Prácticas de Control Analógico, Servomecanismos (2013)

1

PRACTICA #1: SENSOR DE TEMPERATURA ON-OFF

Rodríguez Rendón Cesar1

Nava Chávez Diego Arturo1

Flores Guerrero Laura Grizel1.

1Escuela 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

E-mail: cesar.rdz_91@hotmail.com.

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 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.

Objetivos Particulares: Conocer el funcionamiento y características de los operacionales LM741 y del sensor LM35.

I. INTRODUCCIÓN

Cada proceso en la industria debe ser controlado

de alguna manera, y esta necesidad muchas veces incluye

la medición de la temperatura.

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.

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.

II. MARCO TEORICO

Sensor de Temperatura LM35

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 voltaje para obtener grados centígrados.

FIGURA 1. Sensor de Temperatura LM35

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

2

El dispositivo se ajusta y calibra durante el

proceso de producción, aunque para asegurarnos debemos

de buscar un método de calibración seguro.

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

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.

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

FIGURA 2. A.O Con dos entradas inversora y no inversora y

una salida asimétrica.

Normalmente para la elaboración de aplicaciones

y de investigación se usa el operacional LM741

representado en la figura 2 como circuito integrado.

:

FIGURA 3. Circuito integrado A.O LM741.

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.

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.

1 Foco

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

3

IV DESARROLLO

1.-Primeramente se debe adquirir todo el material

mencionado anteriormente.

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 50KΩ

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

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 .

FIGURA 6. Circuito control de temperatura completo

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

4

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.

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

-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.

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

3