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potenciometria
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas
Ingeniería Química Industrial
Laboratorio De Instrumentación y Control
Practica #8
“Potenciómetro Patrón”
Profesora:
Concepción Soberantes Pérez
Alumnas:
Jiménez Hernández Jocelyn Lizanet
Pérez Ordoñez Monserrat
Grupo: 8IV1
Fecha de entrega: 21 de Abril del 2014
2014
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Práctica #8
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Medición de temperatura por medio de
termopares y RTD (termómetros de
resistencia) y calibración del movimiento
utilizado un potenciómetro patrón.
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Práctica #8
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¿Qué es el Potenciómetro patrón?
¿Cómo funciona?
Los potenciómetros son dispositivos relativamente
simples. Uno de los tres terminales que tiene cada
potenciómetro es conectado a la fuente de electricidad
y otro es conectado a un punto neutral (toma de tierra
– un punto con voltaje cero y sin resistencia). El tercer
terminal se conecta a una resistencia. Esta resistencia
generalmente está construida en una pieza cuya
resistividad (nivel de resistencia) va creciendo desde un extremo hasta el otro. Este
tercer terminal es el que manipula el usuario a través de un mando o palanca.
CONTROL DEL VOLTAJE
Los potenciómetros también se pueden utilizar para
controlar la diferencia de potencial, también
llamada tensión eléctrica o voltaje, entre varios
circuitos eléctricos. La configuración del
potenciómetro para utilizarlo para este fin es un poco
más compleja que la anterior. Están involucrados al menos dos circuitos, el primero actúa
como una batería o celda eléctrica y el segundo como una resistencia o resistor. El primer
El potenciómetro original es un tipo de puente de circuito para medir voltajes. La palabra se
deriva de “voltaje potencial” y “potencial” era usado para referirse a “fuerza”. El
potenciómetro original se divide en cuatro clases: el potenciómetro de resistencia constante, el
potenciómetro de corriente constante, el potenciómetro microvolt y el potenciómetro
termopar.
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circuito se conecta al segundo en serie. El segundo circuito se conecta por el otro
extremo al potenciómetro en paralelo.
Reóstatos
Cuándo se utilizan potenciómetros con sólo dos
terminales, el potenciómetro actúa como un tipo de resistor
variable conocido como reóstato. Los reóstatos son
similares a los potenciómetros pero son capaces de
soportar niveles de tensión e intensidad eléctrica muchísimo
mayores que los potenciómetros. Los reóstatos se utilizan
en ingeniería eléctrica a nivel industrial
Los primeros y más usados son los mecánicos. Los hay rotatorios, lineales, logarítmicos
y senoidales.
Logarítmicos: Estos son empleados normalmente para audio por su manera
asimétrica de comportarse ante la variación de su eje, al principio sufriremos un
incremento de la resistencia muy leve, hasta llegar a un punto en que el incremento
será mucho mayor.
Senoidales. La resistencia es proporcional al seno del ángulo de giro. Dos
potenciómetros senoidales solidarios y girados 90° proporcionan el seno y el
coseno del ángulo de giro.
Potenciómetros Digitales. Se usan para sustituir a los mecánicos simulando su
funcionamiento y evitando los problemas mecánicos de estos últimos. Está
formado por un circuito integrado que simula el comportamiento de su equivalente
analógico.
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Ley de los circuitos homogéneos En un circuito de un único metal homogéneo, no se puede mantener una corriente termoeléctrica mediante la aplicación exclusiva de calor aunque se varíe la sección transversal del conductor.
Ahora, observando la siguiente figura, la
temperatura T3 y T4 no cambia la fuerza termo
electromotriz debido a T1 y T2. En particular, si
T1=T2 y se calientan A o B no fluye corriente
alguna. Es decir, las temperaturas intermedias a
que pueda estar sometido cada conductor no
alteran la fuerza electromotriz debida a una
determinada diferencia de temperatura entre las
uniones.
Esta ley establece que si un tercer metal (en este caso, hierro) se encuentra insertado entre dos metales distintos formando dos uniones termopar, no contribuirá a la tensión de salida del circuito termoeléctrico formado si estas dos uniones se encuentran a la misma temperatura.
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De acuerdo con esta ley, el cable inferior de la figura, queda reducido a una unión cobre-constatan a la temperatura Tref. Con este resultado ha sido posible eliminar el cable de hierro quedando el circuito total representado en la siguiente figura.
Ley de las temperaturas sucesivas o intermedias.
Dos metales homogéneos diferentes producen una tensión V12, cuando sus uniones están a T1 y T2, ver figura.
• Ahora hay una tensión V23 cuando están a temperaturas T2 y T3, ver figura.
Entonces, la tensión que aparecerá cuando las uniones se encuentren a T1 y T3 será la suma de las caídas de tensión V12 + V23 e igual a V13.
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La exactitud de las mediciones realizadas con el potenciómetro depende de:
La uniformidad de la resistividad por unidad de longitud de Rd a lo largo de todo
el alambre.
La exactitud de la pila patrón.
La sensibilidad del galvanómetro. Cuanto más sensible sea este instrumento, será
capaz de detectar mejor pequeñas variaciones de corriente, y por lo tanto
permitirá un mejor ajuste de las resistencias.
La estabilidad de la batería de trabajo. Como dijimos anteriormente, la exactitud
de la medición no depende del valor de dicha batería, pero sin embargo depende
de que dicho valor permanezca constante durante el proceso de normalización y
de medición.
TERMOPARES
Aplicaciones: Potenciómetros son compactos dispositivos utilizados para ajustar el voltaje en puntos específicos en un circuito. Ellos son los más comúnmente utilizados para controlar la salida de audio de radios y televisores. Volumen, graves, agudos, y el equilibrio de los altavoces están ajustados con potenciómetros. Asimismo, controlar el brillo, el contraste y balance de color en los televisores. Reóstatos se utilizan teniendo en cuenta los reguladores para controlar el actual llegando a las luces.
Un termopar en un dispositivo para la medición de temperatura,
basados en efectos termoeléctricos. Es un circuito formado por dos
conductores de metales diferentes unidos en sus extremos y entre
cuyas uniones existe diferencia de temperatura, que origina una fuerza
electromotriz.
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Enelextremocontrarioalaunióncaliente(uniónfríaodereferencia)apareceunadiferenciade
potencial(Voltios),proporcionalaladiferenciadetemperaturaentreambosextremos.Obse
rvarquehayunextremopositivoyotronegativo.
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La medida con termopares se realiza conectando este a un voltímetro. Pero esto crea
uniones (J2yJ3) entre metales diferentes que generan a su vez termopares, de modo
que la tensión medida por el voltímetro es la suma de las tres tensiones.
En la figura se ha esquematizado una situación real,
yaqueloscablesdeltermoparterminanenunionesJ2yJ3conelcobredelcircuitoelectrónico
demediada.
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Temperatura
°C
mVolts
experimentales
35 1.27
40 1.57
50 3.17
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70 4.17
80 4.57
90 5.07
100 5.67
110 6.07
120 6.57
130 7.17
140 7.67
150 8.17
160 8.57
170 9.27
180 9.77
190 10.47
200 10.87
210 11.27
220 11.47
230 12.07
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mV
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s
Temperatura (°C)
Gráfica No. 1"Temperatura Vs. Milivolts"
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Temperatura
°C
mVolts
experimentales
mVolts
teóricos
35 1.27 1.795
40 1.57 2.06
50 3.17 2.58
60 3.57 3.11
70 4.17 3.65
80 4.57 4.19
90 5.07 4.73
100 5.67 5.27
110 6.07 5.81
120 6.57 6.36
130 7.17 6.9
140 7.67 7.45
150 8.17 8
160 8.57 8.56
170 9.27 9.11
180 9.77 9.67
190 10.47 10.22
200 10.87 10.78
210 11.27 11.34
220 11.47 11.89
230 12.07 12.45
240 12.57 13.01
250 13.37 13.56
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El equipo está ya muy viejo así que tuvo algunas complicaciones ala hacer la conexiones
En una porque los cables no hacían contacto esto complico un poco ya que el registrador
de temperatura no se movía la aguja y después se movía muy rápido y tardamos un poco
en que el equipo estuviera estable.
Al hacer la manipulación de las perillas no eran muy buenas ya que como que se atoraban.
En esta práctica se observó el comportamiento de un potenciómetro patrón que es un
tipo de puente de circuito para medir voltajes a ciertas temperaturas, para poder ver el
comportamiento de un termopar se denomina a la unión de dos alambres conductores con
diferente composición metalúrgica. El termopar genera una fuerza electromotriz (fem)
que depende de la diferencia de temperatura de la junta caliente o de medida y la unión
fría o de referencia, así como de la composición del termopar. En el análisis de graficas se puede concluir que aunque se tuvo alguno problemas al hacer
la conexión los resultado s no fueron tan malos estos valores experimentales esto se
refleja en la gráfica 1 puesto que se compara los mvolts teóricos contra los mvolts
experimentales y no hay una gran variación en toda la gráfica solo muy pequeños que fue
en el inicio de la recta y al final que se desvía un poco.
Esto quiere decir que la estabilidad de la batería de trabajo. Influye, la exactitud de la
medición no depende del valor de dicha batería, pero sin embargo depende de que dicho
valor permanezca constante durante el proceso de normalización y de medición.
Los termopares actualmente tienen grandes e importantes aplicaciones
industriales ya que casi todos los procesos en la industria requieren un estricto
control de la temperatura y el uso de termopares ayuda a la automatización del
control de la temperatura ya que se pueden implementar programas que
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ejecuten acciones específicas dependiendo de la temperatura que se tenga en
un momento dado del proceso industrial.
Cambiar el equipo ya que ya no funciona muy bien.
Que nos den un manual previo para la para la práctica a realizar más que nada
sería un instructivo de como realizará la experimentación.
OBSERVACIONES
La temperatura ambiente afecta las lecturas de los termopares.
En el desarrollo experimental utilizamos un termopar tipo J.
La mayoría de los errores de medición son causados por uniones no intencionales del
termopar.
Para minimizar la desviación térmica y mejorar los tiempos de respuesta, los termopares
están integrados con delgados cables.
La difusión de partículas atmosféricas en el metal a los extremos de la temperatura de
operación causa desajustes.
La salida de un termopar es una pequeña señal, así que es susceptible de error por ruido
eléctrico.
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CONCLUSIONES
En base a nuestros objetivos calibramos un milivoltmetro utilizando el potenciómetro patrón.
Con la fuente de tensión de referencia medimos con un termopar tipo “J” la temperatura. Las
características de este tipo de termopares tiene un rango de utilización es de -270°C a
+1200°C. Debido a sus características se recomienda su uso en atmósferas inertes, reductoras
o en vacío, su uso continuado a 800°C no presenta problemas, su principal inconveniente es la
rápida oxidación que sufre el hierro por encima de 550°C y por debajo de 0°C es necesario
tomar precauciones a causa de la condensación de vapor de agua sobre el hierro.
Los termopares son clasificados según la composición de sus metales, los cuales les atribuyen
unas propiedades térmicas, una linealización polinómica y un coeficiente de sensibilidad.
Sabemos que los metales internos están unidos generando una fuerza electromotriz que es lo que
permite su funcionamiento.
Calibrar un termopar consiste en la comparación de un patrón trazable con el termopar mediante
un método validado y acreditado aportando niveles de fiabilidad y seguridad en los procesos.
Los termopares son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar, abarcan un gran
rango de medición de temperatura (depende del tipo de termopar).
RECOMENDACIONES
El laboratorio de instrumentación debería de contar con un área específica y con las
condiciones adecuadas para el buen desarrollo experimental.
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Acedo Sánchez J. “Instrumentación y control avanzado de procesos”. Ed. Díaz
de Santos.
Díaz Murillo. “Laboratorio de Instrumentación y Control”. I.P.N
http://www.areatecnologia.com/electronica/potenciometro.html
http://www.disa.bi.ehu.es/spanish/asignaturas/15212/TEMA_2_Introduc
cionInstrumentacion.pdf
http://www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_industrial/instrumentacionindust
rial/
http://www.termokew.mx/termopares.php
http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-02-07-TC.pdf
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