PRACTICA NUMERO CUATRO

INSTITUTO TECNOLOGICO MUNICIPAL

ANTONIO JOSE CAMACHO

LABORATORIOS DE INDUSTRIAL I

TEMA 5: CONTROL DE TEMPERATURA CON TERMOCUPLA Y TERMISTOR Y AMPLIFICADOR OPERACIONAL.

5.1 OBJETIVOS

Analizar el funcionamiento de un circuito de control de temperatura utilizando la termocupla y el termistor como elemento de control utilizando el amplificador operacional. Observar y medir los voltajes de entrada y salida del circuito de control de temperatura utilizando la termocupla y el termistor; cuando el amplificador operacional entra en saturacin positiva o negativa.5.2 RECURSOS

Fuente de energa DC.

Multmetro (Anlogo o Digital)

5.3 MATERIALES

1- Amplificador operacional LM741. 1- Transistor 2N2222 1- Diodo 1N4004. 1- Diodo zener de 5.2Voltios 1- Termocupla 1- Termistor. 1- Resistencia de 150 ohmios. 2- Resistencias de 1K. 1- Resistencia de 2.7K 4- Resistencias de 10K 1- Resistencia de 27K 1- Resistencia de 10M 1- Potencometro de 10K 1- Potenciometro de 50K 1- Condensador de 0.01uF 1- Rel de 12V. 1-Lampara de 12V.

5.4 HERRAMIENTAS

Proto-board

Pinzas planas

Corta fro o pela cable

Conectores(Caimanes).

5 -1

5.5 INFORMACION BASICA

5.5.1 TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA

Cuando se desea controlar o medir la temperatura de un proceso se hace necesario la utilizacin de elementos que presenten una variacin elctrica proporcional a aquella.

Con ese propsito se han desarrollado una serie de sensores entre los caben citar por su importancia, son los siguientes:

Termocuplas o termopar

Termistores.

En est gua, iniciamos el estudio de un control de temperatura empleando como sonda un termopar o termocupla. Como este transductor est elaborado con un par de conductores de hecho puede soportar un mayor rango de temperatura y una respuesta lneal.

5.5.2 LA TERMOCUPLA

Consideraciones generales de las termocuplas o termopares:

Figura 5.1. La termocupla o termopar

Un termopar consiste en la unin de dos alambre metlicos diferentes conectados entre s, para formar una unin comn.

El potencial (Voltaje), de contacto entre los dos metales vara con la temperatura en la unin.

5 -2

Los materiales ms usados para formar termopares son los siguientes :

_ Hierro- Cobre

_ Constatn - Cobre

_ Hierro Constatn

_ Chromel Alumen

_ Chromel - Constatn

_ Platinun 13% Rhodiun Platinun

_ Platinun - 10% Rhodiun Platinun

Los tipos de termocuplas ms utilizadas de acuerdo a las caractersticas de los alambre con que se realicen son las llamadas E, J, K, R, S y T.

Si se conectan los extremos libres del termopar a un dispositivo amplificador tal como el operacional se crea un control de temperatura.

El termopar detecta los cambios de temperatura de la unin y suministra un pequeo voltaje a los cambios de ella.

Los termopares se utilizan extensamente en la electrnica industrial como dispositivo:

- Detector de temperaturas para maquinaria de control de proceso - Dispositivo de control de temperaturas para los hornos.

5.5.3 FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO

Podemos hacer el siguiente anlisis del circuito de la figura 5.2.

Figura 5. 2. Control de temperatura con termocupla con amplificador

Operacional.

5 -3

El circuito trabaja desbalanceado.

Con el potenciometro (R1), o el offset; segn su variacin permite que el amplificador operacional trabaje en saturacin negativa o positiva..

En el pin(6), se puede observar el voltaje de salida con un el voltmetro DC, el cual registra una lectura de + y 12V, es decir (+12V saturacin positiva y 12V saturacin negativa).

El amplificador operacional trabaja como comparador en los pines 2 y 3.

Como trabaja como comparador aprovecha la enorme ganancia en lazo abierto del operacional, que consiste en llevarlo a saturacin negativa o positiva dependiendo de su valor de sus entradas .

Normalmente el pin(2) lo llamaremos como voltaje de entrada (Vi) y el otro pin(3), lo llamaremos voltaje de referencia (Vref).

Cuando el voltaje de salida es igual a la siguiente ecuacin:

a) Vo = - VCC porque el ( Vi > Vref).

O

b) Vo = + VCC porque el ( Vi < Vref)

Cuando se calienta el termopar produce un voltaje de salida en que opera el amplificador operacional en saturacin positiva y permite que el transistor opere en saturacin permitiendo que el rel se active. Cuando el termopar se enfrie el amplificador operacional debe pasar de saturacin positiva a negativa o viseversa. El condensador C1, y la resistencia R3, forman un filtro paso bajo para evitar que el ruido en baja frecuencia provoque oscilaciones en rel.5.5.2 TERMISTORES

El termistor es el nombre que se da a una resistencia cuyo valor varia de forma no lineal con la temperatura. Existen dos tipos fundamentales de termistores como:

Resistencia dependiente de la temperatura con coeficiente negativo (NTC).

Resistencia dependiente de la temperatura con coeficiente positivo (PTC).

5- 4

5.5.3 El TERMISTOR NTC

Los termistores de resistencia dependiente de la temperatura con coeficiente negativo (NTC), presentan un valor de resistencia que vara inversamente con la temperatura.

Estn constituidos por xidos metlicos (de magnesio, cobalto, nquel, etc) y semiconductores cermicos para conseguir una conductivilidad creciente con la temperatura.

4

R

3

2

- T

1

R = f(t).

T

Figura 5.3. A) Caracterstica de la B) Smbolo de C) NTC de disco

NTC. NTC.

La figura3 (C), muestra una resistencia NTC de disco cuyas franjas aluden a sus caractersticas del modo siguiente:

Las franjas 1, 2, 3 hacen referencia al valor nominal, a la temperatura de 25 C, rigindose por el cdigo de colores.

La cuarta franja indica la tolerancia con el mismo criterio que el resto de las resistencias.

5 -5

Figura 5.4. Control de temperatura con termistor y amplificador operacional.5.5.4 ACTIVIDAD A DESARROLLAR

A- PREINFORME

1. Investigar sobre las caractersticas de lo diferentes tipos de termocuplas y los termistores.

2. Analizar el funcionamiento de los circuitos propuestos.

3. Analizar las caractersticas de las resistencias dependientes de temperatura de coeficiente positivo (PTC).

4. Los circuitos deben de traerlos armados en cada seccin de los laboratorios que les sirve como preinforme que tiene un valor de 40%.

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

1. Calentar la termocupla con un cautin.

a) Colocar el voltimetro DC en los extremos de la termocupla.

b) Observar el voltaje de la termocupla y anotarlo. Vdc= ____

b) Identificar la polaridad y el cdigo de la termocupla. (Anotelo).

c) Identificar de que tipo es la termocupla (anotarlo). Tipo:_______

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1. Armar el circuito de la figura 5.2.

Hacer los siguientes pasos

a) Con la termocupla en frio.

b) Con el potenciometro R1, Usted puede elegir la saturacin positiva o negativa del control de temperatura con termocupla.

c) Mida y anote el voltaje del pin (2):________V.

d) Mida y anote el voltaje del pin (3): _______V.

e) Mida el voltaje de salida del amplificador operacional pin(6):_______V.

f) Mida los voltajes de polarizacin del transistor 2N2222 Vce:_______V y Vbe:_________V.

g) Comentar en que saturacin se encuentra el circuito.

2. Calentar la termocupla

Hacer los siguientes pasos

h) Mida y anote el voltaje del pin (2):________V.

i) Mida y anote el voltaje del pin (3): _______V.

j) Mida el voltaje de salida del amplificador operacional pin(6):_______V.

k) Mida los voltajes de polarizacin del transistor 2N2222 Vce:_______V y Vbe:_________V.

l) Comentar en que saturacin se encuentra el circuito.

m) Comentar que sucede cuando usted mide los voltajes del pin (2) y (3) del amplificador operacional cuando la termocupla esta en frio y caliente.

3. Con el termistor (NTC), hacer los siguientes pasos:

a) Identificar el valor de la resistencia (NTC), por medio del cdigo de

Colores que ella tiene. R:____________ ohmios.

b) Utilizando el ohmetro mida su resistencia en frio:_________ ohmios

c) Calentar la resistencia (NTC), con un cautin.

d) Mida y observe la variacin de la resistencia (NTC), con el ohmetro y anote el valor mnimo de ella. R:___________ ohmios.

4. Armar circuito de la figura 5.4.

a) Con la termistor (NTC), en frio.

b) Con el potenciometro R3, Usted puede elegir la saturacin positiva o negativa del control de temperatura con termistor.

c) Mida y anote el voltaje del pin (2):________V.

d) Mida y anote el voltaje del pin (3): _______V.

e) Mida el voltaje de salida del amplificador operacional pin(6):_______V.

f) Mida los voltajes de polarizacin del transistor 2N2222 Vce:_______V y Vbe:_________V.

g) Comentar en que saturacin se encuentra el circuito.

5. Calentar la termistor

Hacer los siguientes pasos

h) Mida y anote el voltaje del pin (2):________V.

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i) Mida y anote el voltaje del pin (3): _______V.

j) Mida el voltaje de salida del amplificador operacional pin(6):_______V.

k) Mida los voltajes de polarizacin del transistor 2N2222 Vce:_______V y Vbe:_________V.

l) Comentar en que saturacin se encuentra el circuitos.

m) Comentar que sucede cuando usted mide los voltajes del pin (2) y (3) del amplificador operacional cuando el termistor esta en frio y caliente.

INFORME

1. Debe presentar:

a) Mediciones realizadas en los circuitos.(25%)

b) Hacer una sntesis del funcionamiento de los circuitos.(25%)

c) Resolver las preguntas.(25%)

d) Conclusiones generales.(25%)

EVALUACION

1. De los tipos ms comunes de las termocuplas, Cul es el tipo ms sensible?.

2. De los tipos ms comunes de las termocuplas, Cul es el tipo que se puede adaptarse a una temperatura por encima de los 2000 F?.

3. Explicar en que consiste un termistor de temperatura con coeficiente positivo(PTC).

4. Cul es la diferencia que hay entre un termistor NTC y un termistor PTC?.

5. Explicar en las termocuplas en que consiste los siguientes efectos:

Peltier

Thomson.

Seebeck.

5 -8

mV

HIERRO

COBRE

INCRUSTAR PBrush

INCRUSTAR PBrush