Download - Practica Termocupla
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Práctica de Instrumentación Industrial
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INFORME DE LABORATORIO 3:
“TERMOCUPLA”
[Byron Ganazhapa] www.practicasenlabview.blogspot.com
Fecha: 25/05/2012
Loja – Ecuador
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1. MEDICION DE TEMPERATURA: TERMOCUPLA PROBLEMA. Diseñar un circuito con Voltaje de salida lineal a la temperatura con un sensor de temperatura.
Parámetro Valor
Rango de Temperatura 10°C a 90°C
Rango de medición 20°C a 45°C
Máximo error permitido 1°C
Rango de Voltaje de Salida del circuito
de acondicionamiento
0 V a 10 V
Resolución mínima 0.01 °C
Diseñar el circuito para fuentes de alimentación disponibles por el ELVIS
2. PROCEDIMIENTO MATEMATICO Datos del problema
Rango de temperatura: 10ºC a 90ºC Temperatura de unión fría: 25ºC a 45ºC. Voltaje de salida: 0V a 10V.
La compensación analógica consiste en sumar a la tensión que proporciona el termopar la tensión que correspondería al mismo termopar en el que las temperaturas de la uniones fueran y . Para obtener es necesario medir la temperatura de la zona de referencia con otro sensor y realizar un circuito de acondicionamiento que proporcione dicha tensión. A partir de la tensión resultante, la temperatura de la zona de medida se obtiene directamente de las tablas.
[ ]
Nota: La ganancia del circuito de acondicionamiento de la termocupla no es la misma del circuito de acondicionamiento del sensor de referencia, esto depende del diseño de los circuitos.
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Temperatura
Voltaje a 0 °C en la unión de la termopar
Temperatura
Voltaje del sensor de Referencia a 0 °C
Acondicionamiento de señal del sensor de referencia LM35. Ecuación lineal del sensor LM35:
Vo1 = 50VLM35 - 12,5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,25 0,3 0,35 0,4 0,45
Vo
ltaj
e d
e e
ntr
ada
en
la D
AQ
en
Vo
lt.
Voltaje de lectura del sensor en Volt.
Señal de Acondicionamiento
Señal deacondicionamiento
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R1
VLM35
AO1-
+
5 V VREFERENCIA
R
R
RR
AO2-
+
5 V
R2
R2
R1
V0
Circuito 1 Circuito 2
VS
(
)
(
) ( )
Nota: El producto de la ganancia del amplificador de instrumentación y el voltaje de alimentación son mayores que el voltaje nominal de saturación, generalmente este voltaje es de . 6.25 es una constante cualesquiera.
}
(
) ((
) )=
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Ra Rf
V01AO3
-
+
-15 V
15 V
V0
(
)
(
)
Acondicionamiento de señal de la Termocupla.
[ ] [ ]
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
0 20 40 60 80 100
Vo
ltaj
e d
e s
alid
a d
e la
te
rmo
cup
la a
0°C
Temperatura
T=f(Vo°)
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Voltajes de salida mínimo y máximo permitidos de la termocupla con respecto a la unión de referencia son:
[ ] [ ]
V02 = 2437,8V𝑇𝐶→𝑇𝐹 + 3,4617
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-0,00142 -0,00042 0,00058 0,00158 0,00258
Vo
ltaj
e d
e e
ntr
ada
en
la D
AQ
en
Vo
lt.
Voltaje de lectura de la Termocupla en la unión fría en miliVolt.
Señal de acondicionamiento
Señal deacondicionamiento
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R R
R R
2R
2R
Rg V02
V1
V2
AO1
AO2
AO3
-
+
-
+
-
+
15 V
15 V
15 V
-15 V
-15 V
-15 V
VREFERENCIA
(
)
(
)
G=(
)
}
ACONDICIONAMIENTO POR SOFTWARE
Ecuaciones de software del sensor de referencia
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Ecuación de software en función de la temperatura:
[
]
[ ]
Ecuación de software en función de los voltajes de compensación ideales de la termocupla en la unión de referencia:
Temperatura
Voltaje de compensación de Referencia a 0 °C
Los voltajes de la tabla anterior indican los voltajes acondicionados en el software del sensor de referencia. Estos voltajes son tomados de las tablas del NIST, para termocuplas tipo K. Estos voltajes deben de compensar los voltajes generados en la unión de referencia por la termocupla.
(
)
(
)
( )
VS1 = 8E-05V01 + 0,001
0,001
0,0011
0,0012
0,0013
0,0014
0,0015
0,0016
0,0017
0,0018
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Vo
ltaj
e d
e c
om
pe
nsa
ció
n d
e r
efe
ren
cia
a 0
°C e
n m
iliV
olt
Voltaje de entrada de adquisición del sensor de referencia en Volt.
Señal de compensación en el software
Señal dereferenciaen elsoftware
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Ecuación de software de la termocupla
Nota: Estas constantes son introducidas en el software en los controles ” ” para prácticas de termocuplas. El software está disponible en mi blog www.practicasenlabview.blogspot.com/
3. SIMULACIÓN
Valores Calculados de la Termocupla
ECUACIONES DE POLINOMIOS Valores calculados aplicando los siguientes polinomios de V y T: NOTA: Las ecuaciones polinómicas están implementadas en el software tanto para termocuplas tipo E, J, K, R, S y T.
10.00
+
-
CJ
TERMOCUPLA K
TCK
25.0
3
1
VOUT2
U2
LM35
3
2
1
84
U1:A
LM358
R4
10k
R3
10k
RL (1)
40.85k
RL (2)
40.85k
mV
-0.64
K
K1
GAIN=1/10003
2
6
47
8 5
1
U3
AD620
V1
15V
V2
15V
RG
20.27
TF
TC
V(TC->TF)
TF
Entrada a la DAQ canal 1
Entrada a la DAQ canal 2
+15V-15V
+1
5V
-15V
+1
5V
-15V
RF
52.5k
RA10k
V REF (1)
2V
V REF (2)3.46V
3
2
1
84
U4:A
TL072
R1 (1)
1k
R1
1k
R2
8k
R2 (1)
8k
5
6
7
84
U1:B
LM358
R (3)
10k
R (1)
10k
R (2)
10k
R (4)
10k
3
2
1
84 U6:A
LM358
5V
Volts
+0.36
Volts
+1.93
5V
5V
Este circuito no forma parte del diseño
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Ecuación polinómica de la termocupla tipo K: T = 0.0250836*v + 7.86011*(10^-8)*v^2 - 2.50313*(10^-10)*v^3 + 8.31527*(10^-14)*v^4 - 1.22803*(10^-17)*v^5 + 9.80404*(10^-22)*v^6 - 4.41303*(10^-26)*v^7 + 1.05773*(10^-30)*v^8 - 1.05276*(10^-35)*v^9
4. IMPLEMENTACION REAL
Tabla 1 Tabla comparativa de temperaturas medidas y de referencia.
Temperatura en el
multímetro (DT-5808)
Temperatura en el
Software LabVIEW
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Resultados:
Tabla 2 Tabla de errores.
Temperatura Valores Valores Error % Error
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Calculados Medidos
5. LINEALIDAD Y EXACTITUD DEL SISTEMA LINEALIDAD:
∑ ∑ ∑
∑ ∑
∑ ∑
∑ ∑
∑ ∑
|
|
|
|
Error de linealidad
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EXACTITUD:
| |
| |
6. MEDICIONES PARA UNA TEMPERATURA ESTABLE, EN EL SOFTWARE Y EN EL INSTRUMENTO DE REFERENCIA:
Tabla 3 Tabla comparativa de valores medidos y de referencia a una temperatura estable.
Temperatura en el multímetro
(DT-5808)
Temperatura en el Software
LabVIEW
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7. INCERTIDUMBRE DEL SISTEMA IMPLEMENTADO.
∑
[ ]
La varianza experimental
∑
[
]
En numero de mediciones es menor que 10, la incertidumbre de las mediciones se obtiene al multiplicar un factor de corrección por el valor de la varianza.
√
Incertidumbre de la interfaz de lectura: Resolución mínima de 0.01 ºC
√
√
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Incertidumbre del instrumento de referencia del rango de 28 °C es 0.28 °C para un nivel de confianza del 95%, k=2:
Incertidumbre total del sistema:
√
√
La incertidumbre expandida del sistema para un nivel de confianza del 95% (k=2),
LM35
Termocupla
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Multímetro DT_5808