Podemos plantear un sencillo esquema de alarma como el de la figura: V REF 3600( ) T

Transcripción

1 Lección 4. MEDIDA DE LA EMPEAUA. Diseñe un sistema de alarma de temperatura utilizando una NC. Deberá activarse cuando la temperatura ascienda por encima de ºC con una exactitud de ºC. Datos: B36K, δ mw/ºc y alimentación de 5. Podemos plantear un sencillo esquema de alarma como el de la figura: 5 5 EF A ºC la NC presenta una resistencia de valor: B( ) 36( ) e e 88Ω El incremento de temperatura máximo por autocalentamiento ha de ser menor que la exactitud deseada de ±ºC. La potencia aplicable a la NC ha de ser menor que la máxima admisible por autocalentamiento. Es decir: P disp P I p δ max omando un incremento máximo de,ºc, resulta que la corriente máxima permitida vale: I δ () x, 88 max,33 ma El valor de la resistencia serie se obtiene de: 5 I max ( ) 6363 Ω La tensión de comparación a ºC será:

2 ,. Se desea medir la temperatura de un determinado dispositivo, el cual va a trabajar en un margen de 5 ºC a 5 ºC. Se desea obtener, empleando como sensor una NC, una tensión entre y, con posibilidad de que sea 5 y 5, proporcional al margen de temperaturas anterior. Diseñar un circuito que realice estas funciones. Se dispone de una fuente de alimentación de ±5. De la NC se conoce: (5ºC) kω, (5ºC)3,7 kω, θ ºC/W, admisible,6 ºC. B ln 98 ln 3,7 43 B B C C C donde: C ºC y resulta: kω. c B( c ) ( e e,3kω ) u u o u o u o ( ) u 5 5 (ºC) El límite para la tensión de alimentación

3 x,6 u máx,7 θ tomamos. El valor de la resistencia a 5ºC es: ( ) (5º C) e 59,9 kω u omín,854 59,9 u omáx 5,36 3,7 Si queremos obtener un margen de salida entre, podemos empelar un amplificador diferencial: ( / ) (,854u ) ( / ) (5,36u esolviendo este sistema se obtiene: / 3,46, u,8. De igual forma para el margen de salida 5 5, resulta el mismo valor de / y u 3,5. La figura muestra el esquema propuesto.,8 3,5 u u ( ) o u u u 3

4 3. Se desea realizar una medida de temperatura entre ºC y 5ºC. Para ello se utiliza como elemento sensor una NC, cuyas principales características son: resistencia a 5ºC, kω±%; margen de temperatura: 4ºC a 5ºC; B49K; coeficiente de disipación, mw/ºc. Se pide: a) Calcular los elementos del circuito y DD si el error máximo permitido es de,ºc. b) Si el margen de entrada del CAD es de a, diseñe el circuito de adaptación de niveles. c) Si se desea una medida ratiométrica de la temperatura que valor ha de tomar EF. d) Donde situaría un filtro paso bajo C de Hz. Dibuje su esquema y calcule los valores de y C. DD EF Conversión in CAD bits a) C 5ºC B C kω 75, kω C B C DD δ 75,, 5,48 omamos DD 5 máx b) max min B( c ) 49( 73 (º C) e e 36, kω (5º C) e ke 33,68 kω 5 B( c ) 98 ) 49( ) 4

5 75,k o max DD 5 75,k 33,68k min 75,k 5 75,k 36,4k o min DD max 3,4,8 o ( ), sustituyendo valores, resulta: (,8 ) ( 3,4 ),8 ; kω; 38,6 kω 5 v v v o c) EF DD d) Delante del CAD; f C Hz πc 5

6 4. La temperatura medida por una D se puede encontrar en el margen de ºC a ºC. Diseñe el circuito de acondicionamiento necesario para lograr una señal de salida en el margen de a 5. Utilice una referencia de corriente de µa y conexión a 4 hilos. Datos de la D: Cu, Ω, α,4k. Para ºC: dmín I (ºC) 6 A Ω m Para ºC: dmáx I (ºC) 6 A (,4 ) 4, m Con un AI realizamos una amplificación previa de con lo que la salida estará en el margen de a,4. Para pasar al margen a 5, se puede proceder como en el ejercicio anterior., ma tº d AI o 5. Se dispone de un termopar que presenta la curva de calibración mostrada en la tabla cuando una de las uniones se mantiene a ºC. a) Si la temperatura de una de las uniones es de 45ºC y la unión con el equipo de medición es de ºC, cuál es la tensión medida? 45ºC Metal emperatura ºC Metal oltímetro 6

7 b) Si la tensión medida fuera de 3,4 m, a qué temperatura está la zona la unión suponiendo que el equipo de medición sigue a ºC? a) Aplicando la ley de las temperaturas intermedias: 45,, 45, 45,, 45, De la tabla obtiene que 45, 5,937 m y,,798 m. Por la tanto, la tensión medida será de 5,39m. b) Si la tensión medida x,, cuando una unión está a una temperatura x, y la otra a ºC, es de 3,4 m: x,, x, x, x,, x,3,4,7984,m De la tabla se obtiene que esta tensión corresponde a una temperatura de la zona caliente igual a 3ºC. 7

8 ºC ºC ensión termoeléctrica (m) Diseñe un circuito de acondicionamiento para un termopar de tipo K para un campo de medida entre ºC y ºC de forma que su salida esté comprendida en el margen a y compensando. Se compensará la unión fría analógicamente mediante una Pt. Suponga que la unión fría (o de referencia) puede estar comprendida entre ºC y 3ºC, α,385k. Según se ha visto en la teoría si queremos calcular con las tablas la temperatura de la unión de medida, tenemos que sumar a la tensión proporcionada por el termopar,, la tensión, que correspondería al mismo termopar en el que las temperaturas de las uniones fueran y ºC. Es decir:,,, La unión de referencia variará en el margen 3ºC, por lo que igual que antes linealizando en dicho margen de medida, se tiene:,3 m,397 m 3 4,, µ ( ) La tensión, se va ha obtener mediante una Pt en un circuito en puente como el de la figura a. Con objeto de mejorar la linealidad del puente es común colocar 8

9 resistencias iguales en las ramas superiores y de un valor r veces mayor que la resistencia de la D ( r ), así como seleccionar 3. r r f, f, 3 t (α f ) t (α f ) (a) (b) Del esquema anterior se tiene: operando: t 6, 4x ( µ ) t r r (α ) 4 Þ 4 r r [(α ) r] r 6 6 α (α r) /r) rα (r)(α r) Suponiendo r >>r, la ecuación anterior se simplifica: rα r 4x r 6 96 La figura muestra el circuito completo: 9

10 , r, r, AI Bloque isotermo 7. Un termopar tipo K es empleado en un sistema de medida para proporcionar una salida de a 5 correspondiente a una variación de temperatura de ºC a 5ºC. Para realizar la compensación de temperatura de la unión fría se emplea un sensor de temperatura de estado sólido de tres terminales el cual tiene una sensibilidad de m/ºc. Se pide realizar el circuito de acondicionamiento del sistema. Considere que la temperatura de la unión fría puede variar entre ºC y 3ºC. Aplicando la ley de las temperaturas intermedias: c, f c,,f c, c, f f, C f C,f Cu Cu Sumador C, m/ ºC Acondicionador f,

11 Linealizando la respuesta del termopar en el margen ºC 5ºC:,644 m,m c, C,4 5º C C (m /º C) Linealizando la respuesta del termopar en el margen ºC 3ºC: f,,3 m,m f 3º C,4 f (m /º C) donde f, se va a obtener mediante un sensor de temperatura de tipo semiconductor, cuya señal se va a amplificar mediante un amplificador diferencial. m m f,4 f º C º C,4,4 omamos MΩ y 4 kω C f AI v o v m/ºc v

12 8. El circuito de la figura utiliza el sensor integrado de temperatura LM35 para realizar la compensación de la unión fría del termopar. Dicho sensor tiene una sensibilidad de, m/ºc entre y ºC, con una exactitud de ±,5ºC. La salida del sensor está conectada al terminar de referencia de un amplificador de instrumentación. Si el termopar es de tipo K, y el amplificador se considera ideal determinar la ganancia del amplificador de forma que la tensión de salida sea independiente de la temperatura ambiente. Se adjunta la tabla de las tensiones termoeléctricas del termopar K, expresadas en m. Bloque isotermo a G AI 5 EF v o LM35 o Gα( j a ) EF Gα( j a ), m/ºcx a De la tabla del termopar tipo K obtenemos α: α 4,96m m º º C 4,96m º C Para que o sea independiente de a, se ha de cumplir que: Gα a, a G,/α44