CARACTERIZACIÓN DE LOS SENSORES DE TEMPERATURA

DIEGO ALEJANDRO PARRA 1090652, DANIEL BALLESTEROS 1090655, MIGUEL ANTONIO URBINA 1090589, WILLIAM EVELIO MEZA GOMEZ 1090547, MARVIN ALEXANDER BAYONA

1090631 Universidad Francisco de Paula Santander

E-mail: parra_diego9405@hotmail.com, danielvacan_12@hotmail.com, m.au.516@hotmail.com,

wemg_@hotmail.com, Cocu844@hotmail.com

RESUMEN: El desarrollo de la práctica consistió en la caracterización de los sensores de temperatura LM35 y una termocupla tipo K mediante la toma de datos con la ayuda de multímetro.

ABSTRACT: The development of the practice is to

characterize the LM35 temperature sensors and thermocouple type K by taking data with the help of multimeter. PALABRAS CLAVE: Caracterización, LM35, termocupla tipo K, multímetro. KEYWORDS: Characterization, LM35, thermocouple type

K, multimeter.

INTRODUCCION Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. En nuestro caso, se trabajó con sensores de temperatura accesibles en el laboratorio, midiendo su respuesta al contacto con el calor, de este modo poder conocer su comportamiento característico.

OBJETIVO

Identificar y comprobar el funcionamiento de los diversos tipos de sensores de temperatura disponibles en laboratorio.

Realizar una aplicación práctica utilizando un sensor de temperatura.

EQUIPO NECESARIO

2 termocuplas tipo K (de multímetro), LM35 (no provisto en el laboratorio).

2 multímetros (uno para usar como termómetro con la termocupla).

Fuente de alimentación DC.

Cables y conectores varios.

Generador de calor (bombillo o cautín).

Hojas de datos de termocupla tipo

K.

MARCO TEORICO

Termocuplas La termocupla es el sensor de temperatura más utilizado industrialmente. Una termocupla se hace con dos alambres de distinto material unidos en un extremo (soldados generalmente). Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (por efecto Seebeck) del orden de los milivoltios el cual aumenta con la temperatura. Por ejemplo, una termocupla "tipo J" está hecha con un alambre de hierro y otro de constatan (aleación de cobre y níquel) Al colocar la unión de estos metales a 750 °C, debe aparecer en los extremos 42,2 milivoltios. Normalmente las termocuplas industriales se consiguen encapsuladas dentro de un tubo de acero inoxidable u otro material (vaina), en un extremo está la unión y en el otro el terminal eléctrico de los cables, protegido adentro de una caja redonda de aluminio (cabezal).

Tipos de Termocuplas Existen una infinidad de tipos de termocuplas, pero casi el 90% de las termocuplas utilizadas son del tipo J o del tipo K. Las termocuplas tipo J se usan principalmente en la industria del plástico, goma (extrusión e inyección) y fundición de metales a bajas temperaturas. La termocupla K se usa típicamente en fundición y hornos a temperaturas menores de 1300 °C, por ejemplo fundición de cobre y hornos de tratamientos térmicos. Las termocuplas R, S, B se usan casi exclusivamente en la industria siderúrgica (fundición de acero) Finalmente las tipo T eran usadas hace algún tiempo

en la industria de alimentos, pero han sido desplazadas en esta aplicación por los PT100.

Fig. 1 Representación esquemática de una termocupla.

Sensores de Temperatura Integrados

Actualmente existe una gran variedad de sensores integrados en encapsulados TO-92. Las principales ventajas de estos nuevos dispositivos es que son baratos, pequeños, lineales, la salida puede ser en tensión, corriente, o datos digitales para los más complejos, incluso algunos incorporan funciones de programación de alarmas. La principal desventaja es que el rango de temperatura no supera los 200º C.

LM35: Sensor de Temperatura Celsius El LM35 es un dispositivo de tres terminales que produce un voltaje de salida de 10mV/°C, de modo que el voltaje nominal de salida es 250mV a 25°C y 1V a 100°C. Este sensor puede medir temperaturas debajo de 0°C usando una resistencia de pull-down desde el terminal de salida a una tensión debajo de cero. La precisión del LM35 es de ±1º C desde -55ºC a +150°C.

Fig. 2 Sensor de temperatura LM35.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Durante el desarrollo de la práctica se realizaron medidas para comprobar el comportamiento de la termocupla y el LM35.

Medición de temperatura con termocupla y voltímetro

1. Medir con el tester (en la escala de mV) el voltaje que entrega la termocupla (Vt). 2. Medir la temperatura ambiente Ta (temperatura del contacto de las puntas del voltímetro con los cables de la termocupla). 3. Buscar en la tabla Tipo K que voltaje corresponde a la temperatura Ta.

4. Hacer la suma de los 2 voltajes obtenidos (V = Vt + Vta). 5. Buscar en la tabla a que temperatura corresponde esta tensión (V). Esta será la temperatura real a la que está sometida la termocupla.

Datos termocupla

Temperatura (°C)

Voltaje (v=Vt+VT)

V(mV)

25 0+0.00 0

30 0.14+1.203 1.343

35 0.26+1.407 1.667

40 0.44+1.612 2.052

45 0.70+1.817 2.517

50 0.92+2.023 2.943

55 1.25+2.230 3.48

60 1.48+2.436 3.916

65 1.69+2.644 4.334

70 2.02+2.857 4.877

75 2.29+3.059 5.349

80 2.51+3.267 5.777

85 2.75+3.474 6.224

90 3.11+3.682 6.792

95 3.35+3.889 7.239

100 3.55+4.096 7.646

105 3.59+4.303 7.893

110 3.57+4.509 8.079

115 3.64+4.715 8.355

120 3.81+4.920 8.73

125 4.04+5.124 9.164

130 4.23+5.325 9.762

135 4.37+5.532 9.902

140 5+5.735 10.735

145 5.27+5.937 11.207

150 5.44+6.138 11.578

155 5.73+6.339 12.069

160 6.6+6.40 13

Figura 3. Grafica de temperatura vs voltaje realizada en MATLAB

Medición de temperatura con el LM35

Verificar su funcionamiento. Alimente el LM35 con una tensión de 5V.

Coloque un tester digital a la salida del LM35 y Mida la tensión de salida del mismo.

Mida la temperatura ambiente con el termómetro

digital y compare.

Acerque la fuente de calor (sin tocar el sensor) y observe como varía la tensión de salida al aumentar la temperatura.

Realice una tabla para determinar la curva característica del sensor.

Datos medidos del LM 35

Temperatura (°C) Voltaje (V)

27 0.25

34 0.37

35 0.39

36 0.40

37 0.42

38 0.43

41 0.44

42 0.45

43 0.46

47 0.51

49 0.52

51 0.53

53 0.58

54 0.60

59 0.66

60 0.67

66 0.68

70 0.71

75 0.75

79 0.77

80 0.81

Figura 4. Grafica de temperatura vs voltaje

ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE

1. ¿La actividad que se ha desarrollado en esta

práctica puede realizarse con otro tipo de sensores? Rta: Si, además es indispensable para conocer su

funcionamiento antes de ser implementado en alguna aplicación. 2. ¿Qué ventajas puede implicar la elección de los

sensores frente a otros sensores con otro principio de funcionamiento?

Rta: Las ventajas se ven reflejadas en el momento de

buscar el acondicionamiento que necesita el sensor para trabajar de la manera más óptima. 3. ¿Podría definir los términos: sensibilidad, exactitud,

precisión?

Sensibilidad: Mínima variación en la magnitud que

puede apreciar el aparato con el que fue tomada la lectura.

Exactitud: Se refiere a cuán cerca del valor real se

encuentra el valor medido. En términos estadísticos, la exactitud está relacionada con el sesgo de una estimación. Cuanto menor es el sesgo más exacto es una estimación.

Precisión: Se refiere a la dispersión del conjunto

de valores obtenidos de mediciones repetidas de una magnitud. Cuanto menor es la dispersión mayor la precisión.

4. A la hora de elegir un tipo sensor para darle un uso

específico, ¿Qué condiciones de diseño tendría en cuenta? ¿Por qué? Rta: El comportamiento característico del sensor de

acuerdo teniendo en cuenta la aplicación en el que será implementado, las condiciones de trabajo a las que será expuesto, ya que estas condiciones se tienen que tener en cuenta para un óptimo funcionamiento tanto del sensor como de la aplicación en la cual se verá implementado.

CONCLUSIONES

Se pudo conocer de manera práctica el comportamiento característico del sensor de temperatura LM35 y de la termocupla tipo K.

A partir del desarrollo de esta práctica, se puede establecer que el procedimiento de caracterización de los sensores trabajados, se puede aplicar este procedimiento para cualquier otro sensor, ya que el procedimiento aquí realizado es necesario para poder conocer el comportamiento característico de cualquier sensor.

Para poder llevar a cabo la caracterización de estos sensores y de cualquier sensor es indispensable tener en cuenta la hoja de datos de cada sensor, para saber los rangos mínimos y máximos de trabajo de los sensores.

BIBLIOGRAFIA

Ramón Pallás Areny, Sensores y acondicionadores de señal 4ª edición, 2003.

http://fisicayquimicaenflash.es/eso/

3eso/conceptos/precision.html.

http://es.wikipedia.org/wiki/Precisi

%C3%B3n_y_exactitud.

Guía de laboratorio #5 instrumentación industrial.