Instrumentación Electrónica

Transcripción

1 Práctica de Laboratorio Práctica 4 Medidas de Temperatura

2 Práctica de laboratorio Transductores de temperatura. En esta práctica tomaremos contacto con varios transductores de temperatura, para analizar sus características y ver cómo se manejan para extraer la medida de forma eficaz y precisa. Nos presentan los modelos AD590, LM35 y LM335, con sus parecidos y sus diferencias; obviamente, todos ellos son transductores de temperatura, lo que implica que la temperatura es la magnitud física que modifica alguna característica eléctrica de cada dispositivo, las diferencias se centran en la magnitud que cambia, que puede ser la corriente (como en el AD590) o la tensión (como en el LM35 o el LM335), y en las referencias (calibración del cero ). A la hora de hablar de la sensibilidad de estos dispositivos, encontramos que ésta está relacionando la magnitud medida (temperatura) con la característica que varía: la sensibilidad del AD590 es de 1 µa/k, lo que indica que variará la corriente con la temperatura y cuánto lo hará; la del LM35 es de 10 mv/ºc y la del LM335 de 10 mv/k, lo que quiere decir que la sensibilidad es la misma, sin embargo, aunque los grados centígrados y los grados Kelvin son iguales, no lo es su referencia (cero), que nos informa en este caso de que la corriente del AD590 es proporcional a la temperatura absoluta (Kelvin), igual que la tensión del LM335, mientras que la tensión en el LM35 es proporcional a la temperatura Celsius (0 V a 0 ºC). Así pues, conocemos la pendiente de la recta de calibración de los transductores y su medida a una temperatura (por ejemplo a 0 ºC), con lo que su recta de calibración es conocida en su totalidad. Llama la atención, a primera vista, que la respuesta es totalmente lineal, cuando lo habitual es que cada transductor necesite un circuito para acondicionar la señal y hacerla legible ; esto se debe a que estos chips incorporan su propio circuito acondicionador, que se encarga de linealizar la salida y presentar un valor (de corriente o de tensión) que se pueda manejar fácilmente en circuitos con componentes electrónicos comerciales (margen de tensión de alimentación ), lo que permite integrarlos fácilmente en conjuntos que ofrecen esta medida de formas más visuales. AD590 Se trata de un circuito integrado con dos terminales, que contiene una fuente de corriente controlada por la temperatura, en realidad un limitador de corriente, en función de la temperatura. Figura 1. Lectura de tensión con AD590. 1

3 Para medir la salida que nos da este chip hacemos pasar a través de una resistencia de valor conocido la corriente que éste nos ofrece. Para 25 ºC, por ejemplo: Pero las resistencias no son perfectas, de modo que deberíamos usar una de alta precisión o, de forma opcional, hacer uso de un potenciómetro de ajuste para calibrar el circuito. Figura 2. Sistema para calibrar la resistencia de medida. Este esquema permite la medida de la temperatura en forma de tensión, pero no hay ninguna ventaja respecto al LM35 o al LM335, que ofrecen directamente la medida en tensión. Pero sí tiene una ventaja, si queremos medir la temperatura en un lugar a una distancia del circuito, ya que podemos alejar el transductor, sin que ello afecte a la medida, porque la corriente, a través de largos hilos, no modifica la respuesta del circuito (la corriente no se pierde); aparecerá una caída de tensión en los hilos, pero para las intensidades que se manejan serán muy bajas y se salvan aumentando (si llegara a ser necesario) la tensión de alimentación del circuito. Normalmente, cuando se quiera alejar el sensor del circuito, se usará un par trenzado, para evitar interferencias de tipo eléctrico o electromagnético. Figura 3. Al alejar el sensor, la resistencia de los hilos no afecta a la medida. 2

4 Si conectáramos varios sensores AD590, en lugar de uno sólo, al conectarlos en serie no notaremos ninguna diferencia, salvo que en cada uno de ellos se presentará una caída de tensión, que se va sumando y puede ser necesario aumentar el valor de la alimentación; sin embargo, si los conectamos en paralelo se suman sus corrientes, de modo que aumenta en la misma proporción la sensibilidad del dispositivo, pero no es ninguna ventaja, existiendo amplificadores, salvo el hecho estadístico de que, al sumar varios generadores de corriente, la suma disminuye el error que pudiera aportar cada uno de ellos. LM35 Este transductor se presenta en un encapsulado de tres terminales, igual al de pequeños transistores de baja potencia y se comporta como un regulador de tensión serie, tiene un terminal de alimentación (Vcc), uno de masa y la salida regulada. Y éste lo tenemos en el laboratorio, de forma tangible, lo que nos permite pasar de la teoría a la práctica en su estudio. Figura 4. LM35, en encapsulado TO-92. En primer lugar, puesto que conocemos su recta de calibración (10 mv/ºc y 0 V a 0 ºC), procedemos a alimentar el transductor y medir su salida; a temperatura ambiente medimos 220 mv, que corresponden a 22 ºC y damos por buena la medida, a continuación lo tomamos con los dedos, calentándolo levemente, y vemos cómo la medida aumenta hasta pasar de 300 mv sin dificultad, lo que confirma que el chip está en buenas condiciones. Para las medidas posteriores, lo conectamos al osciloscopio, en el que observaremos simultáneamente las medidas en varios puntos del circuito que vamos a montar. Montaremos un circuito acondicionador de señal con el objeto de obtener una sensibilidad de 110 mv/ºc. El esquema se expone a continuación y su ganancia se fija por medio de los valores de las resistencias R1 y R, de 10 kω y 100 kω respectivamente. 3

5 Figura 5. Acondicionador de señal, para obtener 110 mv/ºc. Dado que R1 tiene una tolerancia del 10%, usaremos una resistencia de precisión de 90,6 kω, con un potenciómetro de ajuste conectado en serie. Si el valor de la primera resistencia fuera el nominal, la segunda debería ser de 10 k, por lo que elegimos un potenciómetro de 20 k (usaremos el valor comercial 22 k ), con el fin de conseguir el ajuste cerca del centro de su recorrido, con margen para absorber tanto un defecto como un exceso en el valor de R1. Figura 6. Esquema final, con potenciómetro de calibración. Mientras medimos simultáneamente la tensión en la entrada y en la salida, con el osciloscopio, vamos tocando el potenciómetro de ajuste, hasta conseguir la ganancia del montaje que buscábamos (11 10 mv/ºc). Una vez ajustado, comprobamos cómo dando distintas temperaturas al sensor, las tensiones, tanto de entrada como de salida, varían en consonancia. Una vez todo comprobado, medimos el valor del potenciómetro (en el punto de ajuste) y vemos 6,57 k, lo que significa que R vale 97,17 k, por lo que podemos calcular el valor real de R1 El valor real (con mucha más precisión que el 10%) de R1 es Como se puede ver, la precisión está dentro de la tolerancia marcada del 10%: Al igual que con el AD590, se pueden poner varios LM35 en paralelo, y no se notará ninguna diferencia, porque presentarán la misma tensión que uno sólo; si los intentamos conectar en serie, deberíamos conectar la masa (referencia) de uno de ellos a la salida de otro, que no será capaz de alimentarle, por lo que la conexión no es posible. 4