UNIVERSIDAD TECNICA DEL

NORTE

FACULTAD DE INGENIERIA EN CIENCIAS

APLICADAS

NOMBRE DEL PROYECTO

Sensores de Temperatura

Integrantes: William Correa

Ramiro Andrade

Gabriel Terán

Diego Arévalo

Carrera: Ingeniería en Mecatrónica

Lugar: Ibarra - Ecuador

Fecha: 24 de Junio del 2 011

Tema: Sensores de Temperatura Objetivo General: Comprender el funcionamiento de los diferentes sensores de temperatura a través de la experimentación.

Objetivos Específicos:

Interpretar las gráficas V – R que cada uno de los sensores presenta.

Diferenciar cual de los elementos utilizados como sensores de temperatura brinda

mayor precisión.

Marco Teórico:

Introducción

Probablemente sea la temperatura el parámetro físico más común que se mide en una

aplicación electrónica, incluso en muchos casos en que el parámetro de interés no es la

temperatura, ésta se ha de medir para incluir indirectamente su efecto en la medida

deseada. La diversidad de sus aplicaciones ha condicionado igualmente una gran

proliferación de dispositivos sensores y transductores, desde la sencilla unión

bimetálica de los termostatos, hasta los dispositivos semiconductores más complejos.

Tipos de Sensores de Temperatura Termopares: Los termopares utilizan la tensión generada en la unión de dos

metales en contacto térmico, debido a sus distintos comportamientos eléctricos.

Resistivos: Lo constituyen las RTD (Resistance Temperature Detector) o PT100 basadas en la dependencia de la resistividad de un conductor con la temperatura, están caracterizadas por un coeficiente de resistividad positivo PTC (Positive Termal Coefficient). También lo son las NTC (Negative Termal Coefficient), que se llaman termistores y están caracterizadas por un coeficiente de temperatura negativo.

Semiconductores: Se basan en la variación de la conducción de una unión p-n

polarizada directamente.

Digitales: en esta clasificación se encuentra el integrado LM35. Es un sensor de temperatura que únicamente tiene tres terminales, una que corresponde a la de alimentación al voltaje positivo, otra terminal que se conecta a GND, y la tercera es la que entrega un valor de voltaje en función a la magnitud de temperatura a la que está sometido. Este sensor de temperatura tiene la capacidad de medir temperaturas dentro de un rango de –55°C a +150 °C que en voltajes corresponde

a –55mV a +1500mV. La ventaja, al emplear este integrado, radica en el hecho de que el nivel de voltaje que entrega de acuerdo a la temperatura que mide, ya se encuentra calibrada en ºC, además de que cada incremento de 10mV equivale a 1ºC.

Circuitos Implementados:

Se realizan cuatro diferentes circuitos, de acuerdo a los sensores de temperatura que

se están analizando.

1. PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo)

2. NTC (Coeficiente de Temperatura Negativo)

3. Diodo (Elemento de Silicio 1N4007)

4. LM 35 (Sensor de Temperatura digital)

5. Multímetro

Procedimiento

a) Para los sensores de temperatura resistivos (NTC, PTC) como para el elemento

semiconductor, el dispositivo de variación de temperatura fue directamente

expuesto hacia cada uno de los sensores.

b) El sensor digital (LM 35), detecta el cambio de temperatura por la entrada o Pin 1.

c) Determinar los diferentes valores que presentan los sensores al cambio de

temperatura. Los elementos PTC y NTC relacionan el aumento y disminución de la

variable resistiva respectivamente. En cambio el semiconductor y el sensor digital

demuestran su variación de temperatura en la variable física de voltaje.

d) Las tablas obtenidas de cada uno de los sensores deben ser graficadas, para

asegurar que el circuito de acondicionamiento que se realice cuente con datos

lineales, caso contrario se procede obtener datos que gráficamente demuestren

una recta.

Tabla de Datos

DIODO

TEMPERATURA (°C) VOLTAJE (mV)

1 0 25

2 0,55 30

3 1,79 42

4 1,74 51

5 1,3 80

6 1,17 88

7 0,88 95

8 0,48 98

9 0,44 100

10 0,38 107

LM 35

TEMPERATURA (°C) VOLTAJE (mV)

1 26 0,282

2 30 0,288

3 42 0,303

4 56 0,323

5 72 0,356

6 76 0,37

7 80 0,38

8 86 0,41

9 93 0,46

10 99 0,5

PTC

TEMPERATURA (°C)

RESISTENCIA (MΩ)

1 23 13,12

2 30 10

3 45 8

4 50 7

5 55 6

6 70 4

7 77 3

8 82 2

9 103 1

10 114 0,5

NTC

TEMPERATURA (°C)

RESISTENCIA (Ω)

1 24 19,2

2 25 25

3 29 30

4 33 35

5 35 40

6 38 45

7 42 50

8 44 55

9 45 60

10 46 65

Gráficas T – V

Circuito de Acondicionamiento:

a) Cada una de las tablas de datos obtenidas están linealizadas de acuerdo a lo

siguiente:

- El alcance de todos los sensores con respecto a la temperatura se linealizará desde un valor mínimo de 4 °C hasta un máximo de 40 °C.

- La temperatura se relacionará respectivamente con valores de voltaje amplificados

mínimos de OV y de 10V como voltaje máximo.

- La amplificación de voltajes en el rango de mili voltios estará determinada por el

uso de amplificadores operacionales inversores como también del uso del

amplificador de instrumentación (Tl 084).

- La visualización de los diferentes cambios de temperatura estará implementado en

el encendido de 10 Leds. El integrado encargado de la comparación de voltajes será

el LM3914.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

26 30 42 56 72 76 80 86 93 99

Vo

ltaj

e (

mV

)

Temperatura

LM 35

Laboratorio Linealización

LM 35

TEMPERATURA (°C) VOLTAJE (mV) TEMPERATURA

VOLTAJE (mV)

1 26 0,282 4 0,2

2 30 0,288 8 0,24

3 42 0,303 12 0,28

4 56 0,323 16 0,3

5 72 0,356 20 0,34

6 76 0,37 24 0,38

7 80 0,38 28 0,4

8 86 0,41 32 0,44

9 93 0,46 36 0,48

10 99 0,5 40 0,5

Materiales

LM 35

Lm 3914

LM 324

R1 = 2,2 kΩ

R2 = 10 kΩ

R3 = 22 kΩ

Pot = 10kΩ

Diodo Led 10

Fuente 10V

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Vo

ltaj

e (

mV

)

Temperatura

LM 35

LM 35

Conclusiones:

Para obtener el voltaje necesario de amplificación debemos de ser cuidadosos con

el valor de resistencias que vamos a utilizar, ya que de estas depende que el circuito realice un desempeño correcto.

La corriente de conducción de una unión p-n polarizada directamente, responde

exponencialmente con la tensión de forma directa, e inversa con la temperatura. Los sensores de temperatura de silicio muestran una característica casi lineal

comparada con la característica exponencial de las NTC. Esto significa que tienen un coeficiente de temperatura qué es casi constante en todo el rango de temperatura.

Recomendaciones: Tener cuidado con las conexiones de las fuentes de voltaje.

Antes de realizar las conexiones del circuito, revisar cada una de las características

principales de los elementos.

Tener cuidado en las comprobaciones de los circuitos ya que se trabaja con

elementos de potencia, que pueden afectar el bienestar de los investigadores.

Bibliografía: Reitz, J.R. et al., Fundamentos de la Teoría Electromagnética, Addison-Wesley,

4a edición., 1996 Instrumentación Industrial Dr. Ing. Industrial Antonio Creus Solé