7/25/2019 Linealizacin de Una Termocupla Tipo K

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Linealizacin De Una Termocupla Tipo K

Se realizar un circuito el cual tome a su entrada la tensin entregada por una termocupla

tipo K, la cual deber trabajar en el rango de -150 a +30[C], y que entregue a su salida unatensin en el rango de 0 a 5[V] para ser tratada por un conversor AD

!ode"os dividir el siste"a en tres partes#

1_ Interpretacin de los valores de tensin entregados por el sistema.

$a ter"ocupla no es un dispositivo lineal, por lo que para incre"entos odecre"entos iguales de te"peratura no se corresponden iguales incre"entos odecre"entos de tensin en todo el rango de "edicin %s por esto que no se puededeter"inar la te"peratura "edida con una si"ple recta &tensin ' te"peratura(

%n realidad se tienen polino"ios de grado ) o superior en los cuales se ingresa con

la tensin "edida y el resultado o*tenido equivale a la te"peratura a la cual se encuentrala ter"ocupla !ero en la "ayora de los casos es suiciente con un polino"io de grado"enor, seg-n la precisin deseada

.e ver/ luego que para este caso con un polino"io de grado o 3 es suiciente

2_ Amplificador de instrumentacin.

%ste circuito to"a a su entrada la tensin entregada por el con1unto ter"ocupla 'circuito co"pensador de 1untura ra y lo lleva al rango de 0 a 5[V], siendo en realidad estecircuito un a"pliicador de instru"entacin propia"ente dic2o seguido de un circuito de

a1uste de spa" y de oset

De la 2o1a de datos de este tipo de ter"ocupla pode"os ver que las tensionescorrespondientes para los valores de te"peratura en cuestin son#

450[C] ,)43["V]30[C] 4,03["V]

.pa" 6,446["V]

7 a la salida se desea#

450[C] 0[V]30[C] 5[V]

.pa" 5[V]

.e ve entonces que se necesita de una ganancia un poco "enor que "il para ela1uste del spa" y se de*e ade"/s su"ar una tensin la cual logre que para 450[C] lasalida del circuito sea de 0[V]

$uego se calcular/n los valores e8actos necesarios de ganancia y tensin deoset

3_ Circuito de compensacin de juntura fra.

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$a ter"ocupla es un siste"a de "edicin de te"peratura dierencial, es decir,entrega una tensin proporcional a la dierencia de te"peratura entre sus e8tre"os

%ste pro*le"a se de*e a las dos ter"ocuplas adicionales que se or"an en launin de sus ca*les conductores con el circuito %l eecto de estas dos ter"ocuplas es

su"ar una tensin e8tra a la original producida por el e8tre"o que reali9a la "edicin

$o que se 2ace entonces es dise:ar un circuito el cual reste una tensinequivalente a la generada por las dos ter"ocuplas par/sitas para que de esta "anera la"edicin de te"peratura sea a*soluta, que es lo que en la "ayora de los casos sequiere

Vea"os a2ora cada parte en detalle

1_ Interpretacin De Los Valores De Tensin Entregados Por El Sistema.

2_ Amplificador De Instrumentacin Acondicionador De Se!al

%l circuito general a utili9ar es el siguiente#

%n este caso el pin de entrada n-"ero 4 donde se conectar/ el ter"inal positivo dela ter"ocupla y el n-"ero es donde se conectar/ el ter"inal negativo %sto se 2ace aspara que la salida del a"pliicador de instru"entacin para valores de te"peraturapositivos sea negativa, y al luego usar un circuito acondicionador en coniguracininversora de1arla positiva

$a ter"ocupla no se conecta al rev;s ya que en ese caso el circuito deacondiciona"iento tendra que ser un no inversor

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ganancia de 4se eli"inan tres resistencias y el circuito resulta "/s si"ple y econ"ico=se de*e recordar que las resistencias de*en ser de la "enor tolerancia posi*le, lo cual nolas 2ace tan econ"icas co"o a una resistencia co"-n>

%n realidad este es co"o se di1o un circuito general Co"o para este caso senecesita una ganancia "enor a 4 lo que se 2ace es que la pri"era parte =el a"pliicador

de instru"entacin propia"ente dic2o> tenga una ganancia igual a 4 %sto se logra2aciendo#

?4 @ ? @ 0 Cortocircuito?4 @ Circuito a*ierto

$uego se a1usta el preset deno"inado &Ban4( para o*tener la ganancia "enor a 4deseada

Co"o se di1o anterior"ente se tiene#

!ara la ter"ocupla =entrada del circiuito>#

450[C] ,)43[V]30[C] 4,03[V]

.pa" 6,446[V]

7 a la salida se desea#

450[C] 0[V]30[C] 5[V]

.pa" 5[V]

.e ve entonces que la ganancia de*e ser tal que convierta un spa" de 6,446[V] enuno de 5, osea#

AV=Spam Sal

SpamEnt=

5[V]

6,116[V]

AV=0,815!

$uego se necesita ta"*i;n que cuando la entrada del circuito acondicionador sea

de )43[V] =osea que la te"peratura "edida por la ter"ocupla sea de 450[C], esto esas ya que el a"pliicador de instru"entacin tiene ganancia igual a 4> la salida delsiste"a sea de 0[V] sea que se de*e setear en la entrada no inversora del a"pliicadoroperacional del circuito de acondiciona"iento una tensin positiva tal que &levante( latensin a la salida a 0[V]

%l valor de tensin necesario en la entrada no inversora se puede deter"inar de lasiguiente "anera, aplicando el teore"a de superposicin#

!ara la entrada inversora#

VO=",#1$0,815!

VO=",016510151

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%sta sera la tensin presente en la salida en el caso de que en la entrada noinversora se tuviesen aplicados 0[V], osea que la "is"a est; a "asa

!ara la entrada no inversora#

VO=V I10,815! @ VI1,815!

%sta sera la tensin de salida en uncin de la entrada aplicada a la entrada noinversora si la entrada inversora estuviera conectada a "asa

%ntonces a2ora aplicando el teore"a de la superposicin pode"os calcular lasalida eectiva del siste"a#

VO=VOVO @ ",01651051VI1,815!

7 co"o se desea que para este caso la salida sea de 0[V], la tensin aplicada a la

entrada no inversora se puede calcular co"o#

VI=0",01651051

1,815!

VI=!,!0#8 [V]

%ntonces aplicando esta tensin a la entrada no inversora de la etapa deadaptacin se logra que la salida sea de 0[V] cuando la te"peratura "edida es de450[C] Ade"/s al a1ustar el circuito a la ganancia calculada se logra el spa" deseado,

osea que para 30[C] la salida del circuito sea de 5[V]

.i *ien ac/ los valores se calcularon esto ue para tener una idea de los valoresnecesarios, en la pr/ctica lo que se 2ace es cali*rar el circuito "ediante los dos 1u"persdeno"inados &Cal4( y &Cal( y los presets &Ban4( y (st4(, lo cual se logra de lasiguiente "anera#

!ara el a1uste del spa"#

4 .e puentea la entrada inversora del circuito de adaptacin a "asa con &Cal4( .e setea una tensin de 4[V] a la entrada no inversora con el a1uste de &st4(

3 .e a1usta &Ban4( 2asta o*tener a la salida una tensin de 4,E4F5F, lo cualequivale a una ganancia para la entrada inversora de 0,E4F5F que es la ganancia quese necesita para el a1uste de spa" deseado

!ara el a1uste del oset#

4 .i"ple"ente se "ide la tensin en la entrada no inversora y se a1usta &st4(2asta que la "is"a sea ,0)EF[V]

&Cal( puede ser necesario en algunos casos para distintas cali*raciones, se lode1a en el circuito ya que en la pr/ctica es s"ple"ente un 1u"per

!ara la correcta operacin del circuito se de*en colocar los 1u"pers de la siguiente"anera#

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&Cal4( Conectando el AG con el circuito adaptador&Cal( A*ierto

$a cali*racin ta"*i;n se puede reali9ar conectando en lugar de la ter"ocupla unauente de tensin si"ulando los valores de tensin entregados por la "is"a, con lo que

se o*tendra qui9/s un a1uste un poco "/s real o preciso, pero con las desventa1a de quees un poco "/s la*orioso 2acerlo de esta or"a De todas "aneras sie"pre se de*eco"pro*ar que los resultados o*tenidos utili9ando cualquier ";todo de cali*racin seanlos deseados