practica termopar labvolt

INSTITUTO TECNOLOGICO DE HERMOSILLO MODULO DE TRANSDUCTORES LABVOLT

TERMOPAR

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE HERMOSILLO

PROYECTO FINAL

INSTRUMENTACION

MODULO DE TRANSDUCTORES LABVOLT

“TERMOPAR”

MAESTRO: TARIN FONTES JESUS MANUEL

INTEGRANTES:

DAMIAN SAMANIEGO CARLOS A. #12330580

LOPEZ RODRIGUEZ JOEL I. # 12330602

ROMERO MORALES JULIO # 12330621

12/03/2015

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axel, 16/03/15,

BIEN JOVENES, TIENEN EN ALGUNAS PARTES MAL FORMATO, PERO EN GENERAL ESTÁ BIEN: CALIF = 90


TERMOPAR

INDICE

Planteamiento del problema………………………………………………………………………………….3

Objetivos………………………………………………………………………………….3

Marco teórico ………………………………………………………………………….4

Antecedentes………………………………………………..………………………….5

Desarrollo…………………………………………..……………………………………7

Equipo a utilizar ………………………………………...……………………………7

Procedimiento del ejercicio…………………………………………..………………………………………7

Objetivo A……………………………….………………………………………………7

Objetivo B………………………………………………………………………………16

Objetivo C……………………………………………………………………………..18

Resumen………………………………………………………………………………..22

Examen rapidin ………………………………………………………………………22

Conclusiones……………………………………………………………………………23

Bibliografía……………………………………………………………………………..23

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

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TERMOPAR

¿Cómo utilizar el voltaje que entrega un termopar para medir temperatura?

ODJETIVOS.

A. Demostrar la unión de medición del termoparB. Demostrar el circuito de la unión de referencia utilizado con el

termoparC. Demostrar el termopar utilizado como un sensor de temperatura.

MARCO TEORICO

¿Qué es un termopar?

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TERMOPAR

Un termopar (también llamado termocople) es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que produce una diferencia de potencial muy pequeña (del orden de los milivoltios) que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado «punto caliente» o «unión caliente» o de «medida» y el otro llamado «punto frío» o «unión fría» o de «referencia» .

Normalmente los termopares industriales están compuestos por un tubo de acero inoxidable u otro material. En un extremo de esa vaina está la unión, y en el otro el terminal eléctrico de los cables, protegido dentro de una caja redonda de aluminio (cabezal).

En instrumentación industrial, los termopares son usados como sensores de temperatura. Son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitación está en la exactitud, pues es fácil obtener errores del sistema cuando se trabaja con precisiones inferiores a un grado Celsius

MODULO DE TRANSDUCTORES DE LABVOLT

Es una tableta electrónica de pruebas mayor mente utilizadas en prácticas para la enseñanza de instrumentos y cómo se comportan en diferentes condiciones.

Antecedentes

Conceptos básicos

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TERMOPAR

1. Un termopar se realiza mediante la conexión de dos metales diferentes.2. La salida de un termopar es lineal.3. El termopar tiene un coeficiente de temperatura positivo.4. El voltaje de salida del termopar es muy pequeño y requiere una gran

cantidad de amplificación en la mayoría de las aplicaciones.

Información Introductoria

Un termopar genera un voltaje dependiente de la unión de medición de temperatura. Un termopar es una unión de dos metales diferentes generalmente formados por soldadura. El termopar utilizado en el entrenador de transductores es una unión hierro – constantan. Esta unión se localiza en el horno del entrenador. El voltaje del termopar aumenta con un aumento en la temperatura. Por lo tanto el termopar tiene un coeficiente de temperatura positivo. Los termopares se especifican con una tabla de referencia sobre su rango de operación. Sin embargo sobre pequeños rangos de temperatura son comparativamente lineales y su voltaje de salida puede ser calculada utilizando una constante. Para el termopar de este entrenador este es de 51 microvolts por grado centígrado (51 mV/C).

Los termopares pueden utilizarse para medir temperaturas muy altas. El termopar de hierro- constantan utilizado en el entrenador se puede usar para medir temperaturas arriba de 760 ºC (1400ºF). Son también de uso rudo y pueden ser montados a una superficie soldados con autógena o ser afianzados con abrazadera con un tornillo. Cuando las terrminales del termopar se conectan a un medidor o a un circuito amplificador, según la figura 3-1, se crean otras dos uniones de termopar por la conexión de las puntas de cobre a las puntas del termopar. El voltaje generado de estas uniones también depende de la temperatura. La temperatura de estas uniones debe ser conocida para calcular su voltaje y restar este voltaje de la lectura del voltímetro para encontrar el voltaje y la temperatura de la unión de sensado.

Figura 3.1 Conexiones de termopar

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VOM V

Hierro

Constantan

Cobre

Cobre

+Fe

-C


TERMOPAR

Una forma de hacer esto electrónicamente es con un circuito puente con termistor, según lo mostrado en la Figura 3.2. El termistor debe estar a la misma temperatura que en las uniones formadas por la conexión de las puntas de cobre.

Figura 3.2 Circuito puente con termistor

La sensibilidad del puente se ajusta para que sea la misma que las uniones del termopar y la polaridad del puente se conecta para restarse del voltaje de las uniones. Cuando se conecta un medidor a través del circuito, este medirá el voltaje generado por la unión de medición, mientras los voltajes de la otra unión son cancelados por el circuito puente. Si la temperatura de la unión hierro-cobre y la del termistor se incrementan el voltaje de la unión se incrementa. La resistencia del termistor disminuirá, incrementado el voltaje a través del puente. El voltaje del puente cancelará el incremento de voltaje en la unión y el voltímetro indicará el voltaje de la unión de medición. Este circuito puente es referido como el circuito de la unión de referencia o algunas veces un punto de referencia electrónico de hielo. Un punto de hielo electrónico de referencia genera el mismo voltaje que el termopar lo hace a 0ºC. Este es cero volts para el termopar usado de hierro constatan en el entrenador.

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DMM V

Hierro

Constatan

Cobre +Fe

-C

ºt

Cobre

+

-+V

Unión de medición


TERMOPAR

Desarrollo

Equipo a utilizar

Fuente de poder doble de ± 15 V a 500 mA. Multímetro Tarjeta LabVOLT de entrenador de transductores.

PROCEDIMIENTO DEL EJERCICIO

Objetivo A. Demostrar la unión de medición del termopar.

a) Conecte el circuito de la Figura 3.3. El termopar es conectado al amplificador de instrumentación con la ganancia puesta a 1000.

Este proveerá un voltaje de salida más fácilmente medible que el voltaje del termopar que es muy pequeño.

b) Ajuste la fuente de poder doble para ± 15 Vcd. Apague la fuente y conéctela a la tarjeta de transductores (Ojo en +15 V, tierra y -15 V).

Conecte un voltímetro a través del punto J24 y tierra.

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TERMOPAR

c) Aplique alimentación al calefactor conectando J1 y J2 juntos. Ponga la temperatura del horno en 40 ºC.

Encienda la fuente de poder doble y permita que la temperatura del horno se estabilice.

d) Calcular lo que debe ser el voltaje en la salida J24 del amplificador de instrumentación usando la fórmula siguiente.

Donde T es la temperatura del termopar en grados C, TC es el coeficiente de temperatura del termopar, 51 microvolts por grado centígrado, y Av es la ganancia del amplificador, -1000. El signo menos se usa porque el amplificador de instrumentación se conecta como un amplificador inversor.

VJ24 = (40)(51x10-6)(1000) = - 2.04 Volts

e) Calibre el circuito de referencia del termopar ajustando el REFERENCE ADJUST para -2.04 volts en J24. Registre este valor en la tabla 3-1.

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axel, 16/03/15,

MUCHO ESPACIO

axel, 16/03/15,

TEXTO JUSTIFICADO PARA UNIFORMIDAD DE FORMATOS


TERMOPAR

f) Registre las lecturas de voltaje para 35, 45, y 50 grados C en la tabla 3-1. Permita que la temperatura del horno se estabilice antes de registrar sus lecturas.

g) Calcule el voltaje para cada temperatura puesta usando la fórmula .

Para 350

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TERMOPAR

VJ24 = (35)(51x10-6)(1000) = - 1.78 Volts

Para 450

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TERMOPAR

VJ24 = (45)(51x10-6)(1000) = - 2.29 Volts

Para 500

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TERMOPAR

VJ24 = (50)(51x10-6)(1000) = - 2.55 Volts

Tabla 3-1TEMPERATUR

AVOLTAJE MEDIDO

VOLTAJE CALCULADO

ERROR

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TERMOPAR

35 ºC -1.78-1.79

0%

40 ºC -2.04 -2.04 0%

45 ºC -2.29 -2.29 0%

50 ºC -2.53 -2.55 0.7%

Figura 3.3 Circuito amplificador de instrumentación y termopar.h) ¿Los valores medidos y calculados de voltaje coincidieron?

Si coincidieron arrojándonos ningún error solo en una medición pero es despreciable ya que es muy pequeño

i) Grafique la temperatura contra el voltaje medido en la gráfica. (de preferencia en Excel)

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axel, 16/03/15,

DEMASIADA EXACTITUD EN LOS TRES PUNTOS ANTERIORES


TERMOPAR

i) Usando la gráfica 3-1, ¿es lineal el termopar?

Se podría decir que si es lineal ya que por cada 5°c aumenta 0.26 volts

Objetivo B. Demostrar el circuito de la unión de referencia usado con el termopar

a) Conecte el circuito mostrado en la Figura 3-4. El propósito de este circuito puente es compensar para la unión de cobre y hierro creado cuando conectamos el termopar a las puntas de cobre.

b) Ajustar la fuente de poder doble para ± 15 Vcd. Apague la fuente de poder y conéctela a la tarjeta de transductores. (Ojo. Puntos de +15 V tierra y -15 V).

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axel, 16/03/15,

ESTO ESTA EN EXCEL?


TERMOPAR

c) Aplique alimentación al horno conectando J1 y J2 juntos. Ponga la temperatura del horno para 35 ºC. Encienda la fuente de poder doble y permita que la temperatura del horno se estabilice.

NOTA: Tome lecturas después de que la temperatura se ha estabilizado y es justamente cuando el LED se enciende de nuevo.

d) Mida la salida en el punto J24 del amplificador de instrumentación.

e) Conecte J19 a J20 (+12 volts) y monitoree la salida en J24. Explique qué pasa cuando el termistor es calentado por el resistor.

Medición en la salida j24

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TERMOPAR

El voltaje aumento gracias a la compensación de temperatura que creo el RTD eliminando esa caída de voltaje por la unión del cobre y el hierro (no la elimino solo la compenso ya que el RTD es un tipo de sensor que varía su resistencia con la temperatura y conectado en un tipo de puente de weatstone crea una corriente que compensa la que recaí en la unión de los dos metales diferentes) asiendo esta medición más precisa.

Objetivo C. Demostrar el termopar usado como un sensor de temperatura.

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TERMOPAR

a) Conecte el circuito como se muestra en la Figura 3-5. Este circuito ha sido diseñado para 0.5 volts por grado centígrado y cero volts igual a 30 ºC en la salida de J24. El circuito amplificador final provee ganancia adicional requerida y tiene un offset de cd para establecer la salida a cero volts a 30 ºC.

b) la fuente de poder doble para ± 15 V. Apague la fuente y conéctela al entrenador de transductores.

c) Ponga la temperatura del horno a 40 ºC. Encienda la fuente de poder doble y permita que la temperatura del horno se estabilice.

NOTA: Tome las lecturas después de que la temperatura se ha estabilizado y es justo cuándo se enciende el LED de vuelta.

d) Ajuste REFERENCE ADJUST para -2.04 volts en J24. Conecte el voltímetro a J16 y ajuste CALIBRATION ADJUST para 5.0 volts en J16. Esto calibrará el circuito amplificador del termopar.

b) El voltaje en J16 puede ahora ser convertido a temperatura en

grados centígrados por la siguiente fórmula.

c) Calcule la temperatura a partir de la fórmula de arriba.

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TERMOPAR

d) Repita los pasos e y f para los ajustes del horno de 35, 40, 45, y 50 grados centígrados. Registre los resultados en la tabla 3-2.

Para 35°

T = (-1.09 / 30.5)(-1000) = 35.73°c

Para 40°

T = (-1.26 / 30.5)(-1000) = 41.31°c

Para 45°

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TERMOPAR

T = (-1.39 / 30.5)(-1000) = 45.57°c

Para 50°

T = (-1.52 / 30.5)(-1000) = 49.83°c

e) ¿Tus lecturas de temperatura están de acuerdo con los ajustes del horno?

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TERMOPAR

Si, son muy pequeñas las diferencias de uno o dos grados

Tabla 3-2AJUSTES DEL HORNO TEMPERATURA MEDIDA

35 ºC 35.73°c

40 ºC 41.31°c

45 ºC 45.57°c

50 ºC 49.83°c

Resumen

En este ejercicio de laboratorio ha medido el voltaje generado por el termopar. Observó que el termopar tiene un coeficiente de temperatura positivo y es lineal sobre pequeños rangos de operación. También se puede usar en muy altas temperaturas y es de trabajo rudo. Requiere de una unión de referencia o circuito de referencia para compensar las uniones hechas por las puntas de cobre de conexión al termopar. El termopar también fue usado para medir la temperatura del horno.

Un examen rápidin

1) Un termopar se fabrica de: Dos metales diferentes y una tierra,

2) Un termopar requiere unUnión de referencia

3) Al medir el voltaje de salida en un Termopar, ¿qué tipo de voltaje produce?

Diferencial

4) Explique alguna técnica de compensación de los termopares.Poner la unión que se crea en una de las puntas del termopar con el voltímetro o cable de extensión en hielo para que la temperatura de referencia sea 0 y poder saber la compensación de esa unión

5) De qué consiste el circuito de referencia del entrenador de transductores utilizado en la práctica (LabVOLT). Consiste en utilizar el entrenador para saber cómo se acondiciona un voltaje producido por el termopar y como se puede compensar para tener una mejor medición. A si mismo asiendo diferentes mediciones con diferentes valores

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axel, 16/03/15,

ESTO APLICA PARA DETERMINAR LAS TABLAS DE TERMOPARES, EN LA PRÁCTICA SE USA OTRO TIPO DE COMPENSACIÓN

axel, 16/03/15,

AQUÍ NO HUBO ERRORES?


TERMOPAR

para analizar las respuestas en diferentes valores esto nos sirvió para saber si la respuesta del termopar era lineal.

Conclusiones.

Primeramente cabe mencionar que es la primera vez que utilizamos el entrenador de LabVOLT y fue muy interesante la práctica ya que fue algo nuevo para nosotros claro aplicando y demostrando la teoría otorgada por el maestro en clase, se tuvo dificultades por falta de equipo ya que las tarjetas entrenadoras con las que cuenta el laboratorio del instituto la mayoría no están en óptimas condiciones de uso aunque fue un contratiempo logramos sacar la practica adelante y entendimos que este circuito que solamente probamos en el entrenador se utiliza en las grandes industrias para el control de temperatura y en cualquier otro sensor no solo temperatura, digo sacamos por que fue una práctica en equipo en la cual los tres integrantes participamos como correntiando el equipo e implementando la practica con resultados satisfactorios.

Bibliografía.Apuntes otorgados por el maestro en clase de instrumentación.

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axel, 16/03/15,

SALE

practica termopar labvolt

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