MEDIDOR DE TEMPERATURA CON TERMOCUPLA TIPO J

Integrantes:

DIEGO ALBERTO DUARTE SALAZAR EDISON FRANCISCO RODRIGUEZ CABALLERO DIEGO ALEJANDRO AMADO PACHON

Presentado a:

ING. RAFAEL EDUARDO ARENAS LEON

Carrera: Tecnologa en Electrnica

Asignatura: Electrnica Anloga

UNIVERSIDAD MINUTO DE DIOS CERES SABANA CENTRO NOVIEMBRE, 2011

1. OBJETIVOS

1.1. Objetivo General

1.1.1. Conocer e identificar de manera correcta el medidor de temperatura, su funcin y el manejo de cada uno de los componentes necesarios para el funcionamiento del mismo

1.2. Objetivos Especficos

1.2.1. Comprender tanto de manera terica como practica el funcionamiento correcto del medidor de temperatura, y sus aplicaciones en la vida cotidiana ya sea en la industria, en el hogar o en el entorno en que nos desarrollamos

1.2.2. Identificar cada uno de los componentes para el circuito de medidor de temperatura para su correcto funcionamiento y la funcin que cada uno de estos realiza en el circuito

1.2.3. Desarrollar nuevas ideas a partir del circuito seguidor de lnea, con el fin de aplicar lo que se va a desarrollar en ocasiones futuras

2. MARCO TEORICO

TERMOCUPLA: Una termocupla bsicamente es un transductor de temperaturas, es decir un dispositivo que convierte una magnitud fsica en una seal elctrica. Est constituida por dos alambres metlicos diferentes que unidos, desarrollan una diferencia de potenciad elctrica entre sus extremos libres que es aproximadamente proporcional a la diferencia de temperaturas entre estas puntas y la unin. Se suelen fabricar con metales puros o aleaciones (caso ms comn) y la caracterstica ms notable es que son empleadas para medir temperaturas en un rango noblemente grande comparadas con otros termmetros. Valores tpicos del rango estn entre 70 K y 1700 K, pudindose llegar en algunas circunstancias con aleaciones especiales.

Termocupla

Una termocupla, en rigor, mide diferencias de temperaturas y no temperaturas absolutas. Esto hace necesario el uso de una temperatura de referencia, por lo que suele emplearse un bao de agua con hielo (0 C). El empleo de termocuplas para medir temperaturas est fundamentado en el efecto seebeck que a su vez es una combinacin de dos efectos: el Thompson y el Peltier. El circuito termopar est basado en el efecto Seebeck. Dos conductores diferentes estn unidos en el punto en donde se quiere medir la temperatura (unin sensora), y termina en un punto en donde ambos terminales estn a la misma temperatura que debe ser conocida como (unin de referencia). Es la medicin de temperatura. Esta se fundamenta en la medida cuantitativa de calor, lo que resulta preferible que fundarlo sobre el cambio de propiedades de las sustancias. Esto es, si se determinan dos temperaturas como puntos fijos, digamos el punto de ebullicin y el de congelacin del agua pura bajo condiciones normales; la unidad de calor sera la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una cantidad unitaria de agua desde uno de dichos puntos fijos al otro. La medida fundamental de temperatura, depende de un acuerdo internacional con respecto a un termmetro de gas con volumen constante y dos temperaturas fijas: los puntos de congelacin y ebullicin del agua. El manejo de este termmetro resulta imprctico en la mayora de procesos por lo que se han ideado otros medidores cuyas calibraciones se basan sobre valores fijos de temperatura.

Una termocupla se hace con dos alambres de distinto material unidos en un extremo (soldados generalmente). Al aplicar temperatura en la unin de los metales se genera un voltaje muy pequeo (efecto Seebeck) del orden de los mili volts el cual aumenta con la temperatura. Por ejemplo, una termocupla tipo J est hecha con un alambre de hierro y otro de constatan (aleacin de cobre y Nickel). Al colocar la unin de estos metales a 750 C, debe aparecer en los extremos 42.2 Mili volts. Normalmente las termocuplas industriales se consiguen encapsuladas dentro de un tubo de acero inoxidable u otro material (Vaina), en un extremo est la

unin y en el otro el terminal elctrico de los cables, protegidos adentro de una caja redonda de aluminio (cabezal) Tipos de Existen una infinidad de tipos de termocuplas, en la Termocuplas tabla aparecen algunas de las ms comunes, pero casi l 90% de las termocuplas utilizadas son de tipo J del tipo K. Uso tpico en Las termocuplas tipo J se usan principalmente en la La industria del plstico, goma (extrusin e inyeccin) y fundicin de metales a bajas temperaturas (Zamac, Aluminio) La termocupla K se usa tpicamente en fundicin y hornos a temperaturas menores de 1300 C, por ejemplo fundicin de cobre y hornos de tratamientos trmicos. Las temperaturas R, S, B se usan casi exclusivamente en la industria siderrgica (fundicin de acero) Finalmente las tipos T eran usadas hace algn tiempo en la industria de alimentos, pero han sido desplazadas en esta aplicacin por los Pt100 (ver la nota tcnica 4) Linealizacin La dependencia entre e voltaje entregado por la termocupla la temperatura no es lineal (no es una recta), es deber del instrumento electrnico destinado a mostrar la lectura, efectuar la linealizacin, es decir tomar el voltaje y conociendo el tipo de termocupla, ver en tablas internas a que temperatura corresponde el voltaje.

AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACION: Un amplificador de instrumentacin es un dispositivo creado a partir de amplificadores operacionales. Est diseado para tener una alta impedancia de entrada y un alto rechazo al modo comn (CMRR). Se puede construir a base de componentes discretos o se puede encontrar encapsulado (por ejemplo el INA114). La operacin que realiza es la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor.

Su utilizacin es comn en aparatos que trabajan con seales muy dbiles, tales como equipos mdicos (por ejemplo, el electrocardiograma), para minimizar el error de medida.

Amplificador de Instrumentacin

Al existir realimentacin negativa se puede considerar un cortocircuito virtual entre las entradas inversora y no inversora (smbolos - y + respectivamente) de los dos operacionales. Por ello se tendrn las tensiones en dichos terminales y por lo tanto en los extremos de la resistencia Rg.

CONVERSOR ANALOGICO: Es un dispositivo electrnico capaz de convertir una entrada analgica de voltaje en un valor binario, Se utiliza en equipos electrnicos como ordenadores, grabadores de sonido y de vdeo, y equipos de telecomunicaciones. La seal analgica, que vara de forma continua en el

tiempo, se conecta a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo a una velocidad fija, obtenindose as una seal digital a la salida del mismo. Estos conversores poseen dos seales de entrada llamadas Vref+ y Vref- y determinan el rango en el cual se convertir una seal de entrada. El dispositivo establece una relacin entre su entrada (seal analgica) y su salida (digital) dependiendo de su resolucin. Esta resolucin se puede saber, siempre y cuando conozcamos el valor mximo que la entrada de informacin utiliza y la cantidad mxima de la salida en dgitos binarios. A manera de ejemplo, el convertidor anlogo digital ADC0804 tiene la capacidad de convertir una muestra analgica de entre 0 y 5 voltios y su resolucin sern respectivamente:

Conversor analgico digital

Algunos tipos de conversores anlogos son: De aproximaciones sucesivas: Es el empleado ms comnmente, apto para aplicaciones que no necesitan grandes resoluciones ni velocidades. Debido a

su bajo coste se suele integrar en la mayora de micros controladores permitiendo una solucin de bajo coste en un nico chip para numerosas aplicaciones de control. El conversor realiza una bsqueda dicotmica del valor presente en la entrada. Su principal carencia es el elevado tiempo de conversin necesario. Flash: este conversor destaca por su elevada velocidad de funcionamiento. Est formado por una cadena de divisores de tensin y comparadores, realizando la conversin de manera inmediata en una nica operacin. Su principal desventaja es el elevado costo. Sigma-delta: Tienen una velocidad mxima de conversin baja pero a cambio poseen una relacin seal a ruido muy elevada, la mayor de todos.

RESISTENCIA ELECTRICA: La resistencia elctrica de un objeto es una medida de su oposicin al paso de corriente.

Descubierta por Georg Ohm en 1827, la resistencia elctrica tiene un parecido conceptual a la friccin en la fsica mecnica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (). Para su medicin en la prctica existen diversos mtodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmmetro. Adems, su cantidad recproca es la conductancia, medida en Siemens.

Para una gran cantidad de materiales y condiciones, la resistencia elctrica depende de la corriente elctrica que pasa a travs de un objeto y de la tensin en los terminales de este. Esto significa que, dada una temperatura y un material, la resistencia es un valor que se mantendr constante. Adems, de acuerdo con la ley de Ohm la resistencia de un material puede definirse como la razn de la tensin y la corriente.

LED: Un led (de la sigla inglesa LED: Light-Emitting Diode: "diodo emisor de luz", tambin "diodo luminoso") es un diodo semiconductor que emite luz. Se usan como indicadores en muchos dispositivos, y cada vez con mucha ms frecuencia, en iluminacin. Presentado como un componente electrnico en 1962, los primeros ledes emitan luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta.

REGULADOR 7805: el 7805 entrega 5V de corriente continua. El encapsulado en el que usualmente se lo utiliza es el TO220, aunque tambin se lo encuentra en encapsulados pequeos de montaje superficial y en encapsulados grandes y metlicos (TO3).

La tensin de alimentacin debe ser un poco ms de 2 voltios superior a la tensin que entrega el regulador y menor a 35 volts. Usualmente, el modelo estandar (TO220) soporta corrientes de hasta 1 A aunque hay diversos modelos en el mercado con corrientes que van desde los 0'1A. El dispositivo posee como proteccin un limitador de corriente por cortocircuito, y adems, otro limitador por temperatura que puede reducir el nivel de corriente. Estos integrados son fabricados por numerosas compaas, entre las que se encuentran National Semiconductor, Fairchild Semiconductor y ST Microelectronics. El ejemplar ms conocido de esta serie de reguladores es el 7805, que provee 5V, lo que lo hace sumamente til para alimentar dispositivosTTL.

Regulador 7805

TERMOCUPLA TIPO J: La termocupla Tipo J es la conocida como la termocupla hierro - constantn. El hierro es el conductor positivo, mientras que para el conductor negativo se recurre a una aleacin de 55 % de cobre y 45 % de nquel (constantn). Las termocuplas Tipo J resultan satisfactorias para uso continuo en atmsferas oxidantes, reductoras e inertes y en vaco hasta 760 C. Por encima de 540 C, el alambre de hierro se oxida rpidamente, requirindose entonces alambre de mayor dimetro para extender su vida en servicio. La ventaja fundamental de la termocupla Tipo J es su bajo costo.

Termocupla tipo J

GANANCIA AMPLIFICADOR OPERACIONAL: Podemos definir de manera informal a un amplificador operacional como un circuito electrnico, generalmente se obtiene en forma de circuito integrado o chip, que consta de dos entradas (V+ y V-) y una sola salida (Vout). Esta salida es la diferencia entre las dos entradas, multiplicada por un factor de potencia, que a lo largo de estas pginas llamaremos G. Por lo tanto: Vout (Salida)= G x (V+ - V-) Vout (Salida)= I max * (Rajuste + Rinterna) El smbolo de un MONOLITICO es el mostrado en la siguiente figura:

Los terminales son:

V+: entrada no inversora V-: entrada inversora VOUT: salida VS+: alimentacin positiva VS-: alimentacin negativa

3. MONTAJE CIRCUITO MEDIDOR DE TEMPERATURA

1. Por medio del protoobar se utiliza para cada una de las conexiones elegidas para el funcionamiento correcto del medidor de temperatura, el protoobar este lleno de orificios metlicos con contactos de precisin para insertar los componentes y ensamblar 2. Con cada uno de los componentes de la universidad sean fuente o una pila de 9 voltios, para alimentar con la corriente deseada 3. Y con las piezas de ensamble que son: el amplificador de seal, el regulador de voltaje, bornera (conector de termocupla) 4. Tener en cuenta cada una de las conexiones y de los materiales en su orden de la manera correcta para continuar

5. Conexiones de la termocupla tipo J, los cables de alimentacin de voltaje, el regulador de voltaje 7805 el amplificador de la seal de la termocupla y el indicador analgico

3. DIAGRAMAS CIRCUITOS MEDIDOR DE TEMPERATURA CON TERMOCUPLA TIPO J

CON CONVERTIDOR ANALOGO

4. CONCLUSIONES

Con la realizacin del proyecto medidor de temperatura, se logro obtener un desarrollo notable tanto tericamente como de forma practica en la realizacin de cada una de las diferentes etapas para llegar al desarrollo del circuito medidor de temperatura, debido a que era un tema nuevo para nosotros y muy interesante ya que por medio de l se explica adems del funcionamiento como tal del circuito, tambin se da a conocer el funcionamiento de varias tecnologas que vemos a diario ya sea en nuestro entorno, por televisin o en la industria y de cmo estas se relacionan o han sobresalido a partir del medidor de temperatura, y como es que cada uno de los componentes para su funcionamiento llevan a cabo una funcin muy importante. De igual manera por medio de las practicas realizadas con el circuito medidor de temperatura se abren nuevas ideas tanto tecnolgicas y comerciales que pueden ser de gran ayuda para nuestro futuro como profesionales y empresarios, debido a que el mundo cada da evoluciona mas y hace un llamado a cada uno de nosotros a incursionar en el mundo de la tecnologa, del avance industrial y as generar un desarrollo ms avanzado y una evolucin tanto a nivel profesional, humano y as mismo brindar un desarrollo colectivo. Toda industria requiere de una alta dosis de tecnologas de la informacin. La utilizacin de las computadoras en sus ms diversas formas resulta fundamental en actividades relacionadas con control automtico de procesos, as como tambin de supervisin y operacin local y remota. La medicin de temperatura es uno de los tantos aspectos que est incluido en la supervisin, sea esta local o remota. Los transductores ms utilizados son los infrarrojos y los llamados termocupla.