El objetivo de las prácticas de estudio de la operación del sensor de termopar

Objetivos de la práctica.

• Conocer el funcionamiento de un sensor los termopares.

• Identificar los parámetros de los termopares.

• Adquirir destrezas en el diseño de sensores, amplificación y comparación.

• Aplicación de filtros RC para eliminación de ruidos en termopares.

• Conocer y aplicar los conceptos de calibración y compensación de un sensor.

Marco de referencia para la práctica.

El funcionamiento de los termopares se basa en el efecto descubierto por Thomas Seebeck en el año1821. Cuando dos hilos compuestos de metales diferentes se unen en ambos finales y uno de losfinales es calentado, existe una corriente continua que fluye en el circuito termoeléctrico, como seaprecia en la figura:

Esta circulación de corriente obedece a dos efectos termoeléctricos combinados, el efecto Peltier que provoca la liberación o absorción de calor en la unión de dos metales distintos cuando una corrientecircula a través de la unión y el efecto Thomson que consiste en la liberación o absorción de calorcuando una corriente circula a través de un metal homogéneo en el que existe un gradiente detemperatura.Si el circuito anterior se abre por el centro, se tiene un voltaje (Seebeck) de circuito abierto, el cual esuna función de la temperatura de la unión y de la composición de los dos metales A y B.

Se tienen los siguientes tipos de termopares comerciales: y de aplicación industrial:

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA.

Diseño de la planta (libre elección).

• Requerimiento: Debe permitir variaciones estables de temperatura ambiente desde la temperatura ambiente hasta 250°C.

Se requiere una planta de temperatura la cual tenga variaciones desde la temperatura ambiente hasta 250°C. Para cumplir este objetivo pueden usar un pequeño horno de resistencia eléctrica, un cautín soldador controlado o cualquier otro método que Uds. deseen. El diseño de la planta queda a voluntad.

Para calibraciones a bajas temperatura se puede usar la planta de temperatura para el LM35 usada en el anterior laboratorio, sin embargo esta tiene como restricción que solo funciona hasta 80°C.

La elección del termopar se deja a consideración del estudiante.

RECUERDEN QUE SE REQUIERE PODER ESTABILIZAR LA TEMPERATURA ANTES DE EJECUTAR LA MEDIDA.

Este laboratorio será explicado tomando como planta supuesta un horno eléctrico de resistencia.

Etapas de la práctica.

El estudiante debe diseñar varios circuitos electrónicos por etapas con el fin de adquirir adecuadamente la señal de milivoltios entregada por el termopar seleccionado.

Las etapas de diseño que debe considerar son:

• Compensación de temperatura: Los termopares requieren compensación de punta fría, se requiere implementar un circuito electrónico que compense la medida para evitar errores.

• Filtro: Debido a que la señal entregada por el termopar es muy baja en magnitud se puede confundir con ruido eléctrico. Se requiere, además de unas conexiones muy estables, un circuito de filtrado. Puede ser usado un filtro RC.

• Amplificación: La señal del termopar debe ser amplificado a un circuito de 0-10V. Establezca una entrega de 10V para una temperatura de 150°C.

• Conversión 4-20mA: Circuito de conversión de voltaje de entrada 0-10V a una salida 4-20mA.

PRIMERA SEMANA.

Caracterización del termopar.

a. Realice el siguiente montaje:

Este montaje le permite caracterizar el termopar sin compensación de punta fría. Varíe la temperatura de la planta (horno) en pasos de 10°C hasta llegar a los 150°C. Anote en una tabla (Temperatura vs voltaje) los valores obtenidos. Para verificar que el horno se encuentre a la temperatura

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