtiene: >> T=30:10:150; >> V=[1.675,2.139,2.637,3.168,3.7,4.235,4.763,5.36,5.81,6.339,6.87,7.4,8]; >> plot(T,V,'bo') >> p=polyfit(T,V,1) p =
>> >> >> >> >> >> >>
0.0528 0.0271 x=0:0.001:200; y=p(1)*x+p(2); hold on plot(x,y,'r') grid title('Temperatura vs Voltaje') xlabel('T [°C]') ylabel('V [V]')
De la regresión lineal se obtiene que la pendiente y la ordenada al origen son:
La pendiente indica la constante de proporcionalidad del transductor, que es:
] [ ][ ][ 9.- Conclusiones En esta práctica observamos la importancia de lo s transductores y conocimos tres tipos de transductores para censar la temperatura de un me dio, sus características y con ello saber cuál es el ideal dependiendo de la aplicación. Observamos la importancia del acondicionador, que “acondiciona” la respuesta física del sistema, pasando de señales de temperaturas a eléctricas por medio de equivalencias, qu e son establecidas por la constante de proporcionalidad. Del experimento obtuvimos un valor de constante de proporcional muy cercano al valor teórico, con lo cual también aprendimos a como caracterizar a un transductor y con forme a ello establecer las equ ivalencias.
