Prácticas de Control Analógico, Servomecanismos (2013)
PRACTICA #1: SENSOR DE TEMPERATURA ON-OFF
Rodríguez Rendón Cesar 1 Nava Chávez Diego Arturo 1 Flores Guerrero Laura Grizel1. 1
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Zacatenco. Av. Instituto Politécnico Nacional s/n, Unidad Profesional "Adolfo López Mateos", Edif 2 Col. Lindavista, Del. Gustavo A. Madero, México, D.F. C.P. 0773
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Resumen El presente artículo documenta inicialmente, teoría básica de los elementos y procesos electrónicos implementados a control, que nos ayudaron al diseño y elaboración del sensor de temperatura. Dichos elementos son los conocidos amplificadores operacionales, los cuales tienen distintas formas de conexión en donde cada conexión tiene un fin en particular, que iremos iremos viendo en el transcurso del semestre.
Abstract This article starts documented, basic theory of the electronic elements and processes implemented to control, which helped us to design and development of the temperature sensor. These elements are known operational amplifiers, which have different ways for connection where each connection has a particular purpose that we will see in the course of the semester.
Objetivo General: Realizar un sensor de Temperatura. características de los operacionales LM741 y d el sensor LM35. Objetivos Particulares: Conocer el funcionamiento y características
I. INTRODUCCIÓN
II. MARCO TEORICO
Cada proceso en la industria debe ser controlado de alguna manera, y esta necesidad muchas veces incluye la medición de la temperatura.
Sensor Sensor de Tempe Temperatura L M35
Existen diversos sensores de temperatura, para realizar la medición de dicha variable. El ingeniero osease, nosotros, debemos de tener la capacidad de decidir cuál de los sensores se debe de seleccionar para cada situación o aplicación en particular.
El sensor de temperatura LM35 es un integrado de precisión, cuyo voltaje de salida es linealmente proporcional a temperatura en ºC. El LM35 por lo tanto tiene una ventaja sobre los sensores de temperatura lineal calibrada en grados Kelvin: que el usuario no está obligado a tomar un gran gran voltaje para obtener grados centígrados.
Nosotros en esta práctica usaremos un sensor de uso general por lo que tiene sus limitaciones, sin embargo si sabemos cómo funciona este, probablemente logremos entender rápidamente el funcionamiento de los demás, ya que el funcionamiento es muy similar lo que va cambiando son los rangos de temperatura a los que se trabaja. Lo mismo pasa con los operacionales en la industria trabajan otro rango de temperaturas.
FIGURA 1. Sensor de Temperatura LM35
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El dispositivo se ajusta y calibra durante el proceso de producción, aunque para asegurarnos debemos de buscar un método de calibración seguro.
Normalmente para la elaboración de aplicaciones y de investigación se usa el operacional LM741 representado en la figura 2 como circuito integrado.
Sus principales características son las siguientes:
Implementa grados Celsius
Factor de escala lineal de +10 mV / ºC
Rango de trabajo: -55 ºC a +150 ºC
Bajo coste
Funciona con alimentaciones entre 4V a 30V
Menos de 60 µA de consumo
:
FIGURA 3. Circuito integrado A.O LM741.
Baja impedancia de salida, 0,1W para cargas de 1mA
Amplificadores Operacionales El concepto original del Amplificador Operacional (AO) procede del campo de los computadores analógicos, su nombre deriva del concepto de un amplificador DC (amplificador acoplado en continua) con una entrada diferencial y ganancia extremadamente alta, cuyas características de operación estaban determinadas por los elementos de retroalimentación utilizados.
Las principales características de los operacionales son las siguientes:
Debe poseer ganancia infinita
Impedancia de entrada debe ser infinita
La impedancia de salida debe ser nula.
Los primeros A.O fueron valvulares, con voltajes de alimentación ±300 volts; siguieron los construidos con elementos discretos y actualmente se dispone de ellos como un circuito integrado en tamaño miniatura comparados a cómo eran anteriormente. Su alimentación va de ±15 volts pudiéndose alimentar entre ±3 y ±22 volts. En la figura 2 se muestra la representación simbólica de un A.O
No debe de producirse corrimiento de fase entre la señal de salida y entrada Debe poseer una entrada que permita un desfase entre la señal de salida y la de entrada de 180º Ancho de banda infinito. Puede trabajar en un margen amplio de temperaturas
III MATERIALES 3 Operacionales LM741 10 Resistencias de 330 Ω 3 Resistencias de 10 KΩ 3 Resistencias de 330KΩ 3 Resistencias de 1KΩ 1 Potenciómetro de 50 KΩ
3 Potenciómetros cualquier valor. 1 Transistor BC547 1 Relevador.
FIGURA 2. A.O Con dos entradas inversora y no inversora y una salida asimétrica.
1 Foco
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IV DESARROLLO 1.-Primeramente se debe adquirir todo el material mencionado anteriormente.
5.- Finalmente solo queda conectar la parte del switcheo con el transistor y el relé y conectar completamente el circuito: conectamos nuestro sensor, foco y nuestra fuente a la línea, como se muestra en la figura 6 .
2.- Revisar los datasheet del sensor LM35 como de los operacionales LM74. Para saber sus especificaciones de trabajo. 3.-El circuito completo consta de dos partes, primero se armara lo que se muestra en la figura 4. Que es un operacional que está funcionando como sumador inversor en donde el Punto de Operación (S.P) se establece por medio del Potenciómetro de 50K Ω
FIGURA 4. Sumador Inversor. 4.- Proseguimos a armar la segunda parte del circuito que se muestra en la figura 5. Ahora el operacional está funcionando como comparador, y está comparando lo que le llega de la salida de la figura 4, con el valor que establezcamos en el potenciómetro para que el voltaje de saturación sea máximo y así se pueda realizar el switcheo. .
FIGURA 5. Comparador
FIGURA 6. Circuito control de temperatura completo
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6.- Ponemos en funcionamiento nuestro controlador de temperatura y con ayuda del multímetro verificamos que esté funcionando de manera correcta a lo establecido.
V. RESULTADOS Y APLICACIONES Finalmente comprobamos por medio de nuestras mediciones que el diseño como la construcción del circuito se realizó de manera exitosa. Este tipo de controlador es uno de los más simples, a pesar de ello lo vemos en varios lugares tanto industriales como en nuestros mismos hogares tal es el caso de los termóstatos de los boiler donde la salida del control es On-Off al igual que en los utilizados en los automóviles. También este tipo de controladores son aplicables en calefactores, refrigeradores entre otros. Lo importante de ello es saber que lo que se realiza, esta aplicado en diversos lugares y cosas de uso diario.
-Flores Guerrero Laura Grizel En la etapa sensorica, la señal proveniente del LM35 es tratada por medio de los LM741 los cuales son amplificadores operacionales, estos amplificadores se les da una ganancia de 5 por medio de los cálculos realizados según el datasheet del LM35 y LM741. Se sabe que el LM35 tiene un comportamiento lineal y a su salida 10mV/C°. En esta práctica se trabajó con una salida máxima del sensor de 1V cuando este censé una señal de 100 C° amplificándola a un valor máximo de voltaje de 5V.
VII. BIBLIOGRAFIA [1] FRANCIS, Robert, et al. Amplificadores “
Operacionales Y Circuitos Integrados Lineales”, Editorial Pearson S.A, Quinta Edición. [2] GARCIA, Emilio “Automatización de procesos
industriales: robótica y automática”, Editorial Servicio de Publicaciones.
[3] Ocmin Yoel, Control de Temperatura” en: < http://proyectosfie.com/html/documentos/ControlTempYo el.pdf > Visitado el 22 de Febrero 2013. “
VI. CONCLUSIONES - Rodríguez Rendón Cesar Debido a que el controlador construido es un sistema On-Off sin histéresis es decir no tenemos una variable a controlar, simplemente existe el punto de referencia entonces, tal cosa provoca que el foco prenda y apague de manera inmediata porque simplemente estoy diciendo que cuando su saturación sea máxima realice algo y cuando no lo sea haga otra cosa lo que provoca que su respuesta oscile de manera rápida; de esto mismo proviene el concepto On-Off. .
- Nava Chávez Diego Arturo La respuesta del actuador con respecto al sensor es muy rápida y esto provoca que la respuesta oscile demasiado rápido, y el foco prende y apaga muchas veces lo que propicia un desgaste tanto para el actuador como para el foco
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