Capítulo 20. Adquisición y control automático. Temperatura Pág 1 20B TEMPERATURA 1.2 ESCALAS DE TEMPERATURA Y RELACIONES

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1 Cpítul 20. Adquisición y cntrl utmátic. empertur Pág 1 20B EMPEAUA 1.- MEDIDA DE LA EMPEAUA 1.1 INODUCCION 1.2 ESCALAS DE EMPEAUA Y ELACIONES 1.3 DEFINICIONES 1.4 ESPUESA DINÁMICA DE LOS ANSDUCOES DE EMPEAUA 1.5 D: DEECOES DE EMPEAUA ESISIOS 2.- MEDIDA DE LA EMPEAUA CON LA P PUENE DE WHEASONE: = f ( d ) 2.2 ELACIÓN ENE ESISENCIA Y EMPEAUA 2.3 ESUMEN DEL POCESO 2.4 CICUIOS DE MEDIDA DEL PUENE 2.5 CICUIO DE CONOL DE POENCIA 2.6 EALIZACIÓN DE LAS PÁCICAS

2 Cpítul 20. Adquisición y cntrl utmátic. empertur Pág 2 1. MEDIDA DE LA EMPEAUA INODUCCIÓN. L tempertur es un cntidd intensiv, es decir, si se unen ds cuerps l mism tempertur, l tempertur finl es l mism, n el dble. L tempertur permite cncer el nivel térmic de un cuerp. Su medid se bs en l ley fundmentl de l termdinámic: cund ds cuerps están en equilibri térmic cn un tercer, ls tres están l mism tempertur. Existe equilibri térmic entre ds cuerps en cntct cund n se trnsfieren clr el un l tr. L medid de tempertur presupne un intercmbi de clr entre el cuerp medir y el trnsductr, hst lcnzr el equilibri térmic. Pr este mtiv, hy que tener presente que el hech de hcer un medid implic un cmbi de l mgnitud medir y pr tnt un errr implícit en l medid ESCALAS DE EMPEAUAS Y ELACIONES. HIELO APO DIFEENCIA Cer Abs. CELSIUS 0 C FAENHEI 0 F ANKINE KELIN 0 K C = ( F -32) 5 9 ; F = 9 C 32 5 = F K = C

3 Cpítul 20. Adquisición y cntrl utmátic. empertur Pág DEFINICIONES. rnsferenci de clr: es el intercmbi de energí clrífic. Se puede relizr pr un vris de ls siguientes medis: - Cnducción: pr difusión entre mteriles sólids fluids. - Cnvección: pr el mvimient de un fluid entre ds punts. - dición: pr nds electrmgnétics. Fluj clrífic: es l cntidd de clr trnsferid trvés de un superficie unidd pr unidd de tiemp. Cpcidd clrífic: es l cntidd de clr necesri pr umentr un grd l tempertur de un sistem de un cuerp. esistenci térmic: es l psición que present un cuerp l trnsmisión del clr su trvés. Es igul l diferenci de tempertur entre ls crs puests del cuerp dividid pr el fluj clrífic que l trvies. Cnductividd térmic: es l relción entre l velcidd temprl del fluj clrífic pr unidd de áre y el grdiente negtiv de tempertur pr unidd de espesr en l dirección del fluj clrífic. Cnstnte de tiemp térmic: es el tiemp necesri pr que l tempertur de un cuerp cmbie un 63.2% entre el vlr inicil y finl de tempertur cund el cuerp se smete un función esclón. Punt de ebullición: es l tempertur de equilibri entre ls fses líquid y vpr de un determind sustnci. Punt de cngelción: es l tempertur de equilibri entre ls fses liquid y sólid de un determind sustnci ESPUESA DINÁMICA DE LOS ANSDUCOES. Cund el trnsductr h lcnzd l tempertur que se quiere medir, el prces de trnsducción es instntáne. Per hst lcnzr est tempertur hy un retrd debid l inerci térmic del trnsductr. Si se intrduce en un bñ un tempertur, l tempertur indicd pr el trnsductr (i) evlucin de l frm siguiente: Despejnd i: MCp di dt - Ah( - i) = 0 i = MCp di ; Ah dt MCp i = Ah di = dt τ di dt

4 Cpítul 20. Adquisición y cntrl utmátic. empertur Pág 4 Dnde: M : ms del trnsductr. A : áre del trnsductr. Cp : clr especific. h : cnductividd térmic. : tempertur inicil. : tempertur del bñ. i : tempertur indicd pr el trnsductr. Si el cmbi de tempertur es brusc (esclón), l respuest será expnencil: i = (1 -e e ) dnde = MCp -t/ τ -t / τ 0 τ Ah Pr que l respuest se rápid cnviene que h se grnde, y Cp y l relción M/A sen pequeñs. Es decir, que el sensr teng pc densidd. Si el sensr está recubiert pr un element prtectr, l respuest sigue siend expnencil per es más lent 1.5. D: DEECOES DE EMPEAUA ESISIOS. El símbl generl pr indicr que l resistenci del detectr vrí de frm intrínsec linel, y l ntción junt dich líne dent que l vrición es debid l tempertur y tiene ceficiente psitiv. El fundment de l D es l vrición de l resistenci de un cnductr cn l tempertur. En un cnductr el númer de electrnes dispnibles pr l cnducción n cmbi preciblemente cn l tempertur. Per si l tempertur ument, ls vibrcines de ls átms lrededr de sus psicines de equilibri sn myres, y sí dispersn más eficzmente ls electrnes, reduciend su velcidd medi. Est implic un ceficiente de tempertur psitiv, es decir, un ument de l resistenci cn l tempertur. Est dependenci se puede expresr de l frm siguiente: 2 3 = (1 α ( ) β ( ) δ ( )...) (1)

5 Cpítul 20. Adquisición y cntrl utmátic. empertur Pág 5 dnde 0 es l resistenci l tempertur de referenci 0, y, b, d sn ls ceficientes de tempertur del metl de rden 1, 2, 3 Pr el pltin, cbre y níquel, en su mrgen linel, l ecución (1) se reduce l expresión: = 1 α ( )) (2) 0( 0 Mteriles: - El pltin es el metl que frece un mrgen linel más mpli cn un sensibilidd ceptble y un elevd precisión y exctitud. L snd más cmún es l Pt100 (100 Ω 0 C). - El níquel present un bj linelidd, per frece un ceficiente de tempertur elevd, l que implic un sensibilidd más lt. Pr tr ld es much más ecnómic que el pltin. - El cbre es el metl que present uns crcterístics mens relevntes per tmbién es el más ecnómic de ls trnsductres de tempertur resistivs empleds. L siguiente tbl muestr diferentes crcterístics de ls trnsductres mencinds: Cef () Alcnce Exctitud 100 / 0 Preci 0 Pt C 0.01 C Alt 100 Ni C 0.5 C Medi 120 Cu C 0.1 C Bj 10

6 Cpítul 20. Adquisición y cntrl utmátic. empertur Pág 6 2. MEDIDA DE LA EMPEAUA CON LA P PUENE DE WHEASONE: = f ( d ) El métd más empled pr medir pequeñs cmbis de resistenci cnsiste ds divisres de tensión en prlel, un de ls cules cntiene el trnsductr de tempertur. Si se diseñ de frm que en reps mbs divisres den l mism tensión (E = 0 ), sól hrá flt medir l diferenci de tensión entre ls slids pr btener un señl que dependerá de l vrible medir. Est estructur se cnce cm puente de Whetstne, l cul, demás de est prpiedd fundmentl, permite umentr l sensibilidd del sistem bse de situr diverss trnsductres en ls brzs pertinentes. El puente de medid que se utiliz en est práctic cnst de: - Ds resistencis de 633 Ω ( y b ). - Un resistenci de referenci (124 Ω) pr un tempertur de referenci (62 ºC), que llmrems y respectivmente. - Un trnsductr de tempertur (P100), cuy resistenci llmrems. Fig 1.5 -

7 Cpítul 20. Adquisición y cntrl utmátic. empertur Pág 7 L ecución del puente se btiene plicnd l terí de circuits. Si se tiene limentd el puente cn un tensión, l tensión de desequilibri del puente ( d ) vendrá dd pr: De est ecución se despej el vlr de, prtir del cul se pdrá deducir l tempertur l que está smetid l P100: (4) 2.2. ELACIÓN ENE ESISENCIA Y EMPEAUA. L tbl que se muestr en l págin siguiente crrespnde l tbl de clibrción de l P100 que el fbricnte suministr. En ést se puede bservr l resistenci que present el trnsductr ( ) pr ls diferentes temperturs (0 400 ºC). b d = d b = d b = 1 1 = d b d b 1 = (3).. = = b b d

8 Cpítul 20. Adquisición y cntrl utmátic. empertur Pág 8

9 Cpítul 20. Adquisición y cntrl utmátic. empertur Pág 9 Se puede representr l tbl de clibrción de l P100 de frm gráfic, dnde en el eje de bsciss tenems l tempertur y en el de rdends l resistenci : Si se tmn tds ests punts de muestr y se plic un métd numéric de prximción, se lleg un sl ecución prximd que crcteriz el cmprtmient de l P100: rect especificd pr l ecución 2. = 0 ( 1 α ( 0 )) (2) Medinte un sl ecución se prxim un cnjunt de 400 punts discrets, ls cules siguen un cmprtmient más mens linel, y es pr es que medinte un simple líne rect es suficiente, siend el errr cmetid desprecible. Si ests punts n hubiern seguid un ciert linelidd en td el intervl (0 400 ºC), l prximción medinte un rect cmeterí un errr cnsiderble, y se hubier tenid que empler un métd numéric de prximción pr trms un métd de interplción pr Splines. L figur de l págin siguiente muestr l rect que mejr prxim el ptrón de clibrción dd pr el fbricnte: = (5) Si igulms est expresión l ecución 2, pdrems cncer el vlr verdder de l cnstnte de l P100 empled en est práctic: 0 ( 1 α ( 0 )) = α =

10 Cpítul 20. Adquisición y cntrl utmátic. empertur Pág ESUMEN DEL POCESO. El prces l pdems resumir en ls siguientes pss: 1. Medid de l tensión de limentción. 2. Medid de l tensión d : desequilibri del puente prvcd pr l vrición de l resistenci de l P100 ( ), que su vez está prducid pr l vrición de l tempertur (). 3. Cálcul de l resistenci de l P100 ( ): = b d 1 (4) dnde: 0 = 124? = b = 633? 4. Cálcul de l tempertur (): dnde: = = α 1 α

11 Cpítul 20. Adquisición y cntrl utmátic. empertur Pág 11 Nt: A l tempertur mbiente l d es psitiv. A medid que l tempertur ument, l d disminuye, hst llegr l tempertur 62ºC, l que d es 0. Si l tempertur cntinu subiend, l d se hrá más y más negtiv CICUIOS DE MEDIDA DEL PUENE.

12 Cpítul 20. Adquisición y cntrl utmátic. empertur Pág CICUIO DE CONOL DE POENCIA. Intrduciend un tensión de referenci en l etp de cntrl de ptenci, se vrirá l ptenci entregd ls slddres, cn l cnsiguiente vrición de l tempertur de ésts. En l tbl djunt se present un relción prximd entre l tensión de referenci y l tempertur esperd: ensión de referenci empertur prximd del slddr 1 27º 2 70º 3 110º 4 145º 5 160º L electrónic scid este circuit de cntrl cnsiste en un tiristr, el cul crt el suministr de energí l crg, en este cs ls slddres, durnte un ciert intervl de tiemp en cd cicl de l señl de red. El cntrl de ptenci de ls slddres n se llev cb plicnd más mens tensión ls misms, sin sustryéndle el 100 pr 100 de ést durnte un intervl de tiemp ds veces pr cicl. L tensión de referenci es l que regul el ángul de crte del tiristr, es decir, dej psr tensión l crg más mens tiemp, cn l que el slddr recibe más mens ptenci respectivmente. ensines de referenci pr debj de 0.5 hcen que ls tiristres n cnduzcn. Entre 0.5 y 5, se vrí el ángul de crte de ls misms. A prtir de 5 ls tiristres cnducen el cicl cmplet, pr l que l tempertur de ls slddres es máxim.

13 Cpítul 20. Adquisición y cntrl utmátic. empertur Pág 13 Pr relizr el cntrl de l ptenci entregd cd slddr se h ptd pr utilizr un módul cntrldr de ángul de fse, que ctú directmente sbre ds tiristres en ntiprlel (ctund cm un tric), y prvcnd que l prte ctiv del cicl que liment ls slddres se más mens grnde según l tensión de cntrl que tengms en l entrd. L siguiente figur muestr el módul SEMIKON SKPC Cm entrd tenems l tensión de 220 de l red eléctric. Est tensión se ps pr un trnsfrmdr de islmient, pr l que ns segurms que td el rest del circuit qued cmpletmente isld de l red. cnt (Fuente limentción / cnversr D/A) COMPAADO DE ANGULO DE FASE FASE FASE CONOL DE EXCIACIÓN DE LOS IISOES A2 G2 A1 G1 M O D U L O W1C Generdr rmp intern ESE Fig 1.9 DEECO DE PASO PO CEO ANSFOMADO DE AISLAMIENO 220 c A cntinución del trnsfrmdr de islmient tenems un detectr de ps pr cer del cicl de tensión ltern, del cul se btienen tres señles: eset, que ctú directmente sbre un generdr de rmp intern, y Fse y Fse negd, pr trbjr tnt en el cicl psitiv cm en el negtiv. L tensión de referenci que prgrmms prtir de l fuente de limentción cnversr digitl/nlógic se cmpr cn l señl del generdr de rmp. En el cs de que se myr l tensión de referenci, se ctiv un tiristr u tr, dependiend de si estms trbjnd en el cicl psitiv negtiv, prvcnd l vrición de ptenci suministrd l slddr. Cm circuiterí extern está el módul W1C, que está frmd pr ds tiristres en ntiprlel, un circuit C y un vristr en prlel pr slventr ls prblems en l cnmutción de ls tiristres, y un fusible pr l líne de 220. d est prte del circuit l tenems integrd en un módul SEMIKON W1C.

14 Cpítul 20. Adquisición y cntrl utmátic. empertur Pág 14 MODULO W1C Pr cntrlr ls ds slddres necesitms ds tensines: un será l fuente psitiv y l tr l tmms del cnversr digitl-nlógic (trjet 3 del DM5010). A cntinución se present un ejempl de prgrmción del cnversr digitl/nlógic pr cntrlr ls slddres:

15 Cpítul 20. Adquisición y cntrl utmátic. empertur Pág EALIZACIÓN DE LAS PÁCICAS. Cntrl de tempertur pr refrigerción cn el ventildr. Grups Mntener l tempertur de un slddr un vlr predetermind dentr un estrech mrgen de ds tres grds medinte el cntrl de l velcidd del ventildr. En pntll situr ls márgenes de tempertur medinte ds línes pr ver si l tempertur del slddr se mntiene dentr de ésts. L tensión plicd l slddr se mntendrá fij. L entrd del circuit de cntrl de ptenci se mntendrá 5 psitivs. L tensión del ventildr puede vrir entre 7 y 12. L tempertur se tmrá tcnd el slddr cn l punt del trnsductr P100. Se hrá un prmedi de vris medids pr un myr precisión. Hcer un representción gráfic de l evlución de l tempertur en función del tiemp. epresentr cd vlr medid que se lee, sin esperr leer tds ls dts pr representrls. Esquem: 220 Alimentción Circuit de ptenci Clefctr Pt100 Puente 5 entildr Fuente 7-12 Ordendr Plímetr Cntrl de tempertur vrind l tensión de referenci, bien pr td nd. Grups Se trt, igul que en el cs nterir, de mntener l tempertur del slddr dentr de ciert intervl de tempertur predetermind, per en est csión dejrems cnstnte l refrigerción, n l utilizrems, y l regulción l btendrems medinte el cntrl de

16 Cpítul 20. Adquisición y cntrl utmátic. empertur Pág 16 l tensión de referenci que se plic l circuit de cntrl de ptenci, y se pr td nd, bien pr tensión reguld. 220 Alimentción Circuit de ptenci Clefctr Pt100 Puente 0 5 ensión de cntrl (fuente limentción) Ordendr Plímetr El esquem en blques y ls especificcines sn ls del primer cs. Dr indiccines de si el mrgen pedid de regulción es n lcnzble. Indicr ls desvicines máxims de tempertur respect l punt medi del intervl dd, en grds en % de errr.