Compensación de unión fria
El siguiente proyecto permite realizar la medición de temperaturas altas de una manera exacta, haciendo uso de un termopar, un sensor lm35, un amplificador operacional, y un amplificador de instrumentación. La idea es generar un circuito que nos permita obtener el valor exacto de temperatura de acuerdo a una resolución deseada.
La mayor ventaja de los termopares es que pueden censar altas temperaturas pero con el problema de que no miden temperaturas absolutas, sino que miden deltas de temperatura, por ejemplo se tiene un horno a una temperatura de 100 grados y la temperatura ambiente esta 25 grados, el termopar nos dará un valor 75 grados cuando debería dar un valor de 100 grados, esto es debido a su manera de funcionar. Un termopar tiene dos terminales, y lo que hace es que de acuerdo a la diferencia de temperatura entre sus terminales, nos da un voltaje proporcional, esto quiere decir que para lograr una temperatura absoluta la temperatura ambiente debería ser de “0” grados centígrados.
La mayor ventaja de los termopares es que pueden censar altas temperaturas pero con el problema de que no miden temperaturas absolutas, sino que miden deltas de temperatura, por ejemplo se tiene un horno a una temperatura de 100 grados y la temperatura ambiente esta 25 grados, el termopar nos dará un valor 75 grados cuando debería dar un valor de 100 grados, esto es debido a su manera de funcionar. Un termopar tiene dos terminales, y lo que hace es que de acuerdo a la diferencia de temperatura entre sus terminales, nos da un voltaje proporcional, esto quiere decir que para lograr una temperatura absoluta la temperatura ambiente debería ser de “0” grados centígrados.
Por el contrario al usar un sensor semiconductor como el LM35, se tiene el problema de que el rango de temperaturas que se puede medir es bajo diferente del termopar que puede medir altas temperaturas, pero que tiene el problema de que no mide la temperatura absoluta. Para poder solucionar esto se realiza una unión de los dos en un montaje denominado compensación de unión fría. Se tiene entonces que la temperatura que da el termopar está dado por:
Para arreglar la anterior ecuación, se debe sumar a ambos lados la temperatura ambiente, temperatura que censara el LM35, se tiene entonces:
Donde G es el valor de ganancia que se requiere para que las resoluciones sean iguales. Ahora en la realidad no se miden temperaturas si no que se miden voltajes proporcionales a las temperaturas, entonces cambiamos la ecuación a voltajes y queda de la siguiente forma:
Un circuito integrado que nos permite llevar a la realidad la anterior ecuación es un amplificador de instrumentación ya que permite amplificar pequeños voltajes ademas que se puede sumar a la salida un voltaje de referencia. En este caso se usara el integrado AD620, su diagrama es el siguiente:
Donde “+Vs” y” -Vs“ son la polarización positiva y negativa”, +IN” y “–IN” son las entradas no inversora e inversora, y “OUTPUT” es la salida del amplificador. Entre los pines “RG” se conecta una resistencia con la que se configura la ganancia. Y en el pin “REF” es donde de conecta la salida del LM35. La ecuación de ganancia del AD620 es la siguiente:
De donde debemos despejar RG, pues ya tenemos el valor de la ganancia que es de 250, entonces se tiene:
Ya con el valor de RG podemos finalmente armar el circuito que quedará de la siguiente forma:
Cosas a tener en cuenta
- El termopar es una fuente flotante y tiene polaridad, su polo positivo se debe conectar al pin no inversor (+IN), y su polo negativo se debe conectar al pin inversor (-IN) del amplificador de instrumentación. Además de esto para eliminar la corriente de bias el pin no inversor (+IN) del amplificador de instrumentación se conecta a tierra.
- La resolución de salida es de 10mV/°C, es decir la misma resolución del LM35, entonces 1 voltio equivale a 100 grados centígrados.
- La fuente dual de polarización puede ser de mayor valor si se requiere.
- El amplificador 741 está conectado como seguidor de voltaje, y su función es aislar y proteger la señal del sensor LM35.
- La forma en que está conectado el termopar con el amplificador AD620 aparece documentada en el datasheet del AD620.
- La resolución de salida es de 10mV/°C, es decir la misma resolución del LM35, entonces 1 voltio equivale a 100 grados centígrados.
- La fuente dual de polarización puede ser de mayor valor si se requiere.
- El amplificador 741 está conectado como seguidor de voltaje, y su función es aislar y proteger la señal del sensor LM35.
- La forma en que está conectado el termopar con el amplificador AD620 aparece documentada en el datasheet del AD620.
Temas relacionados
Hola! Disculpa, para enviarlo a un ADC de 5V necesitaria darle a la salida una segunda amplificación de 8.33 si quiero que mi rango máximo de temperatura sea de 60 grados?
ResponderBorrar