PARCIAL NRO 1SENSOR DE TEMPERATURA.EIEE UNIVERSIDAD DEL VALLE Fernando Ros Castro 1222902Vctor Mateo Benavides 1225686 PLAN.3746LABORATORIO DE ELECTRONICA I

fernando.rios@correounivalle.edu.covictor.benavides@correo.edu.co

I. RESUMEN

El desarrollo de esta aplicacin nos permiti conocer y acercarnos un poco ms a el funcionamiento real de un termostato como un sensor de temperatura on-off y con ello a otros elementos tales como los amplificadores operacionales (LM741) Y (LF353), los cuales son dispositivos muy usados en circuitos electrnicos dada su facilidad en torno a la manipulacin de seales y su gran variedad de esquemas y configuraciones posibles para el correcto acondicionamiento de esta, siendo una herramienta muy til en la prctica .Adems de conocer el funcionamiento y caractersticas del transistor Q1VC547 y un relevador de 12V.

II. INTRODUCCION

En este informe estn consignados los resultados y el anlisis que se realizaron en la creacin un sistema de control de temperatura cuyo objetivo es regular la temperatura de un espacio o recinto determinado, alrededor de un valor deseado o de referencia.

III. OBJETIVOS

a) Disear e implementar un termostato con amplificadores operacionales que permita al usuario ajustar el valor de referencia de temperatura.

b) Identificar las principales caractersticas de un Amplificador operacional y varios tipos de configuracin posibles para dicha aplicacin.

IV.MATERIALES

Amplificadores operacionales LF353 Y LM7411 trimmer de 25k1 potencimetro 10k2 resistencias 1k1 resistencia 1kCaimanesCable UTP para realizar la conexin 1 Protoboard1 bombillo de 60 w

V. MARCO TEORICO

a) Amplificador Operacional como no inversor:

Figura 1) Amplificador no inversor

Como observamos, la tensin de entrada, se aplica al pin positivo, pero como conocemos que la ganancia del amplificador operacional es muy grande, el voltaje en el pin positivo es igual al voltaje en el pin negativo y positivo, conociendo el voltaje en el pin negativo podemos calcular la relacin que existe entre el voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un pequeo divisor de tensin.

b) Amplificador Operacional como comparador.

Figura 2) Amplificador comparador.

Esta es una aplicacin sin la retroalimentacin. Compara entre las dos entradas y saca una salida en funcin de qu entrada sea mayor. Se puede usar para adaptar niveles lgicos.

c) Amplificador Operacional como seguidor de tensin:

Es aquel circuito que proporciona a la salida la misma tensin que a la entrada.

Figura 3) Amplificador seguidor.

Se usa como unbuffer, para eliminarefectos de cargao para adaptar impedancias (conectar un dispositivo con gran impedancia a otro con baja impedancia y viceversa)Como la tensin en las dos patillas de entradas es igual:

Vout= Vin

Presenta la ventaja de que la impedancia de entrada es elevadsima, la de salida prcticamente nula, y puede ser til, por ejemplo, para poder leer la tensin de un sensor con una intensidad muy pequea que no afecte apenas a la medicin. De hecho, es un circuito muy recomendado para realizar medidas de tensin lo ms exactas posibles, pues al medir la tensin del sensor, la corriente pasa tanto por el sensor como por el voltmetro y la tensin a la entrada del voltmetro depender de la relacin entre la resistencia del voltmetro y la resistencia del resto del conjunto formado por sensor, cableado y conexiones.

c) Sensor LM35:

El LM35 es un sensor de temperatura integrado de precisin, cuya tensin de salida es linealmente proporcional a temperatura en C (grados centgrados). El LM35 por lo tanto tiene una ventaja sobre los sensores de temperatura lineal calibrada en grados Kelvin: que el usuario no est obligado a restar una gran tensin constante para obtener grados centgrados.

El LM35 no requiere ninguna calibracin externa o ajuste para proporcionar una precisin tpica de 1.4 C a temperatura ambiente y 3.4 C a lo largo de su rango de temperatura (de -55 a 150 C). El dispositivo se ajusta y calibra durante el proceso de produccin.

La baja impedancia de salida, la salida lineal y la precisa calibracin inherente, permiten la creacin de circuitos de lectura o control especialmente sencillos. El LM35 puede funcionar con alimentacin simple o alimentacin doble (+ y -)

D) Relevador de 12V :

Elrelorelevadores un dispositivo electromecnico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito elctrico en el que, por medio de unabobinay unelectroimn, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos elctricos independientes. Fue inventado porJoseph Henryen 1835.

Dado que el rel es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador elctrico. Como tal se emplearon entelegrafa, haciendo la funcin derepetidoresque generaban una nueva seal con corriente procedente de pilas locales a partir de la seal dbil recibida por la lnea. Se les llamaba "relevadores".

VI. PROCEDIMIENTO

Para el desarrollo de la aplicacin se procedi a realizar el montaje indicado en la figura 4. Para los experimentos los amplificadores, sensor y relevador se alimentaron a +15v y -15v.

Montamos y analizamos el circuito por etapas.

Figura 4) Sensor de temperatura.

Etapa nro 1Sensor LM35

La relacin de conversin del dispositivo es la siguiente.

Con base en esta relacin se ha diseado una etapa de amplificacin, de tal forma que para un cambio en la temperatura de 1 se obtenga una seal de voltaje de 0.1V (dc).

Etapa nro. 2Etapa de amplificacin.

Con el fin de amplificar la seal se us un amplificador configurado como no inversor. Ver figura nro. 1.

La relacin entre el voltaje de entrada y de salida est dada por la ecuacin.

La ganancia como funcin de transferencia es:

Para esta aplicacin en particular necesitamos una ganancia de 10, para ello y usando la ecuacin (3) encontramos el valor de la resistencia R1 dndole un valor arbitrario a R2.

Etapa nro.3 Comparacin.

Figura 5) Etapa de comparacin.

Nota :

Para la etapa de comparacin se utiliz un comparador de Schmitt no inversor con desplazamiento, las caractersticas de histresis de esta configuracin son ideales para trabajar un transistor pnp como interruptor, ya que si se asegura una seal de 5v (50c) en la entrada inversora del operacional y se conecta la seal de voltaje proveniente del LM35 a la entrada no inversora, La salida V del amplificador se saturara negativamente, siempre y cuando al conectar el sistema, la temperatura censada por el LM35 sea menor a 50C,si se cumple esta condicin el transistor pnp automticamente entrara en saturacin activando el rele y por ende el bombillo. Una vez alcanzada una temperatura un poco mayor a los 50C, el sensor enviara una seal de voltaje (un poco mayor a 5V) a la entrada no inversora del operacional, lo cual hara que la seal v del operacional se saturara positivamente ocasionando con esto que el transistor entrara en corte, lo cual a su vez desactivara el rele y apagara el bombillo. En nuestro caso particular se utiliz un transistor npn lo cual hacia imprescindible que para una temperatura que estuviera por debajo de los 50C, la salida V del amplificador se saturara positivamente, lo que se hizo para que tal condicin se cumpliera fue asegurar 5v en la entrada no inversora del operacional en vez de en la entrada inversora y conectar la seal de voltaje proveniente del lm35 a la entrada inversora, con esta sencilla modificacin se cambi la histresis caracterstica de la configuracin Schmitt no inversora con desplazamiento y se logr que el transistor npn trabajara como interruptor.

Comparador de Schmitt no inversor con desplazamiento (configuracin original).

Figura 6) Comparador de Schmitt no inversor.

Comparador de Schmitt no inversor con desplazamiento (modificacin realizada para el cambio de histresis)

Figura 7) Comparador de Schmitt no inversor con histresis modificada

Con esta aclaracin, el voltaje en la entrada no inversora est dado por la ecuacin:

.Despejando tenemos.

Siendo Vref el trmino que mantiene constante.

Y Vt el valor que si vara dependiendo de Vo.

Se desea que la temperatura mxima sea y la mnima de .

Sabiendo que la alimentacin de los amplificadores es de 15V el voltaje de saturacin es.

Donde R6 = 1k

Ahora Vref debe ser 4V

Dado que

Entonces

De aqu que

Etapa nro.4Set point.

Figura 8) Etapa de set point.

Requerimos de un voltaje en esta etapa V2b =4,31V, para ello le damos un valor a R5 de 1k y mediante un divisor de tencin cuadramos el potencimetro con el siguiente valor.

Despejando de (4) se obtiene el valor de la resistencia en el potencimetro.

Etapa nro.5Transistor y relevador.

Se asumi que la corriente de emisor era de 15 mA, y esto debido a que es un aproximado de la magnitud de corriente que necesita la bobina del relevador para accionarse.

Si se sabe que:

De la hoja de datos del transistor, se obtuvo que = 110, por lo tanto si la corriente del emisor es de 15mA la corriente de base Ib ser.

Tambin se conoce el voltaje de base del transistor (Vb) el cual es de 14V cuando el transistor entre en saturacin.

Se desea que al relevador lleguen tan solo 12V la cada de tencin producida por la resistencia debe ser igual a 1.3V, as por Kirchhoff se obtiene.

Nota: Los 0.7V restantes corresponden a la cada de tensin entre la base y el emisor de transistor.

VII. RESULTADOS

El control swich off respondi cuando la lectura del sensor marco los 0.5V como se estimulaba, sin embargo su accin de respuesta al control on se vio un poco alterada dado que encendi como respuesta a los 3,1V seal emitida por la etapa de amplificacin, es decir cuando el sensor emiti una seal de 0.31V en otras palabras cuando la temperatura era de .

VIII. CONCLUSIONES

IX. BIBLIOGRAFA

[1] COOPER, William David; Instrumentacin Electrnica y Mediciones. Ed. Prentice-Hall, 2da edicin, 1982.

[2]Tabla de valores nominales. http//www.arrakis.es/~fon/simbologa/_private/colores.htm. Agosto de 2012

[3] Formato Artculos IEEE https://docs.google.com/document/d/1DDDHbyujVE0Jso3ITDVRpF-n_ydSYhf2IecZ8xTA-0w/preview?markAsViewed=false.

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