Practica Termocupla

UTPL Escuela de Electrónica y Telecomunicaciones

Práctica de Instrumentación Industrial

www.practicasenlabview.blogspot.com/

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INFORME DE LABORATORIO 3:

“TERMOCUPLA”

[Byron Ganazhapa] www.practicasenlabview.blogspot.com

Fecha: 25/05/2012

Loja – Ecuador

http://www.practicasenlabview.blogspot.com/




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1. MEDICION DE TEMPERATURA: TERMOCUPLA PROBLEMA. Diseñar un circuito con Voltaje de salida lineal a la temperatura con un sensor de temperatura.

Parámetro Valor

Rango de Temperatura 10°C a 90°C

Rango de medición 20°C a 45°C

Máximo error permitido 1°C

Rango de Voltaje de Salida del circuito

de acondicionamiento

0 V a 10 V

Resolución mínima 0.01 °C

Diseñar el circuito para fuentes de alimentación disponibles por el ELVIS

2. PROCEDIMIENTO MATEMATICO Datos del problema

Rango de temperatura: 10ºC a 90ºC Temperatura de unión fría: 25ºC a 45ºC. Voltaje de salida: 0V a 10V.

La compensación analógica consiste en sumar a la tensión que proporciona el termopar la tensión que correspondería al mismo termopar en el que las temperaturas de la uniones fueran y . Para obtener es necesario medir la temperatura de la zona de referencia con otro sensor y realizar un circuito de acondicionamiento que proporcione dicha tensión. A partir de la tensión resultante, la temperatura de la zona de medida se obtiene directamente de las tablas.

[ ]

Nota: La ganancia del circuito de acondicionamiento de la termocupla no es la misma del circuito de acondicionamiento del sensor de referencia, esto depende del diseño de los circuitos.




3

Temperatura

Voltaje a 0 °C en la unión de la termopar

Temperatura

Voltaje del sensor de Referencia a 0 °C

Acondicionamiento de señal del sensor de referencia LM35. Ecuación lineal del sensor LM35:

Vo1 = 50VLM35 - 12,5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0,25 0,3 0,35 0,4 0,45

Vo

ltaj

e d

e e

ntr

ada

en

la D

AQ

en

Vo

lt.

Voltaje de lectura del sensor en Volt.

Señal de Acondicionamiento

Señal deacondicionamiento




4

R1

VLM35

AO1-

+

5 V VREFERENCIA

R

R

RR

AO2-

+

5 V

R2

R2

R1

V0

Circuito 1 Circuito 2

VS

(

)

(

) ( )

Nota: El producto de la ganancia del amplificador de instrumentación y el voltaje de alimentación son mayores que el voltaje nominal de saturación, generalmente este voltaje es de . 6.25 es una constante cualesquiera.

}

(

) ((

) )=




5

Ra Rf

V01AO3

-

+

-15 V

15 V

V0

(

)

(

)

Acondicionamiento de señal de la Termocupla.

[ ] [ ]

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 20 40 60 80 100

Vo

ltaj

e d

e s

alid

a d

e la

te

rmo

cup

la a

0°C

Temperatura

T=f(Vo°)




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Voltajes de salida mínimo y máximo permitidos de la termocupla con respecto a la unión de referencia son:

[ ] [ ]

V02 = 2437,8V𝑇𝐶→𝑇𝐹 + 3,4617

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

-0,00142 -0,00042 0,00058 0,00158 0,00258

Vo

ltaj

e d

e e

ntr

ada

en

la D

AQ

en

Vo

lt.

Voltaje de lectura de la Termocupla en la unión fría en miliVolt.

Señal de acondicionamiento

Señal deacondicionamiento




7

R R

R R

2R

2R

Rg V02

V1

V2

AO1

AO2

AO3

-

+

-

+

-

+

15 V

15 V

15 V

-15 V

-15 V

-15 V

VREFERENCIA

(

)

(

)

G=(

)

}

ACONDICIONAMIENTO POR SOFTWARE

Ecuaciones de software del sensor de referencia




8

Ecuación de software en función de la temperatura:

[

]

[ ]

Ecuación de software en función de los voltajes de compensación ideales de la termocupla en la unión de referencia:

Temperatura

Voltaje de compensación de Referencia a 0 °C

Los voltajes de la tabla anterior indican los voltajes acondicionados en el software del sensor de referencia. Estos voltajes son tomados de las tablas del NIST, para termocuplas tipo K. Estos voltajes deben de compensar los voltajes generados en la unión de referencia por la termocupla.

(

)

(

)

( )

VS1 = 8E-05V01 + 0,001

0,001

0,0011

0,0012

0,0013

0,0014

0,0015

0,0016

0,0017

0,0018

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Vo

ltaj

e d

e c

om

pe

nsa

ció

n d

e r

efe

ren

cia

a 0

°C e

n m

iliV

olt

Voltaje de entrada de adquisición del sensor de referencia en Volt.

Señal de compensación en el software

Señal dereferenciaen elsoftware




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Ecuación de software de la termocupla

Nota: Estas constantes son introducidas en el software en los controles ” ” para prácticas de termocuplas. El software está disponible en mi blog www.practicasenlabview.blogspot.com/

3. SIMULACIÓN

Valores Calculados de la Termocupla

ECUACIONES DE POLINOMIOS Valores calculados aplicando los siguientes polinomios de V y T: NOTA: Las ecuaciones polinómicas están implementadas en el software tanto para termocuplas tipo E, J, K, R, S y T.

10.00

+

-

CJ

TERMOCUPLA K

TCK

25.0

3

1

VOUT2

U2

LM35

3

2

1

84

U1:A

LM358

R4

10k

R3

10k

RL (1)

40.85k

RL (2)

40.85k

mV

-0.64

K

K1

GAIN=1/10003

2

6

47

8 5

1

U3

AD620

V1

15V

V2

15V

RG

20.27

TF

TC

V(TC->TF)

TF

Entrada a la DAQ canal 1

Entrada a la DAQ canal 2

+15V-15V

+1

5V

-15V

+1

5V

-15V

RF

52.5k

RA10k

V REF (1)

2V

V REF (2)3.46V

3

2

1

84

U4:A

TL072

R1 (1)

1k

R1

1k

R2

8k

R2 (1)

8k

5

6

7

84

U1:B

LM358

R (3)

10k

R (1)

10k

R (2)

10k

R (4)

10k

3

2

1

84 U6:A

LM358

5V

Volts

+0.36

Volts

+1.93

5V

5V

Este circuito no forma parte del diseño

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Ecuación polinómica de la termocupla tipo K: T = 0.0250836*v + 7.86011*(10^-8)*v^2 - 2.50313*(10^-10)*v^3 + 8.31527*(10^-14)*v^4 - 1.22803*(10^-17)*v^5 + 9.80404*(10^-22)*v^6 - 4.41303*(10^-26)*v^7 + 1.05773*(10^-30)*v^8 - 1.05276*(10^-35)*v^9

4. IMPLEMENTACION REAL

Tabla 1 Tabla comparativa de temperaturas medidas y de referencia.

Temperatura en el

multímetro (DT-5808)

Temperatura en el

Software LabVIEW




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12

Resultados:

Tabla 2 Tabla de errores.

Temperatura Valores Valores Error % Error




13

Calculados Medidos

5. LINEALIDAD Y EXACTITUD DEL SISTEMA LINEALIDAD:

∑ ∑ ∑

∑ ∑

∑ ∑

∑ ∑

∑ ∑

|

|

|

|

Error de linealidad




14

EXACTITUD:

| |

| |

6. MEDICIONES PARA UNA TEMPERATURA ESTABLE, EN EL SOFTWARE Y EN EL INSTRUMENTO DE REFERENCIA:

Tabla 3 Tabla comparativa de valores medidos y de referencia a una temperatura estable.

Temperatura en el multímetro

(DT-5808)

Temperatura en el Software

LabVIEW




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7. INCERTIDUMBRE DEL SISTEMA IMPLEMENTADO.

∑

[ ]

La varianza experimental

∑

[

]

En numero de mediciones es menor que 10, la incertidumbre de las mediciones se obtiene al multiplicar un factor de corrección por el valor de la varianza.

√

Incertidumbre de la interfaz de lectura: Resolución mínima de 0.01 ºC

√

√




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Incertidumbre del instrumento de referencia del rango de 28 °C es 0.28 °C para un nivel de confianza del 95%, k=2:

Incertidumbre total del sistema:

√

√

La incertidumbre expandida del sistema para un nivel de confianza del 95% (k=2),

LM35

Termocupla




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Multímetro DT_5808

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