Comparador De Temperatura

INTRODUCCION

Una de las principales actividades que realiza un ingeniero en electrónica es la automatización de procesos, donde se controla algún proceso con base a señales eléctricas provenientes de sensores de variables físicas (que reflejan el estado del proceso) y actuando al cambiar las condiciones por medio de elementos llamados actuadores, tales como válvulas, motores, relevadores, etc.

Para automatizar algún proceso se requiere (básicamente): medir, acondicionar y procesar señales, y adicionalmente actuara sobre el proceso. Por lo tanto, se propone el diseño de un sistema de adquisición y procesamiento de señales con la posibilidad de manejar dispositivos electrónicos de potencia. En particular se propone el diseño de un sistema de control de la temperatura, utilizando un sensor de temperatura LM35 y un ventilador convencional.

PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA.

Para el diseño del sistema de control de temperatura se proponen varios puntos:

1. El sistema deberá realizar la adquisición y acondicionamiento de la señal, proveniente del sensor de temperatura.

2. El sistema deberá realizar procesamiento de la señal acondicionada y proponer un circuito con histéresis o de ventana para el control de la temperatura.

3. Con base en el procesamiento activara el motor de un ventilador que se alimente a 120VAC.

4. El sistema debe ser capaz de cambiar la velocidad del ventilador de manera independiente y ajustable por el usuario.

DESARROLLO

Para la realización del siguiente proyecto se propone el siguiente diagrama de bloques:

En el cual se puede observar que el proyecto cuenta con 4 etapas:

• Etapa de amplificación

• Etapa de comparación

• Etapa de acoplamiento

• Etapa de potencia

Señal de entrada:

La señal de entrada proviene del sensor de temperatura LM35 elemento de tres terminales (GND, VCC y salida). Donde sensor es un dispositivo que convierte las variaciones de una magnitud físicas en variaciones de magnitud eléctrica, El sensor de temperatura LM35 proporciona un valor de voltaje a cada cambio de 1 °C el valor de voltaje cambia en 10mV, por lo tanto es muy fácil saber qué valor de temperatura está midiendo al saber el valor de voltaje que entrega el sensor, por ejemplo:

250mv = 25ºC

300mv = 30ºC

400mv = 40ºC

Medición1

Simulación 1

Etapa de amplificación:

En esta etapa se considera el acondicionamiento de la señal, son los elementos del sistema de medida que ofrecen a partir de la señal de salida de un sensor, en este caso el LM35, una señal apta con el propósito de adecuar la señal de salida a niveles que pueden ser medidas o registradas mediante un equipo (osciloscopio) en este caso el acondicionamiento se hace por medio de una amplificación.

Para la amplificación se ocupo la configuración no inversora que se muestra en la figura1 B, con una ganancia de 11 con la ayuda del amplificador operacional LM741 circuito integrado con 8 pines (figura1 A).

Para calcular la ganancia de la configuración no inversora se ocupo la siguiente formula:

Vout = (1 + R2/R1)Vint

Vout/Vint = (1 + R2/R1) (ganancia) donde se propone a R1=1KΩ y a R2=10KΩ

Por lo tanto Vout/Vint = 11

A) B)

Figura1: A) LM741, B) diseño propuesto para la etapa de amplificación.

Medición 2 señal amplificada

Simulación 2 Señal amplificada

Etapa de comparación:

Esta etapa permite hacer las comparaciones necesarias para determinar en que estado se encuentra la salida del circuito. El tipo de comparador de nivel de voltaje que se emplea en el proyecto es un comparador no inversor con histéresis. Este circuito recibe una señal de voltaje del sensor en la entrada positiva del circuito integrado LM311 que es un circuito comparador con 8 pines (figura 2) que se va a ocupar para este proyecto y la compara con un voltaje de referencia, proporcionando estados en su salida como, voltaje de saturación positivo, voltaje de saturación negativo o tierra (0 volts).

Figura2: LM311

Un comparador no inversor con histéresis es aquel que proporciona un voltaje de saturación positivo cuando la señal de entrada rebasa un voltaje de umbral superior (VTH) y un voltaje de saturación negativo cuando la señal de entrada desciende por debajo de un voltaje de umbral inferior (VTL).

Por lo tanto se propone un VTL de 3V que equivale a 30ºC y un VTH de 4V que equivale a 40ºC, entonces cuando la señal de entrada rebase los 4V esta se va a ir a saturación positiva que en este caso es de VCC=12V y cuando la señal de estrada este por debajo de los 3V va a dar voltaje de saturación negativa que es este caso fue de 0V. En la figura 3 se muestra en forma gráfica este concepto.

Figura3: comparador no inversor con histéresis

Para los cálculos de las resistencias del comparador de histéresis se proponen las siguientes formulas:

R3/R4= (VTH-VTL)/VCC R2/R1= (VCC-VTH)/VTH R5‹‹ R3+R4

Se propone las resistencias de R1 = R4 = 10kΩ

Por lo tanto R3 = ((4-3)*10000)/12=833.33 se propone la de 1kΩ (resistencia comercial)

R2 = ((12-4)*10000)/4=20kΩ se ocupan dos resistencias en serie de 10kΩ

R5 = se propone de 330Ω cabe mencionar que esta resistencia se debe al que el circuito LM311 es de colector abierto quedando el circuito como se muestra en la figura 4.

Figura4: circuito comparador no inversor con

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