ESCUELA POLITÉCNICA DEJ EJÉRCITOING. ELECTROMECÁNICA

INSTRUMENTATION

INTEGRANTES:

• Catota Pablo

• Sango Wilson

• Chilig Edwin

NIVEL:Séptimo Electromecánica

FECHA:29/11/2012

TEMA: Acondicionamiento de un termistor.

1) Objetivos

• Construir un sensor de temperatura el cual tenga una salida variable de 0-10 voltios.

• Establecer la temperatura ambiente para que pueda sensar en el espacio que se encuentre el acondicionador.

2) Materiales

• Termistor 1 K

• Un pic 16F877A

• 2 potenciómetro de 5K

• LM 35

• LM 358N

• Resistencias (14,7K; 10K; 5,6K)

• Placa de baquelita

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• Fuente de 12V

• Cables de conexión

3) Marco teórico

Termistor tipo NTC.

Los termistores, se enfatizan a una disminución de la resistencia cuando su temperatura de exposición aumenta, comúnmente elaborados con óxidos, níquel, cobalto, hierro. Cobre y titanio. Comercialmente los NTC se pueden dividir en dos grandes grupos dependiendo del método por el cual los electrodos están unidos a la cerámica del dispositivo. Son resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de temperatura sea elevado, es decir, su conductividad crece muy rápidamente con la temperatura.

La relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial (no cumple la ley de Ohm). Dicha relación cumple con la fórmula siguiente:

R = A .e B/T

Figura 1. Curva de variación del termistor

Entre las ventajas del uso de los termistores se tiene:

Dada la alta resistividad de los materiales empleados, es posible disponer de termistores de tamaño reducido. Esto, por un lado, permite reducir el coste del sensor y su empleo en una amplia variedad de aplicaciones. Esto también permite reducir bastante el tiempo de reacción del sensor.

La sensibilidad de un termistor puede ser bastante elevada, con grandes variaciones de resistencia ante pequeñas variaciones de temperatura. Esto facilita su utilización, ya que el error introducido por los hilos de interconexión puede considerarse despreciable.

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Pic 16F877A

Puente de Wheatstone (Medida por deflexión):

Es el método habitual para obtener una señal eléctrica de salida función de la magnitud a medir con el puente. Una aplicación muy interesante del puente Wheatstone en la industria es como sensor de temperatura, presión, etc. (dispositivos que varían el valor de su resistencia de acuerdo a la variación de las variables antes mencionadas).

Es en el amperímetro donde se ve el nivel o grado de desbalance o diferencia que hay entre el valor normal a medir y la medida real. También se utiliza en los sistemas de distribución de energía eléctrica donde se lo utiliza para detectar roturas o fallas en la líneas de distribución

Figura 2. Puente Wheatstone

Acondicionamiento de termistores.- 1La relación resistencia del termistor NTC y temperatura está dada por la siguiente ecuación.

Donde la temperatura To es del orden de 198 º K o 25 ° C y B se encuentra entre 2000 ° K y 4000 ° K. En la figura 1, se observa un circuito acondicionador que permite convertir los W del sensor en voltios

1Colombia,(15 de enero del 2012),virtualunal. Recuperado el 24 de Noviembre del 2012 http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4040003/lecciones/cap4lecc2.htm

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Figura 2. Acondicionamiento de señal para un termistor tipo NTC

El comportamiento no lineal del sensor puede compensarse por medio de un divisor de tensión, donde el voltaje de salida es:

Para analizar los efectos del calentamiento del sensor, en la figura 2 se muestra un NTC en equilibrio térmico siendo: T la temperatura del sensor, T a la temperatura ambiente y R la resistencia térmica entre el termistor en (mW/K) -1 y el medio ambiente.

Figura 3. Curva característica voltaje corriente de un termistor NTC.

La curva V contra I se muestra en la gráfica 3.

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Figura 4. Curva característica V contra I para un termistor NTC

Tramo A-B Corrientes muy pequeñas

El efecto de auto calentamiento no es apreciable y la resistencia es la correspondiente a la temperatura ambiente (corriente muy pequeña). La curva puede aproximarse a la expresión de la recta asintótica (A-B)

Tramo B-C Zona de transición

La curva presenta una ondulación y la resistencia dinámica es negativa, los circuitos para los cuales el termistor opera en esta zona son inestables y el auto calentamiento produce una realimentación térmica regenerativa. Esta zona es usada por los ingenieros como detectores de umbral. (Arranque de motores, sistemas de control, encendido de lámparas).

Tramo C-D Zona de grandes corrientes.

El efecto dominante es el auto calentamiento y la curva tiende a una recta de pendiente

Es decir el termistor se comporta como una resistencia constante de valor inferior al de la resistencia al tramo AB (corrientes muy altas)

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La interacción de la recta de carga con la curva voltaje corriente del termistor determina el punto de funcionamiento.

Para este circuito se cumple que Vs es

En la figura 3 se observa el efecto sobre el punto de funcionamiento en la curva debido al aumento progresivo de la tensión en el termistor.

Figura 3. Recta de carga sobre el diagrama V-I

Obsérvese el comportamiento del circuito, a tensión constante, al variar la temperatura ambiente y el punto de operación Q.

Figura 5. Variación del punto de operación del día.

Aplicaciones

Hay tres grupos:

• Aplicaciones en las que la corriente que circula por ellos, no es capaz de producirles aumentos apreciables de temperatura y por tanto la resistencia del termistor depende únicamente de la temperatura del medio ambiente en que se encuentra.

• Aplicaciones en las que se aprovecha la inercia térmica, es decir, el tiempo que tarda el termistor en calentarse o enfriarse cuando se le somete a variaciones de tensión

Termistor 1K

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CODIGO GM

RESISTENCIA @25°C ±10%

(Ohms)Beta 25/85

AL3006-102 1K -3.83

AL3006-202 2K -3.83

AL3006-302 3K -3.83

AL3006-502 5K -4.41

AL3006-103 10K -4.41

AL3006-203 20K -4.34

AL3006-503 50K -4.32

AL3006-104 100K -4.32

4) Procedimiento

Diseñar un acondicionador para un termistor 1K que pueda sensar a partir de las condiciones del medio en el que se encuentren.

Implemar una ecuación en la cual se va determinar la curva de resistencia vs temperatura. Mediante una tabla en la cual se recopilo varios datos en diferentes valores de temperatura y resistencia.

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Implementar el circuito diseñado.

Para calibra el voltaje de salida acondicionado de 0 a 10 VCC se debe poner en un valor de voltaje de 10.32VCC.

Para calibrar la temperatura del lugar en que se encuentre se debe calibrar el segundo potenciómetro para que en este caso nos de 1000mA. Se debe de medir la corriente que circula por el termistor.

Análisis de resultado.

TEMP RES CORRIENTE TEMP DESE VOLTAJE

-40 23342 mA V

-35 17336

-30 13018

-25 9877

-20 7569

-15 5855

g-10 4569

-5 3596

0 2854 1 0 2,854 -5,33

5 2282 1 5 2,282 1,19

10 1838 1 10 1,838 7,50

15 1491 1 15 1,491 13,60

20 1217 1 20 1,217 19,52

25 1000 1 25 1 25,25

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30 826,7 1 30 0,8267 30,80

35 687,4 1 35 0,6874 36,18

40 574,6 1 40 0,5746 41,41

45 482,7 1 45 0,4827 46,49

50 407,4 1 50 0,4074 51,43

55 345,2 1 55 0,3452 56,27

60 293,7 1 60 0,2937 60,98

65 250,8 1 65 0,2508 65,58

70 214,9 1 70 0,2149 70,09

75 184,8 1 75 0,1848 74,49

80 159,3 1 80 0,1593 78,82

85 137,7 1 85 0,1377 83,06

90 119,4 1 90 0,1194 87,22

95 103,8 1 95 0,1038 91,31

100 90,46 1 1000,0904

6 95,32

y = 2,1338e-0,031x

R² = 0,9924

5) Conclusiones

Al acondicionar una señal de temperatura mediante un termistor se puede observar que la curva obtenida no tiende a ser lineal totalmente ya que sus intervalos de toma de datos es muy distanciada una con la otra.

El acondicionamiento no es estable nos muestra un margen de error de un 2.5% en el acondicionamiento de la señal de salida.

6) Reconomendaciones

Adquirir una gran cantidad de datos ya que se puede establecer con un error considerable al establecer la ecuación de tendencia de la temperatura.

7) Referencias[1] http://jhonnynaranj.blogspot.com/2009/02/acondicionamiento-de-sensores.html.[2] sistemas electricos. http://dspace.ups.edu.ec/bitstream /123456789/161/5 /Capitulo

%204.

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