SISTEMA DE CONTROL DE SEÑAL PARA UN TERMOPAR

1. Sistema de control con arreglo de amplificadores operacionales

Este sistema posee dos amplificadores operacionales. La unión de referencia se encuentra a temperatura ambiente y es compensada mediante el circuito LM35, el cual es un sensor de temperatura. El LM35 generalmente posee una sensibilidad de entre 1 a 10 mV/°C y un voltaje igual a 0V cuando la temperatura es 0°C. Particularmente, el circuito mostrado fue diseñado para un termopar tipo J.

Una de las terminales de entrada del amplificador 1 (AO1) se conecta a una terminal del termopar. AO1 posee una ganancia de 1001, obteniéndose un voltaje amplificado en el punto V1. Si el potencial entregado por el termopar es del orden de los µV, en V1 será del orden de mV. El sensor de temperatura LM35 tiene la función de eliminar los efectos de variables que no se desean medir en el sistema. La configuración que sigue para el amplificador 2 (AO2) actúa como un restador, donde a V+ se le resta el voltaje VREF, con la finalidad de obtener un voltaje de salida proporcional a la temperatura. Normalmente, al voltaje de referencia VREF se le da un valor del orden de los mV.

Es posible plantear una serie de ecuaciones con las cuales, a partir de valores iniciales, se encuentran los valores respectivos de R1, R4 y VREF. TA representa a la temperatura ambiente (generalmente entre los 5°C y 40°C), SJ es la sensibilidad media del termopar (expresada en µV/K) y α es la sensibilidad del sensor de temperatura (en V/°C).

Por ejemplo, si se desea obtener un voltaje de salida Vout lineal a la temperatura T , comprendida entre los 0°C y 100°C, insensible a TA, que exista una sensibilidad de 10 mV/°C y que además a los 50°C se tenga Vout=0V; los valores calculados serán: R1= 52.7kΩ, R4=9.19kΩ y VREF=54.5mV.

2. Sistema de control con acondicionadores de señal en circuito integrado

Existen circuitos integrados que realizan todas las etapas del acondicionamiento de señal como por ejemplo los AD594 y AD595 de Analog Devices. En especial, el primer amplificador es empleado para termopares tipo J y el segundo para termopares tipo K. El AD594 y AD595 poseen un amplificador de instrumentación, un compensador lineal, una salida de alarma de ruptura o desconexión del termpar. Dentro de sus características generales, poseen una alta impedancia de entrada, se alimentan de 5V+ a 15 V y suministran una salida de 10mV/°C. Sus rangos de operación varían de entre los 0°C hasta los 50°C.

Para poder medir temperaturas debajo de los 0°C, es necesario alimentar el circuito con voltaje positivo y negativo. Generalmente, este tipo de circuitos operan con una corriente muy pequeña, de entre los 100 a 200µA, siendo capaces de entregar una corriente de hasta 5mA. La precisión con la que son calibrados es de 1°C. Entre sus aplicaciones más importantes, este tipo de acondicionadores de señal son utilizados como termómetros y alarmas de temperatura.

TRANSDUCTORES ELECTRÓNICOS PARA MEDICIÓN DE TEMPERATURA

1. Melixis MLX90614 Single and Dual Zone Infra Red Thermomether in TO-39

Este dispositivo es un termómetro infrarrojo empleado para mediciones de temperatura sin contacto. Dentro del encapsulado se integran un sensor de temperatura y un acondicionador de señal. Posee una unidad ADC de 17 bits que, junto con una unidad de procesamiento digital (DSP), permiten al dispositivo tener una alta precisión y resolución. La salida PWM integrada de 10 bits transmite continuamente la temperatura medida en un rango de -20 a 120°C, con una resolución de salida de 0.14°C.

El MLX90614 es calibrado para poder medir dos fuentes distintas de temperatura. En temperatura ambiente puede abarcar un rango de -40 a 125°C y para medir la temperatura de algún objeto el rango es de -70 a 382.2 °C. El voltaje de alimentación es de 5V+. Dentro de sus aplicaciones más importantes se encuentran la medición de temperatura sin contacto de alta precisión, como sensor de temperatura para un sistema de aire acondicionado, detector de movimiento, alarma térmica, control industrial de temperatura en partes móviles y medición de temperatura corporal.

2. TelCom 1-Wire Digital Thermometer TC625

El TC625 es un sensor de temperatura monolítico el cual genera un tren de pulsos como salida, el tiempo en alto y en bajo de dicho tren de pulsos varía de forma proporcional a la temperatura censada por el dispositivo. La ventaja de un tren de pulsos es ofrecer mayor inmunidad al ruido que pudiera entrar al sistema. Esta técnica de pulsos permite que la temperatura sea medida con una alta precisión con un microcontrolador y sin emplear un convertidor A/D con un solo pin de entrada y salida.

La precisión del dispositivo es de ±1.5°C dentro de un rango de medición de -25°C a 100°C. Este dispositivo opera en voltajes tan bajos como 2.7V hasta los 5.5V. El TC625 se encuentra disponible en empaquetamientos TO-92 y SOT-23-A5. Dentro de sus aplicaciones principales, se encuentran: sensor de temperatura aislado, en sistemas de control de ambiente, en sistemas de control o proceso industrial

y en el monitoreo de temperatura para sistemas de potencia.

3. Maxim DS18B20 Programmable Resolution 1-Wire Digital Thermometer

El termómetro digital DS18B20 provee un dato binario de entre 9 y 12 bits equivalente a la temperatura medida, tiene una alarma programable en una memoria no volátil (EEPROM), con disparos en alto y bajo. Posee solamente un bus de una vía, por donde se puede comunicar con un microprocesador. El rango de temperaturas en los que es funcional va desde -55°C a 125°C. La precisión de este circuito, dentro de un rango de temperaturas de -10° a 85°C, es de ±0.5°C. Adicionalmente, el DS18B20 puede obtener el voltaje de alimentación de la línea de datos, eliminando la necesidad de una fuente externa. El tiempo de conversión de temperatura a una palabra de 12 bits es de 750 ms como máximo. Las principales aplicaciones abarcan controles para termostatos, sistemas industriales de control de temperatura, termómetros de consumo y cualquier sistema sensible a la temperatura.

Internamente, tiene una memoria ROM de 64 bits, la cual contiene dos registros de temperatura y los cuales almacenan la salida digital del sensor de temperatura. La resolución depende del número de bits que se quieran utilizar como salida, siendo el usuario el encargado de configurarlos. Los 9 bits corresponden a incrementos en 0.5°C, 10 bits a 0.25°C, 11 bits a 0.125°C y 12 bits a incrementos de 0.0625°C. La corriente que suministra este dispositivo típicamente es de 1mA.