Sistema de Adquisicion de Datos (SAD)

Sistema de Control de Temperatura

Alumnos: Moiss Moreno Mario Toledo Adrian Minjarez

11 de diciembre de 2008

INTRODUCCIN La prctica que se realiz fue con la finalidad de ver el funcionamiento, uso y aplicaciones de los amplificadores operacionales (OpAmps), esta es una de las configuraciones ms comunes, aadiendo un sensor de temperatura Lm35 para interactuar con dicho amplificador. La construccin y funcionamiento de este circuito consisti en que se lograra controlar y/o mantener cierta temperatura en un dispositivo el cual trabajara dentro de un rango de temperatura, adems de que se podr visualizar el aumento o disminucin de la misma en un monitor OBJETIVO El alumno aplicara los conocimientos obtenidos a lo largo del curso para la construccin de un sistema de control de temperatura el cual podr trabajar de forma automtica.

MARCO TEORICO Sensor de temperatura LM 35 Descripcin: El LM35 es un sensor de temperatura con una precisin calibrada de 1C y un rango que abarca desde -55 a +150C. El sensor se presenta en diferentes encapsulados pero el ms comn es el to-92 de igual forma que un tpico transistor con 3 patas, dos de ellas para alimentarlo y la tercera nos entrega un valor de tensin 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/C por lo tanto:

+1500mV = 150C +250mV = 25C -550mV = -55C

Funcionamiento: Para hacernos un termmetro lo nico que necesitamos es un voltmetro bien calibrado y en la escala correcta para que nos muestre el voltaje equivalente a temperatura. El LM35 funciona en el rango de alimentacin 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 exploracin.

Amplificador Operacional 741

La temperatura No es una forma de energa, sino una medida de la cantidad de energa 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 energa cintica de las molculas. Cuando un objeto se siente caliente, los tomos en su interior se estn

moviendo rpidamente en direcciones aleatorias y cuando se siente fro, los tomos se estn moviendo lentamente. Escalas de Temperatura Cinco escalas diferentes de temperatura estn en uso en estos das: la Celsius, conocida tambin como escala centgrada, el Fahrenheit, la Kelvin, la Rankine, y la escala internacional de temperatura termodinmica. La escala centgrada, con un punto de congelacin de 0 C y un punto de ebullicin de 100C, se usa ampliamente en todo el mundo, particularmente para el trabajo cientfico, aunque que fue destituida oficialmente en 1950 por la escala internacional de temperatura. La escala Fahrenheit, usada en pases de habla inglesa es usada no solo con propsitos de trabajo cientfico sino con otros propsitos y con base en el termmetro de mercurio, el punto de congelacin del agua se define en 32 F y el punto de ebullicin en 212 F. En la escala Kelvin, es la ms usada en escala termodinmica de temperatura, el cero se define como el cero absoluto de la temperatura, que es, -273.15C -459.67 F. Otra escala que emplea el cero absoluto como su punto ms 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 congelacin del agua en la escala de Rankine es de 492 R, y el punto de ebullicin es de 672 R. Voltmetro luminoso Un voltmetro de columna luminosa despliega una columna de luz cuya altura es proporcional al voltaje. Los fabricantes de equipo para audio y de aplicaciones mdicas pueden reemplazar los paneles de medidores analgicos con voltmetro grfico luminoso debido a que son ms fciles de leer a distancia. Un voltmetro grfico luminoso se construye con el circuito de la figura 2-9. Real se ajusta de modo que fluya 1 roA a travs 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 polarizacin inversa. Al aumentar E hasta que alcance un valor entre 1 y 2 V, slo la salida del amplificador 1 se torna positiva y enciende a LED1. Ntese que la corriente de salida del amplificador queda automticamente 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 numrico. Este circuito tambin se puede construir con dos y medio amplificadores cudruples LM324.

Comparador inversor

no

Placa de pruebas

Una placa de pruebas, tambin conocida como protoboard o breadboard, es una placa de uso genrico reutilizable o semi permanente, usado para construir prototipos de circuitos electrnicos con o sin soldadura. Normalmente se utilizan para la realizacin de pruebas experimentales. Adems de los Protoboard plsticos, libres de soldadura, tambin existen en el mercado otros modelos de placas de prueba.

Potencimetro La resistencia variable es un dispositivo que tiene un contacto mvil que se mueve a lo largo de la superficie de una resistencia de valor total constante. Este contacto mvil se llama cursor o flecha y divide la resistencia en dos resistencias cuyos valores son menores y cuya suma tendr siempre el valor de la resistencia total. Los potencimetros y los restatos se diferencias entre s, entre otras cosas, por la forma en que se conectan. En el caso de los potencimetros, stos se conectan en paralelo al circuito y se comporta como un divisor de tensin.

Diodo emisor de luz Diodo emisor de luz, tambin conocido como LED (acrnimo del ingls de LightEmitting Diode) es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz coherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unin PN del mismo y circula por l una corriente elctrica. Este fenmeno es una forma de electroluminiscencia. El color (longitud de onda), depende del material semiconductor empleado en la construccin del diodo y puede variar desde el ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo. Los diodos emisores de luz que emiten luz ultravioleta tambin reciben el nombre de UV LED (UltraV'iolet Light-Emitting Diode) y los que emiten luz infrarroja suelen recibir la denominacin 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 elctrica. La resistencia de un circuito elctrico determina segn la llamada ley de Ohm cunta 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 tensin de 1 voltio. La abreviatura habitual para la resistencia elctrica es R, y el

smbolo del ohmio es la letra griega omega, . En algunos clculos elctricos 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 smbolo es S. An puede encontrarse en ciertas obras la denominacin antigua de esta unidad, mho.

Diodo Un diodo (del griego "dos caminos") es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente elctrica en una nica direccin con caractersticas similares a un interruptor. De forma simplificada, la curva caracterstica 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 pequea resistencia elctrica. 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 est basado en los experimentos de Lee De Forest.

RELEVADOR

El Rel es un interruptor operado magnticamente. Este se activa o desactiva (dependiendo de la conexin) cuando el electroimn (que forma parte del Rel) es energizado (le damos tensin para que funcione). Esta operacin causa que exista conexin o no, entre dos o ms terminales del dispositivo (el Rel). Esta conexin se logra con la atraccin o repulsin de un pequeo brazo, llamado armadura, por el electroimn. Este pequeo brazo conecta o desconecta los terminales antes mencionados. Si el electroimn est activo jala el brazo (armadura) y conecta los puntos C y D. Si el electroimn se desactiva, conecta los puntos D y E. De esta manera se puede conectar algo, cuando el electroimn est activo, y otra cosa conectada, cuando est inactivo. Es importante saber cul es la resistencia del bobinado del electroimn (lo que est entre los terminales A y B) que activa el rel y con cuanto voltaje este se activa. Este voltaje y esta resistencia nos informan que magnitud debe de tener la seal que activar el rel y cuanta corriente se debe suministrar a ste. La corriente se obtiene con ayuda de la Ley de Ohm: I = V / R. donde: I V es es la corriente el necesaria voltaje para para activar activar el el rel rel

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

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 milmetro. 11. 4 potencimetros de 10 k. 12. 1 rel 13. 2 transistores 2N2222

Desarrollo del Proyecto

El sistema consta de la construccin 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 alimentacin 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 ser alto y otro bajo. Y tendremos un tercer voltaje que se mover 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 ser la seal del sensor amplificada, cuando el voltaje variable es mayor que el voltaje de referencia alto (5.8v) la salida tendremos voltaje de saturacin positivo y en el otro comparador del voltaje de referencia bajo no tendremos voltaje de saturacin 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 tendr 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 seguir subiendo y al llegar a los 58 grados encender un abanico que enfriara el agua. El abanico estar encendido mientras la temperatura este arriba de los 58 grados, cuando la temperatura este en 57.9 el abanico se apagara. Notando as que entre nuestro sistema de mantiene de manera automtica una temperatura en un rango de 54 a 58 grados.

Conclusiones Al realizar este proyecto, se aprendi y se puso en prctica el conocimiento adquirido a lo largo del curso, como es el uso de OpAms, Lm35, relevadores, potencimetros de precisin, transistores, etc. Al realizar este proyecto combinamos las practicas que ya habamos hecho en clase en una sola, el problema era que si bien las habamos hecho por separado el problema era unirlas para que trabajaran en conjunto y correctamente. Al hacer esta prctica nos dimos cuenta que el uso de simuladores son de gran ayuda, nosotros usamos el programa LiveWire, ah hicimos el circuito del monitor y esa fue la base para poder terminar el proyecto ya que al hacer el circuito en la simulacin 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 sabamos bien lo que estbamos haciendo y como consecuencia quemamos algunas piezas de nuestro material de trabajo. Esto nos llevo a consultar libros, hacer bosquejos en papel de cmo debera de trabajar el circuito, como interactuara el uno con el otro, llegamos al grado de cansarnos y frstranos porque no estbamos obteniendo el resultado esperado pero nuestra perseverancia nos ayudo. Ahora que ya hemos terminado el proyecto nos damos cuenta que no era muy difcil lo que queramos 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 habamos hecho con anterioridad, a consultar hojas de especificaciones, voltajes y conexiones.