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UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE LA MIXTECA Instituto de Electrnica y Mecatrnica

Laboratorio de SISTEMAS DE CONTROL

Grupo: 704 14 de Octubre de 2013

Prof. Edgardo Yescas Mendoza

Prctica 2: Control de temperatura por histresis Objetivo: Disear, construir y probar un sistema de control de temperatura por histresis, con el fin de familiarizarse con los componentes de un sistema de control.

Material

Sensor de temperatura LM335 Amplificadores operacionales Relevador SCR (BTA16) MOC3031 Foco y porta-lmpara Resistores

Planteamiento

La figura 1 muestra el diagrama a bloques del control (de lazo cerrado) de temperatura. Se utiliza un foco de 60 o ms Watts como elemento calefactor, el sensor de temperatura LM335 es utilizado para tener un voltaje en funcin de la temperatura. Este sistema puede funcionar como un control para una incubadora.

Figura 1. Diagrama a bloques del control de temperatura

El objetivo de esta prctica es construir un circuito para controlar la temperatura a 40C, 50C y 60C, mediante la activacin y desactivacin del voltaje aplicado al foco. Las partes que componen al sistema son:

Sensor de temperatura. Basado en un LM335 que proporciona un voltaje de 10mv/C. Para poder manejar mejor los datos se le va a colocar un amplificador no inversor con ganancia 11, de tal manera que a la salida se tendr una relacin de 110mv/C.

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Sumador Restador. Este bloque resta el voltaje proporcional a la temperatura deseada menos el voltaje del sensor de temperatura, el voltaje de salida corresponde al error el cual servir para conmutar al comparador de histresis.

Comparador de histresis. Este circuito proporciona una conmutacin con histresis de la salida en funcin del error. Si se usa un amplificador operacional (OPAM) de propsito general, el voltaje de salida ser de +Vsat o -Vsat.

Control de encendido de AC. Es el que conmuta de encendido a apagado el foco. Para ello se usar un triac. Para mantener aislamiento se tiene que utilizar un optoacoplador con detector de cruce por cero integrado. Se usa un transistor para acoplar la salida del comparador de histresis con el disparo del optoacoplador.

Temperatura deseada. Es un potencimetro con el cual se establece la temperatura deseada del sistema. En la salida del potencimetro debe ir un amplificador no inversor para eliminar efectos de carga. Se tiene que hacer los clculos para ver que voltaje corresponde a cada una de las temperaturas requeridas.

En la figura 2 se muestra el circuito completo que implementa con amplificadores operacionales, el control de temperatura. Se usa una fuente de voltaje para emular el sensor de temperatura. Una resistencia de 100 corresponde a la resistencia del foco.

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4. Cuando se arme el circuito probar el correcto funcionamiento de cada una de sus partes. Para reducir el tamao de ste es recomendable utilizar Circuitos Integrados con cuatro amplificadores operacionales, como el LM324.

5. Calcular tericamente el voltaje del potencimetro para llegar a una temperatura de 40C. Con este dato fijar el potencimetro al valor calculado, para obtener esta temperatura.

6. Medir y registrar el comportamiento de la temperatura durante el tiempo que sea necesario para generar una grfica Temp vs. tiempo. A partir de sta obtener la temperatura mxima y mnima, a la que se mantiene el foco.

7. Repetir los pasos 4 a 5 para 50C. 8. Repetir los pasos 4 a 5 para 60C. 9. Reemplazar todo el control analgico por una microcontrolador o una tarjeta de adquisicin de

datos y con ella realizar los puntos 4 al 7. La temperatura deseada se puede fijar con un potencimetro o un dip-switch.

Reporte

El reporte se va a entregar una semana despus de concluida la prctica. Incluir la introduccin, el procedimiento, resultado, conclusiones y bibliografa.

Referencias.

Robert F. Coughlin, Frederick F. Driscoll, Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales, Prentice Hall, 1999.

National Semiconductors, LM135/LM235/LM335, LM135A/LM235A/LM335A Precision Temperature Sensors, National semiconductors, Noviembre 2000.

Precaucin! Van a usar voltaje de AC, hay que tener cuidado con la conexiones ya que pueden daar el equipo o darles toques.

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Apndice

1. Sensor de temperatura Es el encargado de convertir la temperatura ambiente a un voltaje de cd, y se realiza con el CI LM335, el cual proporciona un voltaje de 10mV/C, adems, posee una terminal de calibracin para ajustar el voltaje del sensor a 25C, de tal manera que cuando circule una corriente de 1mA en el CI a esa temperatura, el voltaje en las terminales sea de 2.982V. En la figura 3 se muestra un diagrama de conexiones del LM335, el cual requiere pocos elementos para su configuracin.

Figura 3. Diagrama de conexiones del LM335

2. Comparador de Histresis El comparador de histresis proporciona un comportamiento diferente en funcin del estado anterior del sistema. En la figura 4 se muestra el diagrama esquemtico de uno de ellos. Para mayor informacin consultar un libro de amplificadores operacionales.

Donde +Vsat, es el voltaje de saturacin positivo y Vsat es el voltaje de saturacin negativo. VUT es voltaje de umbral positivo, VLT es el voltaje de umbral negativo, VH es el voltaje de histresis y VCTL es el voltaje central.

Figura 4. Diagrama esquemtico del comparador DCCH

3. Control de encendido por relevador Para producir calor se utiliza un foco de 60 o ms Watts, alimentado con voltaje de corriente

alterna. Como el circuito de control funciona con fuentes de voltaje de +12V, es necesario utilizar un relevador de cd para controlar el encendido del foco, y aislar elctricamente la etapa de potencia de los circuitos de control. La figura 6 muestra el diagrama esquemtico del circuito de control del relevador, cuando el voltaje de salida del comparador es +Vsat, el transistor se polariza directamente y funciona como interruptor, haciendo circular corriente por la bobina del relevador, lo cual hace que el relevador conmute, y con ello se cierre el circuito de ca (corriente alterna) activando el foco. Cuando el voltaje de salida del comparador es -Vsat, el transistor no conduce y no se activa el relevador.

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Figura 5. Control de encendido con relevador.

4. Control de encendido por Triac

Para conmutar cargas de ca en forma electrnica, la alternativa es usar un triac y un optoacoplador para proporcionar aislamiento. La figura 6 muestra el circuito de disparo con ambos componentes. Cuando la seal Disparo esta en alto se activa la carga, cuando est en bajo o tiene un valor negativo, se apaga.

Figura 6. Control de encendido de un triac con optotriac