sensor de temepratura

MEDICIN DE TEMPERATURA CON SENSOR LM335

Klugers (Lemac) CC 2006

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ndice 1. Objetivo .....................................................................................1 2. Solucin Propuesta ...................................................................1

2.1. Pre-Tarjeta.......................................................................................1 2.2. Pre-Planta........................................................................................1 2.3. Planta...............................................................................................1

3. Los componentes ......................................................................1 4. La realizacin .............................................................................1

4.1. La alimentacin de los circuitos ...................................................1 4.2. El sensor LM-335 ............................................................................1 4.3. La transmisin de la temperatura .................................................1 4.4. Recepciones en corriente ..............................................................1 4.5. Transmisin analgica...................................................................1 4.6. Actuacin sobre la resistencia calefactora ..................................1 4.7. Transmisin digital.........................................................................1 4.8. Actuacin sobre el rel ..................................................................1

5. Listado de componentes (BOM) ...............................................1 6. El programa................................................................................1

6.1. Panel frontal ....................................................................................1 6.2. Diagrama de bloques .....................................................................1

7. Sugerencias de los autores.......................................................1 7.1. Circuitos ..........................................................................................1 7.2. Programa.........................................................................................1



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1. Objetivo

El objetivo de este trabajo es disear un sistema de control de

temperatura a distancia. Se medirn temperaturas comprendidas entre -40C a

100C. Se calentar el sistema usando una resistencia y se enfriar con el uso

de un ventilador, para simular el proceso se ha construido una pequea

maqueta.

2. Solucin Propuesta

El sistema a disear y que posteriormente se montar para el

cumplimento de los objetivos cumple el diagrama de bloques de la Figura 1.

Figura 1

La planta a controlar est dotada de una resistencia calefactora que se

controlar de forma analgica con un montaje darlington y de un ventilador que

se accionar a travs de un rel. La transmisin a distancia se realizar en

corriente, para evitar los ruidos elctricos producidos por motores, reactancias,

etc. y cadas de tensin en las lneas. Se transmitir con niveles de 4mA a

20mA como en un canal analgico estndar de un autmata, empleando para

ello un cable de dos hilos trenzados.

Para la realizacin del proyecto se decide disear tres circuitos

impresos: pre-tarjeta, pre-planta y planta.



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2.1. Pre-Tarjeta

Estar dotada de dos conversores tensin corriente, uno de ellos

convertir la seal digital y el otro la seal analgica, adems de un

conversor corriente tensin para adaptar la seal de temperatura leda y

transmitirla a la tarjeta de adquisicin de datos.

2.2. Pre-Planta

Estar dotada de dos conversores corriente tensin, uno de ellos

convertir la seal digital y el otro la seal analgica, y conversor tensin

corriente para la transmisin de la seal de temperatura.

2.3. Planta

Estar dotada de un darlington que accionar un rel para el

control del ventilador, otro darlington para el control analgico de la

resistencia calefactora y la resistencia de polarizacin del sensor as

como un potencimetro para ajuste fino del mismo.

Se decide esta configuracin de circuitos por ser la ms verstil sin tener

que hacer una placa por circuito de transmisin, ya que permitira en un futuro,

cambiando nicamente el circuito de la planta, la actuacin sobre ventiladores

o resistencias de ms potencia o incluso cambiar el tipo de sensor.



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3. Los componentes

Para la realizacin del proyecto se utilizar un sensor LM335 por

disponibilidad comercial del mismo, aun as se podra usar cualquier otro

sensor ya que bastara con modificar el circuito impreso planta, anteriormente

citado.

Se utilizar una tarjeta de adquisicin de datos 9111 por ser sta la

instalada en el ordenador con el cual se realizar el control, pudindose

sustituir por cualquier otra tarjeta compatible (ver especificaciones en anexo 3)

o que disponga de:

1 Entrada analgica de -10V ~ 10V

1 Salida digital TTL 0V ~ 5V

1 Salida analgica de -10V ~ 10V

Se usarn operacionales OPA2227, por disponer de ellos fcilmente

pudindose sustituir por cualquier operacional compatible en patillage y

caractersticas.

Se usarn componentes analgicos varios, disponibles en las tiendas de

electrnica, como resistencias, condensadores, etc. As como un PC y el

programa LabView de National Instruments (V 6.i) por especificaciones del

peticionario.



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4. La realizacin

4.1. La alimentacin de los circuitos

Se alimentarn los circuitos con una tensin de -12V ~ 0V ~ 12V, por ser

ste un valor tpico en las industrias y automatismos pudiendo as sacar la

alimentacin de cualquier fuente estabilizada cercana, adems de adaptarse

muy bien al rango de tensiones analgicas de entrada y salida de la tarjeta de

adquisicin de datos (9111). Se recomienda no conectar ningn circuito a

ninguna fuente que sufra demandas momentneas fuertes de energa y en la

medida de lo posible se intentar usar siempre a una fuente conmutada, debido

a las caractersticas del rizado de las mismas ya que fluctuar menos la medida

y se ver sometido a menos ruidos debidos a la red elctrica. Aun as se

recomienda montar una fuente (conmutada) especfica para los dispositivos

que de las tensiones indicadas.

4.2. El sensor LM-335

Puesto que por escasez de medios y tiempo no se puede parametrizar el

sensor, se debe suponer que este se ajusta correctamente a lo descrito por el

fabricante. Se debera hacer un estudio ms exhaustivo acerca de este en caso

de una realizacin en cadena del proyecto.

Segn las especificaciones facilitadas por el fabricante (National

Semiconductor), el LM335 es un sensor de temperatura de precisin, capaz de

medir temperaturas entre -40C a 100C. Su comportamiento es similar al de

un diodo zner, por lo que se debe polarizar las patillas correspondientes a

stas, tal como se muestra ms abajo, mostrando una impedancia dinmica de

1? y soportando una corriente a su travs comprendida entre 450A a 5mA. El

sensor tiene una respuesta lineal con un margen de error de 1C, con una recta

caracterstica cuya pendiente es de +10mV/K, y soporta una sobre temperatura

de 200C. Adems dispone de una patilla de ajuste, en la cual basta con

introducir una seal de referencia comprendida entre las tensiones de



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polarizacin del mismo, volvindose un sensor fcilmente ajustable. Entre otras

caractersticas el sensor viene calibrado por defecto en K.

Se optar por montar el sensor con este ajuste por si se desea hacer un

calibrado mas fino del mismo, as se montar con este fin un potencimetro

multivuelta de valor 10k? , como recomienda el fabricante, permitiendo con ste

un ajuste fino, ya que dispone de una resolucin de 2,77? / de giro.

1kO10Vueltas

10kO= 2,77O,7

3601000O

=

Se alimentar el sensor con una tensin de 0V ~ 12 V sabiendo que por

el mismo puede circular una corriente de entre 450A a 5 mA y segn las

especificaciones del fabricante el sensor dar:

C K Vs

-273C 0K 0V

0C 273K 2,73V

Por tanto entre -40C y 100C dar unos voltajes tales que:

-40C 233K 2,33V

100C 373K 3,73V

Con lo que, con la ayuda de estos datos, se puede calcular la resistencia

que se necesitar de proteccin para que el sensor funcione en los mrgenes

correctos de corriente.

IVsVcc

R-

=

I = 450A R = 21,48k?

T = -40C Vs = 2.33V

I = 5mA R = 1934?



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I = 450A R = 18,37k?

T = 100C Vs = 3.73V

I = 5mA R = 1654?

Por lo tanto la resistencia debera estar comprendida entre 1,6k? y

21,5k? , tomado un valor intermedio entre estos queda una R de 11,6k? por no

ser este un valor comercial se tomar una resistencia de 10k? . Quedando un

circuito como el de la Figura 2.

D1LM335/TO92

R110K

R210K

VCC1

GND1

Figura 2

4.3. La transmisin de la temperatura

Conviene recordar que las transmisiones a distancia se realizarn a los

niveles de 4mA a 20mA como en un canal analgico estndar de un autmata.

Para conseguir pues la transmisin a estos niveles de corriente habr

que eliminar el offset para facilitar la obtencin de los niveles. Como se puede

observar la relacin 4mA ~ 20mA, es 1 ~ 5 por lo que habr que acondicionar

el rango que da el sensor a esta misma relacin. Teniendo en cuenta que el

sensor da:

-40C 100C

2,33 V 3,73V Diferencia de 1,4



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0,354

1,4=

Por tanto el nivel de 2,33V habr que reducirlo a 0,35V, teniendo que

hacer un ajuste de offset de -1,98V.

Con el fin de conseguir la mxima transmisin de energa y teniendo en

cuanta que los operacionales convencionales se saturan 2V por debajo de la

tensin de alimentacin se obtendrn unas tensiones de salida de 10V ~ -10V.

Teniendo en cuenta esto y que se desea transmitir a una corriente 4mA ~

20mA, habr que poner especial cuidado a la hora del clculo de las

resistencias en los bucles de corriente. Teniendo una entrada comprendida

entre 0,35V ~ 1,75V da una R span de 87,5O.

87,5O4mA

0,35V= 87,5O

20mA1,75V

=

-

+

R load

R span

Vin

Figura 3

Adems se dotar al circuito de un seguidor en carga flotante por si en

un futuro se cambia de sensor (Figura 3). Se opta por no montar un

amplificador de instrumentacin por considerarlo innecesario ya que el sensor

proporcionar unas tensiones comprendidas entre 2,33V (-40C) y 3,73V

(100C), por lo que se hace innecesario el montaje de un amplificador de

instrumentacin; adems de carecer de sentido por ser el margen suficiente

para la realizacin de la transmisin en corriente. Puesto que las medidas se

realizarn cada pocos segundos y los niveles de ruido que puede introducir el



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sensor en los cables es despreciable (alrededor de 100mV) con respecto al

nivel de la seal, provocando un error de cmo mximo un grado.

Se debera realizar un aislamiento galvnico entre el sensor y la tarjeta

de adquisicin de datos. En este caso no se considera necesaria debido a la

transmisin en corriente, adems se permite alimentar los distintos circuitos

impresos con fuentes de alimentacin distintas consiguiendo as un asilamiento

ptimo entre sensor y tarjeta (Figura 4).

OutA

-

+

+

-

OutB

100K

100K

100K

100KRegleta

12

Of f set

10K > 1650

-12V

R span

100R > 87,5R

Regleta

12

Figura 4

4.4. Recepciones en corriente

Al tratarse de un sistema de transmisin a dos hilos con unos niveles de

4mA ~ 20mA bastara con conectar esta seal a una entrada analgica

estndar. Como la tarjeta de la que se dispone no tiene ninguna entrada de

este tipo habr que adaptar la seal a los niveles de tensin de las entradas.

Se escoger el rango de entradas de 10 V debido a que los operacionales no

son ideales y tendrn un margen de salida de -10V ~ 10V aunque la

alimentacin sea simtrica -12V ~ 12V.

Por lo tanto el circuito receptor de la seal estar dotado de una R load

de 100O. Esta resistencia fue escogida porque genera una cada de tensin a



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20mA de 2V que, adems de no suponer una carga muy fuerte para el

operacional transmisor de corriente, permite fijar una ganancia de 7dB (en

tensin) en el operacional receptor, consiguiendo as el margen 2V ~ 10V.

Por ser stos los mximos rangos que se pueden conseguir, se optar

por hacer los tres circuitos receptores iguales (Figura 5), lo que simplificara la

realizacin y ajuste de los mismos.

Adems se dota a esta etapa de un comparador por nivel que permite

detectar si el cable est roto. Como la tensin mnima del margen es de 2V,

esta funcionalidad es implementable fcilmente tambin por software en la

lectura de temperatura.

R load1K>100

OutA

-

+

+

-

OutB

LED

10K

Regleta

12

470

2K

Regeta

12

2K

12V 10K

R Comparacion

10K > 500R

Figura 5

4.5. Transmisin analgica Tomando como referencia los clculos hechos en la transmisin de la

temperatura, se han ajustado los valores de de las resistencias de transmisin

y de offset. El circuito receptor se ha mantenido por no poder mejorar ningn

parmetro, debido a las tensiones de saturacin de los operacionales.

Puesto que en la recepcin tiene una ganancia de 7dB para evitar la

saturacin del operacional de emisin, se tiene que restringir la seal analgica

a transmitir a un rango comprendido entre 0V ~ 6V. Estos niveles, igual que



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antes, habr que adaptarlos para conseguir la transmisin 4mA ~ 20mA por lo

que habr que sumarle 1,5V y ajustar la R span a un valor 375O.

4.6. Actuacin sobre la resistencia calefactora

La actuacin sobre la resistencia calefactora se realizar a travs de un

darlington, en configuracin colector comn (Figura 6). La resistencia

calefactora es de tipo cermico, soporta 5W y puesto que la alimentacin es de

12V y la Vce del montaje darlington es de 2V la resistencia est sometida a un

mximo de 10V, se podr colocar una resistencia de 20O. Por no ser ste un

valor comercial se colocar de 22O. Teniendo en cuenta que por la resistencia

calefactora van a circular 0,45A y la del transistor es de 750 da una corriente

de base de 600A:

bce III += bc II = 1I

I eb +=

BDX53

Regleta

12

12V

22

Figura 6

Se pondr una resistencia de base de 1O en el montaje para conservar

el circuito tpico de polarizacin.

4.7. Transmisin digital Tomando como referencia los clculos hechos en la transmisin de la

temperatura, se han ajustado los valores de de las resistencias de transmisin

y de offset. El circuito receptor se ha mantenido por no poder mejorar ningn

parmetro, debido a las tensiones de saturacin de los operacionales.



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Puesto que en la recepcin tiene una ganancia de 7dB para que se

comporte igual que los circuitos anteriores y teniendo en cuenta que la seal

digital tiene los niveles 0V y 5V. Estos niveles, igual que antes, habr que

adaptarlos para conseguir la transmisin 4mA ~ 20mA, por lo que habr que

sumarle 1,25V y ajustar la R span a un valor 312,5O.

4.8. Actuacin sobre el rel La actuacin sobre el rel se realizar a travs de un darlington, en

configuracin emisor comn (Figura 7). Se colocar en antiparalelo con la

bobina un diodo de free-wheeling. Teniendo en cuenta que se trabajar en

corte y saturacin y sabiendo que las tensiones de salida del operacional son

de 2V ~ 10V, la beta del transistor es de 750, con una tensin Vbe = 2,5V se

puede calcular la resistencia de base sabiendo que la bobina del rel solo

consumir 0,2W a 12V, lo que da una corriente de 16,66mA. Como sta es una

corriente muy baja y en conocimiento de que en los instantes de conmutacin

en la bobina esta corriente ser mucho ms elevada, tras la realizacin del

montaje se realizaron una serie de ensayos y se comprob que el rel

comenzaba a conmutar con una Rb de 10kO, lo cual, segn clculos, resulta

que por el colector del darlington circularn 562,5mA, corriente que permite

polarizar el rel y no es escesiva para el darlington.

b

beinb R

VVI

-= 7505

10kO2,5V10V

Ib =-

=

bC II = 562,5mA7507505II cc ===

Regleta

12

10K

1N4001

BDX53

RELE12V

34

5

68

712

12V

12V

Regleta

12

Figura 7



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5. Listado de componentes (BOM)

A continuacin se detalla la relacin de componentes utilizados, con sus

referencias.

Bill Of Materials Planta Item Quantity Reference Part

1 1 C1 0.1u 2 1 D1 LM335/TO46 3 1 D2 D1N4001 4 6 J1,J2,J3,J4,J5,J6 HEADER 2 5 3 R1,P1,R2 10K 6 2 Q1,Q2 BDX53 7 1 RL1 RELAY 12V 8 1 R3 1O

Pre-Planta Item Quantity Reference Part

1 2 C1,C2 0.1u 2 2 D1,D2 LED 3 6 J1,J2,J4,J5,J6,J7 HEADER 2 4 1 J3 HEADER 3 5 1 P1 100R > 87,5R 6 1 P2 10K > 1650 7 2 P3,P5 1K -->100 8 2 P4,P6 10K > 500 9 4 R1,R2,R3,R4 100K

10 4 R5,R8,R10,R13 10K 11 4 R6,R7,R11,R12 2K 12 2 R9,R14 470O 13 3 U1,U2,U3 OPA2227

Pre-Tarjeta Item Quantity Reference Part

1 2 C2,C1 0.1u 2 1 D1 LED 3 1 J1 HEADER 3 4 6 J2,J3,J4,J5,J6,J7 HEADER 2 5 2 P1,P4 1k>100 6 1 P2 10K>500 7 1 P3 10K>1250 8 1 P5 10K>1041,6 9 1 P6 1k>312.5

10 2 R4,R1 10K 11 2 R2,R3 2K 12 1 R5 470O 13 8 R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12,R13 100K 14 3 U1,U2,U3 OPA2227

Figura 8



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6. El programa

Para la realizacin del control se utilizar un programa de ordenador

llamado LabView, versin 6i (por especificaciones del peticionario). Este

programa resulta til para hacer este tipo de aplicaciones debido a que ha sido

desarrollado especficamente para ello y ofrece multitud de rutinas, controles e

indicadores previamente programados que facilitan la realizacin del

instrumento virtual.

Dicho programa dispone de dos ventanas para la programacin del

instrumento virtual: una es la parte de visualizacin (el panel frontal) que es la

que ver el usuario final y la otra es la de programacin (diagrama de bloques).

En ambas se acta de forma grfica, es decir, no hay cdigo (entendido como

el que hay en los lenguajes de programacin de alto nivel: C, Java), lo que

hace ms sencilla la labor del programador.

6.1. Panel frontal

La Figura 9 muestra el panel frontal del instrumento, la ventana que

utilizar el operario o usuario final.

Este panel dispone de dos secciones diferenciadas: una para la

visualizacin y otra para el control. Para activar cualquiera de las dos secciones

hay que estar midiendo, para lo cual existe el botn Comenzar medida. Este

botn puede activarse o desactivarse en cualquier momento, iniciando o

parando la medicin sin que ello implique dejar de ejecutar el programa.

Existen situaciones en las que puede ser til visualizar la temperatura

pero no controlarla, para esto, se ha aadido un segundo botn Activar

control, que cuando est pulsado realiza esta accin. Tanto este botn como

el de comenzar medida tienen un led al lado para indicar fcilmente al usuario

cundo est activa la seccin correspondiente.



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Figura 9

La seccin de visualizacin se compone de dos termmetros, uno para

todo el rango del sensor (Absoluta -40C ~ 100C) y otra con un rango de

temperaturas ms ajustado al laboratorio donde se va a situar dicho sensor

(Escala fina 0C ~ 40C), y un Waveform Chart para observar la variacin

de la temperatura en el tiempo que incluye, adems, un indicador numrico de

la temperatura actual para una mayor precisin en la medida.

Esta parte incluye, adems, dos controles para que el usuario indique el

nmero de tarjeta y el canal de entrada analgica de dicha tarjeta, por el cual

se va a realizar la medicin la temperatura.

Es sabido que el valor de temperatura no flucta demasiado rpido

(debido a las inercias trmicas), por lo que se incluye un control Tomar medida



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cada para que se visualicen slo las medidas tomadas cada vez que pase la

cantidad de segundos determinados por este control.

A pesar de que tambin se incluye en el circuito impreso, se cree

conveniente incluir en el programa un led avisador de cable roto, por rapidez y

comodidad a la hora de verificar si existe algn problema en la transmisin de

temperatura.

La seccin de control dispone, a su vez, de dos secciones: una para

calentar y otra para enfriar.

En la parte de calentar existe una barra con puntero indicador para

establecer la consigna de temperatura a la que debe estar la planta. Se incluye

un control digital para mayor exactitud de la que se puede conseguir con la

barra. Esta seccin dispone, adems, de un led indicador que se activa cuando

se est calentando.

La parte de enfriar dispone de un interruptor para activar el ventilador

siempre que se desee, ventilador cuyo estado se representa con el led adjunto.

Aparte, el ventilador se activa automticamente cuando la temperatura

sobrepasa la sobre temperatura mxima admisible, valor que se puede variar

en el correspondiente control. Se sita tambin en esta seccin un control para

que el usuario le indique al programa a que salida digital est conectado el

ventilador.

Se establece un valor del doble del control de sobre temperatura mxima

(por ejemplo: si el valor del control de sobre temperatura es del 5%, el valor de

seguridad se establece al 10%) para el caso de que el ventilador no se

encendiese, se pusiese un valor de consigna muy bajo con respecto al actual u

otro supuesto. Alcanzado dicho valor se retirar la alimentacin de la

resistencia calefactora.

En caso de que la temperatura actual del proceso pase de los 100C, se

desconoce la respuesta del sensor ya que ste no est diseado para trabajar



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en esos mrgenes de temperatura. Dado este supuesto, no se tiene la certeza

de que el margen de sobre temperatura funcione, por lo que se opta por cesar

la alimentacin de la resistencia hasta que no vuelva a su zona de trabajo. No

se toman medidas ms severas porque, aunque la temperatura siga

aumentando un poco, se sabe que no ser excesivo para el sensor puesto que

el fabricante afirma que soporta hasta 200C.

No se toman medidas similares para el lmite inferior debido a que el

lugar donde se situar el sensor no va a bajar de esa temperatura.

En todo momento estar disponible un botn (CERRAR PROGRAMA)

para detener la ejecucin del programa (sin cerrar el LabView).

6.2. Diagrama de bloques

Para que todo lo dicho en el apartado anterior funcione, se ha de

programar correctamente el diagrama de bloques. Siguiendo esta premisa, se

crea inicialmente un While Loop que tendr como condicin de parada el que

se active CERRAR PROGRAMA. Dentro de este bloque se crear una

Sequence con dos Frames.

El primer Frame (Figura 10) desactiva Activar control ya que no se

puede utilizar mientras no se est midiendo. Incluye un While Loop que termina

cuando se pulsa Comenzar medida activando Activar control.

Todas las funciones que manejan la tarjeta estn definidas en la librera

9111.llb. Se ha utilizado Property Node para acceder a la propiedad Disabled

(habilitar y deshabilitar). Para obtener el valor de los controles y grabarlo en los

indicadores en el momento en que se necesitan se han utilizado variables

locales.



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Figura 10



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Figura 11



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Figura 12



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Figura 13



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Figura 14



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El segundo Frame (Figuras 11 a 14) comienza con la inicializacin

(bloque 9111 Initial) y configuracin (9111 Set Range y 9111 Set Mode) de

la tarjeta. A continuacin se introduce un While Loop para la realizacin de la

medicin que terminar en cuanto se desee dejar de medir o se quiera cerrar el

programa.

En el While Loop se comienza leyendo la entrada analgica (9111 Set

Chanel y 9111 AD Adquire) y el valor ledo se pasa a valor de Temperatura

en un Formula Node (frmula explicada ms abajo). Los elementos en que se

visualizar este valor se encuentran dentro de un Case para as poder utilizar

un temporizador Tick Count (ms) de forma que hasta que el valor del

temporizador no alcanza un mltiplo del tiempo especificado no se ejecuta la

posicin True que es la que contiene los elementos de visualizacin.

Se ha incluido una sentencia Case para que se realice el control slo

cuando Activar control est pulsado. Dentro de este Case se han introducido

otros dos: uno para activar el ventilador o dejarlo a eleccin del usuario y otro

para alimentar (regulando) o no alimentar a la resistencia, todo esto segn las

especificaciones redactadas en el apartado anterior.

Para la cambiar el valor de la salida digital se ha usado el bloque 9111

Digital Output Line y para cambiar el de la salida analgica el bloque 9111

Analog Output.

Se han utilizado dos Formula Node para realizar los clculos necesarios

para transformar el valor de la tarjeta a medidas fsicas. Uno de ellos contiene

una nica frmula para pasar del valor de adquirido por la tarjeta a temperatura

y el otro contiene una frmula para calcular la salida para una determinada

consigna y otras dos para la sobre temperatura mxima admisible (activar

ventilador) y el doble del valor de temperatura mxima (retirar alimentacin de

la resistencia).

Debido a que el sensor proporciona una seal lineal, los circuitos

implementados proporcionan salidas lineales y los conversores de la tarjeta de



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adquisicin de datos 9111 tambin son lineales, las frmulas utilizadas se

pueden obtener como la ecuacin de una recta.

Al leer una entrada analgica de la tarjeta 9111 se obtiene un valor

digital comprendido entre -2048 ~ 2047. Si se configura la tarjeta para un rango

comprendido entre -10V ~ +10V, y teniendo en cuenta que no se van a registrar

valores negativos, se puede calcular la frmula que relaciona ambos:

V X

0V 0

10V 2047 V204,7X =

Lectura de la temperatura por la tarjeta

Se ha calculado anteriormente (apartados 4.2 y 4.4) el rango de tensin

en el que variar la tensin a la entrada de la tarjeta 9111 para el rango de

temperaturas que mide el sensor. Aplicando la frmula anterior a este rango se

obtienen los valores digitales que proporcionar dicha tarjeta y, apoyndose en

stos, la frmula que relaciona el valor digital ledo con la temperatura medida

por el sensor:

-40C 2V 409,42V204,7 =

100C 10V 2047

75-X2047175

T =

Salida analgica de la tarjeta para control de temperatura

Para la salida analgica se sigue un proceso similar al anterior, pero

teniendo en cuenta que slo se puede transmitir en un rango de 0V ~ 6V (ver

apartado 4.7), que el valor a aplicar a la salida vara de 0 a 4095 y que, aunque

se deje de alimentar a la resistencia, no se puede conseguir bajar de la

temperatura actual del habitculo en que se encuentre el sensor (a menos que

para ello se utilicen otros mtodos, por ejemplo: un ventilador), por lo que se



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fija un lmite inferior de 0C, se puede obtener la funcin que relaciona la el

valor digital de salida con la temperatura de consigna:

0C 0V 2047,5

100C 6V 3276

2047,5V204,75X += 2047,5T12,285X +=

En realidad, como no se ha realizado una parametrizacin de la

temperatura de la resistencia en funcin del valor de tensin en la salida

analgica de la tarjeta (ver apartado 7.2), no se puede asegurar que al aplicar

la funcin anteriormente obtenida, se vaya a obtener la temperatura deseada.

Sin embargo, se ha comprobado experimentalmente que la temperatura

obtenida es mayor, por lo que con el control anteriormente descrito el sistema

funcionar y as se evita estar disipando en la resistencia el mximo de

potencia soportada, con lo cual se alarga la vida del componente.

Las salidas de la tarjeta 9111, tanto la analgica como las digitales,

mantienen el ltimo valor al que se las puso desde el programa, por lo tanto, se

debe tener especial cuidado en no dejar las salidas con tensin cuando no se

estn utilizando. Por este motivo, el Case que realiza el control, en la posicin

False, pone a 0V las dos salidas utilizadas siempre que no se est realizando

control, se pare la medicin o se cierre el programa.

Para evitar que gente sin preparacin manipule el programa y pueda

hacer que deje de funcionar, se establecer una contrasea de programador.

Esta contrasea ser puesta de comn acuerdo con el peticionario, quien

guardar una copia, para que el personal que vaya a realizar el mantenimiento,

el cual debe poseer conocimientos de programacin en LabView, pueda

cambiar o mejorar el programa, pero no el operario sin cualificacin. Para

agregar esta contrasea se proceder a ir al men File -> VI Properties, en

el cuadro de dilogo se seleccionar Category: Security, se seleccionar

Password-protected y se introducir la contrasea.



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Se hace la suposicin de que el terminal con el programa slo estar

accesible para personal autorizado, por lo que se estima innecesaria la

inclusin de una contrasea de programa. En otro supuesto, se debera incluir

dicha contrasea (ver apartado 7.2).



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7. Sugerencias de los autores

Por falta de tiempo, medios y/o por no considerarse realmente

necesarias al no tener acceso a la planta final (pero tiles como mejoras), este

proyecto se presentar como se ha explicado en este documento. Sin

embargo, los autores quieren hacer constar una serie de mejoras que seran

interesantes de llevarse a cabo dicho proyecto.

7.1. Circuitos

Las detecciones de cable roto se deberan hacer todas en el modulo

Pre-tarjeta, no teniendo as que desplazarse a la futura planta con el fin de

comprobar si algn cable de transmisin esta roto.

Los circuitos restadores o sumadores de tensin deberan tener un

operacional en modo seguidor y que fuese ste el que proporcione la tensin a

restar, montando el esquema tpico de un sumador. Esto tiene el fin de prever

la sobrecarga del operacional que acta como sumador que a la hora de

ajustar los valores dan problemas. Adems de permitir montar resistencias de

realimentacin de un valor ms bajo para evitar oscilaciones en los

operacionales.

La placa Planta debera tener ms borneros para permitir alimentar el

ventilador y la resistencia con una tensin ms elevada, con la modificacin

correspondiente del circuito.

Sera interesante que los circuitos impresos tuvieran leds que indicasen

cuando estn alimentados, as como en la maqueta, la cual tambin debera

tenerlos para indicar cuando se est calentando la resistencia o activando el

ventilador.



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7.2. Programa

En muchas aplicaciones prcticas es interesante, o incluso necesario,

llevar un control histrico de los datos para su posterior anlisis, por lo que el

programa debera permitir al usuario (o hacerlo de forma automtica) guardar

los datos obtenidos. Los datos as guardados pueden servir tambin para

realizar control a distancia, por lo que sera til poder establecer

comunicaciones desde el programa con un terminal remoto para enviarle estos

datos.

Del mismo modo, podra incluirse la posibilidad de establecer

comunicaciones con terminal remoto para hacer control en tiempo real. De

hacer esto, habra que dotar al programa de una contrasea de usuario para

que slo pudiese utilizar el programa personal autorizado. Esta opcin no est

disponible (o al menos no fcilmente) en la versin 6i, pero si en versiones

posteriores.

En caso de que el programa no fuese para un cliente concreto sino para

una distribucin en serie, se debera distribuir slo con el panel frontal,

eliminando del instrumento virtual final el diagrama. Para esto se iria al men

File -> Save with Options y en el cuadro de dilogo seleccionar Remove

diagrams.

Para una mayor modularidad y comodidad de mantenimiento del

programa, podran programarse rutinas bsicas y repetitivas en instrumentos

virtuales (VI, nomenclatura del programa LabView) separados que se

integraran en el programa principal.

La resistencia utilizada en la maqueta, vara su temperatura segn la

potencia disipada, de forma que para una potencia determinada la temperatura

de la resistencia se estabiliza en un valor fijo despus de un perodo de

adaptacin. Sabiendo esto, la realizacin del control en el programa puede

obtenerse de forma muy sencilla, ya que la potencia que disipa la resistencia es



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funcin de la tensin que se ponga en la salida analgica correspondiente de la

tarjeta de adquisicin de datos (conocida porque depende de los circuitos

arriba descritos). De esta forma, si parametrizamos la temperatura de la

resistencia en funcin de la potencia disipada (o directamente de la tensin en

la salida analgica) la parte de control del programa ser poner en la salida

analgica correspondiente el valor de tensin obtenido en la parametrizacin.

Anexo 1. Esquemticos de los circuitos montados

Se exponen a continuacin los esquemticos de los circuitos diseados

en el presente trabajo, ordenados de la siguiente manera:

Planta

Pre-Planta

Pre-Tarjeta

55

4

4

3

3

2

2

1

1

D D

C C

B B

A A

GND_0

VCC_0

GND_0

VCC_0

GND_0

VCC_0

VCC_0

GND_0

VCC_0

Title

Size Document Number Rev

Date: Sheet of

1

Planta

1 1Friday, December 30, 2005

Pines

Sensor

Alimentacin

Salida digitala releVentilador

Salida analogicaTransistorResistencia

C10.1u

R110K

J6

HEADER 2

12

D2D1N4001

J3

HEADER 2

12

J1

HEADER 2

12

Q1BDX53

D1

LM335/TO46

Q2BDX53

R3

1

P110K

J5

HEADER 2

12

RL1

RELAY 12V

34

5

68

712

J2

HEADER 2

12

R2

10K

J4

HEADER 2

12

55

4

4

3

3

2

2

1

1

D D

C C

B B

A A

VCC_1

-VCC_1

-VCC_1

GND_1

GND_1

GND_1GND_1

GND_1

VCC_1

GND_1

VCC_1

GND_1

Title


Date: Sheet of

1

Pre-Planta


Transmisin Temperatura4 - 20 mA

Recepcin Seal Analgica4 - 20 mA

J5

HEADER 2

12

R4100K

R2100K

J2

HEADER 2

12

P4

10K > 500

P3

1K -->100

U2OPA2227

OutA 1

-INA2

+INA3

V-

4

+INB5

-INB6

OutB 7

V+

8

R1

100K

R5 10K

J1

HEADER 2

12

R8 10K

R6 2K

J4

HEADER 2

12

R9470

R3 100K

P1

100R > 87,5R

R7 2K

D1LED

P2

10K > 1650

U1OPA2227

OutA 1

-INA2

+INA3

V-

4

+INB5

-INB6

OutB 7

V+

8

55

4

4

3

3

2

2

1

1

D D

C C

B B

A A

-VCC_1

GND_1

VCC_1

GND_1GND_1

GND_1

VCC_1

GND_1

GND_1

VCC_1

Title


Date: Sheet of

1

Pre-Planta


Alimentacin

Recepcion Seal Digital4 - 20 mA

P5

1K -->100

U3OPA2227

OutA 1

-INA2

+INA3

V-

4

+INB5

-INB6

OutB 7

V+

8

R1310K

R112K

R14470

J6

HEADER 2

12

R1010K

C10.1u

R122K

D2LED

J7

HEADER 2

12

C20.1u

P6

10K > 500

J3

HEADER 3

123

55

4

4

3

3

2

2

1

1

D D

C C

B B

A A

GND_2

VCC_2

GND_2

GND_2

GND_2

VCC_2

GND_2

VCC_2

-VCC_2

VCC_2

GND_2

GND_2

Title


Date: Sheet of

1

Pre-Tarjeta


ConsignaAnalgica0-6V

Recepcin Temperatura4 - 20 mA

Rango2-10V

Transmisin Seal Analgica4 - 20 mA

D1LED

R410K

R7100KU2OPA2227

OutA 1

-INA2

+INA3

V-

4

+INB5

-INB6

OutB 7

V+

8

R22K

R1 10K

P11K>100

R9100K

P3

10K>1250

J3

HEADER 2

12

P2

10K>500

J4

HEADER 2

12

J2

HEADER 2

12

U1

OPA2227

OutA 1

-INA2

+INA3

V-

4

+INB5

-INB6

OutB 7

V+

8

P4

1k>100

R32K

R8100K

R6 100K

J5

HEADER 2

12

R5470

55

4

4

3

3

2

2

1

1

D D

C C

B B

A A

-VCC_2

GND_2

VCC_2

GND_2

VCC_2

-VCC_2

VCC_2

GND_2

Title


Date: Sheet of

1

Pre-Tarjeta


ConsignaDigital

Transmisin Seal Digital4 - 20 mA

Alimentacin

U3

OPA2227

OutA 1

-INA2

+INA3

V-

4

+INB5

-INB6

OutB 7

V+

8J6

HEADER 2

12

P61k>312.5

C20.1u

R12100K

R13

100K

J1

HEADER 3

123

J7

HEADER 2

12

P5

10K>1041,6

R11100K

R10 100K

C10.1u

Anexo 2. Fotolitos, colocacin de componentes y valores de componentes En las hojas siguientes se incluyen las especificaciones de los circuitos

impresos realizados. La distribucin se har por circuito y ser:

La primera hoja corresponde con la mscara positiva utilizada para el

proceso de insolado de la placa.

En la segunda hoja se puede observar la colocacin de los componentes

en la placa de circuito impreso una vez realizada.

En la tercera hoja se detallan los valores y las referencias de los

componentes, as como el tamao de la placa final en mils (milsimas de

pulgada [1mil = 25,4m]).

Anexo 3. Fotografas de las placas montadas

Maqueta

Detalle de la resistencia y colocacin del sensor en la maqueta

Circuito impreso Planta

Circuito impreso Pre-Planta

Circuito impreso Pre-Tarjeta

Montaje final

Demostracin de temperatura alcanzada

PLANTA.pdfBottom LayerSilkscreen TopAssembly Top

ESQUEMAS.pdfPLANTA ESQUEMASPRE-PLANTA ESQUEMASPRE-TARJETA ESQUEMAS

PRE-PLANTA.pdfBottom LayerSilkscreen TopAssembly Top

PRE-TARJETA.pdfBottom LayerSilkscreen TopAssembly Top

PLANTA.pdfBottom LayerSilkscreen TopAssembly Top

PRE-PLANTA.pdfBottom LayerSilkscreen TopAssembly Top

PRE-TARJETA.pdfBottom LayerSilkscreen TopAssembly Top

sensor de temepratura

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