Curva característica de la PT100

Estudiantes de ingeniería electrónica VI semestre Jhon Alexander Díaz Acevedo, Freddy Enrique Muñoz Barragán.

Universidad de CundinamarcaColombia/Cundinamarca/Fusagasugá

Jade7700@gmail.com; freddy.h.mercury@hotmail.com.

1. INTRODUCCIÓN

Para la implementación de un sistema de control se hace necesaria la utilización de sensores los cuales son los que le brindan la información al sistema, por lo general las mediciones que se hacen son para variables físicas como temperatura, humedad, luminosidad, presión, entre otras. Sin embargo en algunos tipos de sensores (mas que todo los resistivos) necesitan un acondicionamiento de la señal, ya que para poder identificar los datos que estos dispositivo entregan se tiene que hacer por medición de variaciones de voltaje o de corriente.

2. EL SISTEMA

El sistema consiste en la visualización de cuatros estados de luminosidad que incide sobre una LDR, estos estados se deben mostrar por medio de cuatro LEDs, para lograr esto se deben tener en cuenta tres etapas las cuales son: la etapa de acondicionamiento, la etapa de amplificación y la etapa de comparación.

Para un mejor entendimiento del proceso que se llevó a cabo en el próximo apartado del documento se hará una breve explicación acerca de los temas a tratar en cada bloque, como lo es el puente de wheastone, los amplificadores operacionales como amplificadores es si y como comparadores. A continuación en la figura1. Se muestra el diagrama del sistema a implementar.

Figura1. Diagrama de bloques del sistema

Para un mejor entendimiento del proceso que se llevará acabo en cada uno de los bloques de la figura1. Se hace necesario tener en cuenta unos conocimientos previos, es por ello que en la siguiente sección del documento se hace una breve explicación de cada uno de los circuitos que se utilizaran en este laboratorio.

3. teoría

- puente de wheastone

Para el desarrollo del sistema se empleo la siguiente configuración del puente con todas las resistencias iguales.

Resumen. En este documento se encuentra el desarrollo de una practicad laboratorio basada en la recolección de datos de una PT100, el cual es un sensor que mide temperatura y es de tipo resistivo, para la recolección de datos de este sensor se hizo tomando los datos de la resistencia dependiendo de la variaciones de la temperatura,

Un puente de Wheatstone consiste basicamente en un circuito con el que a partir de tres resistencias conocidas se puede encontrar de una forma muy precisa el valor de una cuarta resistencia desconocida. Con la resistencia variable R2 se consiguen distintas situaciones estacionarias para el circuito entre ellas aquella en que la diferencia de potencial entre los extremos de la resistencia R1 sea igual a la correspondiente de Rx con lo cual se tiene que i1R1 = i2Rx.

También es cierto que i1R2= i2R4 siendo i1 e i2 las intensidades que circulan por la parte de "arriba" del circuito esquematizado y por la parte de "abajo" respectivamente (el esque ma del circuito se puede observar en la figura2.).

Figura2. Esquema de conexión del puente de wheastone

Entonces de las anteriores ecuaciones se encuentra que: Rx = R1R4/R2.

Es evidente que i1 + i2 = /Req donde e es la fem que alimenta el circuito y Req es la resistencia equivalente a las cuatro dadas.

- amplificadores

Los amplificadores son circuitos que se utilizan a aumentar (amplificar) el valor de la señal de entrada (generalmente muy pequeña) y así obtener una señal a la salida con una amplitud mucho mayor a la señal original.

Entrada Salidafigura3. Símbolo de un amplificador

Algunas veces la amplificación puede causar que la señal a la salida del amplificador salga distorsionada causada por una amplificación muy grande.

Hay que tomar en cuenta que un amplificador no puede tener en su salida niveles de voltaje mayores a los que la fuente de alimentación, que lo alimenta, le puede dar.

Ejemplo: Si el amplificador es alimentado por 12 Voltios. La señal de salida no podrá tener un voltaje mayor a este.

- comparadores

Un comparador es un circuito analógico que monitorea dos entradas de voltaje. Uno es llamado voltaje de referencia (Vref)  y el otro voltaje de entrada (Vin). Cuando Vin se incrementa por encima o se reduce por debajo de Vref, la salida (Vout) del comparador cambia de estado entre bajo y alto.

4. desarrollo de la práctica.

Teniendo en cuenta los anteriores conceptos se puede empezar a explicar el desarrollo de cada etapa, a continuación se explicara como fue el planteamiento de cada etapa así como las respectivas ecuaciones que se utilizaron.

- para el puente de wheastone únicamente se tuvo que tener en cuenta el valor de la de resistencia de la LDR y se obtuvieron los siguientes resultados: para una mayor luminosidad la resistencia era de 3K y para una menor luminosidad la resistencia era de 15K aproximadamente, debido a estos resultados se decidió utilizar resistencias de 3K en el puente de wheastone para que cuando hubiera una mayor luminosidad el puente estuviera equilibrado. De esta manera se podría definir un voltaje de 0V a 2.5V.

- sin embargo el voltaje de salida del puente de wheastone es muy pequeño por lo que se hace necesario hacer una amplificación. Debido a que se requiere tomar cuatro (4) estados diferentes de luminosidad se decidió amplificar este voltaje a 12V.

- de esta manera es más fácil separar los estados ya que doce se puede dividir en cuatro partes iguales en voltajes bien definidos de la siguiente manera: cuando el voltaje este entre 0V y 2,9V no se deberá encender ningún indicador en este caso un LED, si el voltaje

está entre 3V y 5,9V se deberá encender el primer LED, si el voltaje esta entre 6V y 8,9V se deberán encender los dos primeros LEDs, si el voltaje esta entre 9V y 11,9V se deberán encender los tres primeros LEDs, y si el voltaje es 12V se encenderán los cuatro LEDs.

Para esta parte se hizo uso de comparadores con amplificadores operacionales, su configuración es muy sencilla, lo único que hay que tener en cuenta es el divisor de voltaje para el voltaje de referencia. Para esta configuración se decidió utilizar la siguiente configuración:

Figura4. Esquema de un comparador.

Utilizando la configuración de la figura5. Se tiene que:

Si Vin ≤ Vref Vout = 0Si Vin > Vref Vout = 5V

De esta manera solo basta con hallar el voltaje de referencia para lograr tomar los rangos de voltaje que se quieren. Para esto se solo hay que aplicar la ecuación para el divisor de voltaje que es la siguiente:

Vref = R2/ (R1+R2)

Utilizando esta ecuación se obtuvieron los siguientes valores de resistencias para los diferentes rangos de voltaje:

1- R1= 3K y R2 = 1K2- R1= 1K y R2 = 1K3- R1= 330 y R2 = 1K4- R1= 33 y R2 = 1K

Después de haber realizado todos estos procedimientos se llega al esquema general de la

conexión el cual se puede observar en la figura5. (Ver anexo)3. Conclusiones

Esta práctica resulta al fácil ya que se emplean los conocimientos que se han venido adquiriendo durante toda la carrera, es por ello que el diseño del esquema implementar se hizo de manera sencilla, aunque la etapa de amplificación es mucho mejor con un amplificador de instrumentación ya que si se hace con uno normal se tiene el inconveniente de que la resistencia que se coloca en uno de los terminales de entrada puede afectar al puente de wheastone.

Esta práctica de laboratorio fue destinada únicamente para entender la etapa de acondicionamiento de señal de un sensor resistivo, ya que por lo general son muy utilizados pero siempre requieren una etapa de acondicionamiento de la señal.

Referencias

[1] Puente De Wheatstone, diponible en la página de internet:

http://www.cie.uva.es/optica/Practicas/primero/fisica/ptewheatstone/ptewheatstone.htm

[2] Comparadores, disponible en la página de internet:

http://www.sabelotodo.org/electrotecnia/comparador.html

[3] Amplificadores, Amplificación, disponible en la página de internet:

http://www.sabelotodo.org/electrotecnia/comparador.html

ANEXOS

Anexo A

Figura5. Esquema de conexiones del circuito total del sistema.