Acondicionamiento de Señal Para Pt100

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS “ESPE”

DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN Y SENSORES INFORME 1.3. SENSOR DE TEMPERATURA PT100

INFORME DE LABORATORIO ALUMNO: GALO CANDELA NRC: 1925

PERIODO: OCT2017 –  FBR2018  FBR2018

1. TEMA Sensor de temperatura pt100 2. DISEÑO 2.1. Especificaciones Rango de medición: 0 - 5V Tipo de sensor:  pt100 Rango de muestra de temperatura: 32°C a 42°C   

2.2. Etapa de acoplamiento Para el caso del sensor WZT  –   Pt100 el material con el que está construido es de  platino y su constante α y los valores de resistencia están denotados así: α = 0.003850

Fig. 1. Valores de resistencia según su temperatura. Para un valor de T = 0°C su resistencia es R = 100Ω

Para poder realizar una aproximación de los valores, utilizando la constante α se puede calcular la resistencia para cada valore de temperatura de manera

indirecta.

  − 100    ∆ ∗()  ,   100Ω

Entonces de esta manera obtenemos los valores de la resistencia en 32°C, 37°C y 42°C.

Temperatura [°C] 32 37 4

Resistencia [Ω] - R T 112.32 114.245 116.17

Para cálculos de error con respecto a la tabla: Temperatura Resistencia –  Resistencia –  [°C] Tabla [Ω] Indirecta [Ω] 32 112.45 112.32 37 114.38 114.245 42 116.32 116.17

Error Relativo [%] 0.12 0.12 0.13

Para la etapa de acondicionamiento, aplicamos el puente de Wheatstone que sirve para para determinar a la salida una diferencia de potencial. Tendremos diferencia de potencial, en el nodo izquierda y en el nodo derecho, para el caso del nodo derecho se tendrá un voltaje sin cambio en sus resistencias.

   +  ∗  →   

Temperatura [°C] 0 32 37 42

Resistencia [Ω]

100 112.45 114.38 116.32

Tensión [V] 6 5.648 5.597 5.547

A medida que aumenta la temperatura aumenta la resistencia y el voltaje, por tanto la relación voltaje en nodo izquierdo, resistencia y la temperatura son directas. Por tanto con el puente de Wheatstone se realiza la diferencia de potencia, y obtendríamos la diferencia de potencial a la salida del puente con los siguientes valores:

[°,°,°]   − 

Temperatura [°C] - Y 32 37 42

Diferencia de potencial entre nodos [V] - X 0.352 0.403 0.453

Aplicamos la ecuación de la recta para linealizar el comportamiento del sensor en la etapa de acondicionamiento. Para un rango de voltaje de 0 a 5V tendremos para el voltaje de acondicionamiento los siguientes valores: Rango voltaje [V] Voltaje Acondicionamiento [V] 0 0.352 5 0.453

 −− ( −) (− )  

( −0)  0.4535 −−00.352 ( −0.352)   49.7 −17.5

Fig. 2. Curva de linealización Luego se cambiará la ecuación con respecto a la recta para obtener valores que se puedan manejar en circuitos.

  32.2 −82   3.22 − 8.2

Ahora se realizará la implementación de la etapa de acondicionamiento: Para esto a la salida se necesitará tener una ganancia de 14 con respecto a las  pruebas realizadas en simulación, para ellos se implementa un amplificador no inversor con ganancia de 14: El circuito total sería el siguiente:

Fig. 3. Circuito final. Para cada valor de temperatura se obtendrá su respectivo valor en el rango de 0 a 5V.

Fig. 4. 32°C

Fig. 5. 37°C

Fig. 6. 42°C

La tabla quedaría de la siguiente manera: Temperatura [°C] 32 37 42

Voltaje [V] 0.36 2.79 4.83

3. ACTIVIDADES PREPARATORIO 

Genere la curva de respuesta del sensor temperatura Vs Voltaje para los valores indicados, para variaciones de 1 grado.



Repetir el proceso anterior 4 veces más. Se genera una tabla compleja de 50 datos tomados.



Con los resultados, realice el cálculo de los errores obtenidos y llénelos en la tabla.

Temperatura [°C] Termómetro 32

Valor medido en el sensor [V] 0.4

Valor medido a la salida [V] 0.37

Valor obtenido en simulador [V] 0.33

37

0.42

2.71

2.6

42

0.5

5.08

4.83

Error %

Temperatura [°C] Termómetro

Medición 1

Medición 2

Medición 3

Medición 4

Medición 5

32

0.37

0.36

0.36

0.42

0.37

33

0.69

0.71

0.72

0.95

0.7

34

0.97

0.95

0.95

1.12

0.96

35

1.27

1.33

1.33

1.56

1.31

36

1.87

1.86

1.87

2.08

1.86

37

2.71

2.69

2.41

2.6

2.7

38

3.08

3.11

3.13

3.32

3.09

39

3.61

3.57

3.57

3.68

3.59

40

4.12

4.09

4.08

4.17

4.1

41

4.57

4.52

4.53

4.8

4.55

42

5.01

5.08

5.09

5.4

5.05

4. ACTIVIDADES INFORME 4.1. Incorporar la tabla de datos, y obtener la distribución de los mismos de forma gráfica. Temperatura [°C] Termómetro

Medición 1

Medición 2

Medición 3

Medición 4

Medición 5

32

0.37

0.36

0.36

0.42

0.37

33

0.69

0.69

0.72

0.7

0.69

34

0.95

0.95

0.95

0.96

0.96

35

1.27

1.33

1.33

1.32

1.31

36

1.87

1.86

1.87

1.87

1.86

37

2.71

2.69

2.71

2.72

2.7

38

3.08

3.11

3.13

3.09

3.09

39

3.61

3.57

3.57

3.59

3.59

40

4.12

4.09

4.08

4.12

4.12

41

4.57

4.52

4.53

4.57

4.55

42

5.01

5.01

5.09

5.01

5.05

Histograma 3    a    i    c    n    e    u    c    e    r    F

2 1 Frecuencia

0         6         2         2        5         1         6        7         6         9         2         9         9         2         8         9   .   .         3         4        7         9         3        5         8         0         3        5         0        5         0   .   .   .   .   .   .   .         2   .   .   .   .   .         4   .         0         0         0         0         1         1         1         3         3         3         4         4        5

Clase

 Fig. 7. Histograma de los 5 datos tomados.

4.2. Con los valores anteriores calcular y graficar la curva de comportamiento y el error probable de la distribución. 0.36

2.69

0.36

2.7

0.37

3.09

0.42

3.11

0.7

3.13

0.71

3.32

0.72

3.57

0.95

3.57

0.95

3.59

0.95

3.68

0.96

4.08

1.12

4.09

1.31

4.1

1.33

4.17

1.33

4.52

1.56

4.53

1.86

4.55

1.86

4.8

1.87

5.05

2.08

5.08

2.41

5.09

2.6

5.08

̅

4.986521739

Cálculo de E rror Probable.

  ̅ ∑ | |    −   = √    ±0.645  −1 ̅  4.986521739 ∑√  =|−1 − ̅|  5.954668473    3.840761165 

| − ̅|

780.0776858

  ±3.840761165

Distribución 6 5 4 3

Serie 1

2 1 0 32 32 33 33 34 34 35 35 36 36 37 37 38 38 39 39 40 40 41 41 42 42

 Fig. 8. Curva de comportamiento de la distribución.

4.3. Adjuntar las gráficas generadas con los datos del primer literal (5 gráficas); y realizar un análisis gráfico comparativo del mayor error entre ellas (Distancia de un punto a una recta) Temperatura [°C] Termómetro

Medición 1

Medición 2

Medición 3

Medición 4

Medición 5

32

0.37

0.36

0.36

0.42

0.37

33

0.69

0.69

0.72

0.7

0.69

34

0.95

0.95

0.95

0.96

0.96

35

1.27

1.33

1.33

1.32

1.31

36

1.87

1.86

1.87

1.87

1.86

37

2.71

2.69

2.71

2.72

2.7

38

3.08

3.11

3.13

3.09

3.09

39

3.61

3.57

3.57

3.59

3.59

40

4.12

4.09

4.08

4.12

4.12

41

4.57

4.52

4.53

4.57

4.55

42

5.01

5.01

5.09

5.01

5.05

Primer medición 6 5 4 3

Serie 1

2 1 0 32

33

34

35

36

37

38

39

40

 Fig. 9. Primera medición

41

42

Segunda medición 6 5 4 3

Serie 1

2 1 0 32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

 Fig. 10. Segunda medición

Tercera medición 6 5 4 3

Serie 1

2 1 0 32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

 Fig. 11. Tercera medición

Cuarta medición 6 5 4 3

Serie 1

2 1 0 32

33

34

35

36

37

38

39

40

 Fig. 12. Cuarta medición

41

42

Quinta medición 6 5 4 3

Serie 1

2 1 0 32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

 Fig. 13. Quinta medición

4.4. Consultar y presentar de manera resumida las gráficas de comportamiento de 4 tipos de RTDs y realizar un análisis comparativo de las mismas. RTD PT100, PT500, PT1000

 Fig. 14. Curva RTD pt100

 Fig. 15. Curva RTD pt500

 Fig. 16. Curva RTD pt1000

 Fig. 17. Curva RTD de cobre.

El RTD pt100 y el pt1000 tienen comportamiento similares tanto como en su resistencia como cuando la temperatura es 0° pero con pequeñas variaciones en el aumento de la temperatura con respecto a la resistencia. Con respecto al pt500 este tiende a medir 0°C cuando la resistencia es igual a

Los RTD de cobre a diferencia de los de  platino, tienen menos precisión y sus valores tienen variaciones entre cada valor de resistencia bastante grande a diferencia de los de platino que ofrecen mayor precisión en esto.

500 Ω, tienen mayores variaciones en la

resistencia al aumento de la temperatura que el pt100 pero similar al pt1000 ya que este tiene un rango más alto.

5. EXTRA. Enlace 1: https://www.researchgate.net/profile/Ivon_Benitez_Gonzalez/publication/27 6355175_Control_de_la_temperatura_de_un_intercambiador_de_calor_en  _la_empresa_laboratorios_farmaceuticos_aica/links/57cd526608ae59825188 3987/Control-de-la-temperatura-de-un-intercambiador-de-calor-en-laempresa-laboratorios-farmaceuticos-aica.pdf  Control de temperatura en un laboratorio farmacéutico utilizando el sensor pt100 de 3 hilos. Enlace 2: http://e-spacio.uned.es/fez/eserv/taee:congreso-2006-1089/S2H02.pdf  Análisis de transductores de temperatura con entorno Hardware y Software a través de LabView 7.0, e implementado con un sensores pt100, NTC y PTC.