Simulación PT100
Simulación PT100
Simulación PT100
Un Pt100 es un sensor de temperatura. Consiste bsicamente de un alambre de platino que a 0C tiene 100 ohms de resistencia y al aumentar su temperatura aumenta la resistencia elctrica. El incremento de la resistencia no es lineal, pero s es creciente y caracterstico del platino, de tal forma que mediante tablas es posible encontrar la temperatura exacta a la que corresponde. Un Pt100 es un tipo particular de detector de temperatura resistivo (RTD), es decir, un sensor de temperatura basado en la variacin de la resistencia de un conductor con la temperatura. Las ventajas que tienen los RTD son: el margen de temperatura bastante amplio, proporciona las medidas de temperatura con mayor exactitud y repetitividad, tienen una mayor estabilidad con el tiempo, la relacin entre la temperatura y la resistencia es la ms lineal. Pero estos sensores tambin cuentan con inconvenientes como: su vida til, ya que no son tan durables como los termopares ante las vibraciones o golpes; se ven afectados por el autocalentamiento, debido a su tamaa y masa se ven limitados en cuenta a su velocidad de reaccin. II. DISEO EXPERIMENTAL Para la construccin del circuito se dividi en distintas partes, las cuales se iban acoplando hasta lograr leer la temperatura del sensor.
PARTE A.
I.
INTRODUCCIN 1. Se realizaron los clculos necesarios para lograr disear un transductor de corriente a voltaje capaz de manejar una corriente menor a 1mA. 2. Se utiliza un potencimetro para la simulacin de un Pt100.
Para este proyecto se deba de construir un circuito que permitiera emular el funcionamiento de una RTD, especficamente un Pt100, en un lazo de control industrial. Adems, se deba de crear un cdigo para que el sensor fuera controlado por un microcontrolador y que en una pantalla LCD se desplegara el valor de la temperatura que es ledo por el Pt100.
2
Faculta de Ingeniera Departamento de Ingeniera Electrnica - Universidad del Valle de Guatemala
PARTE B. 1. Se realizan los clculos para disear un circuito acondicionador. 2. Se utilizaron potencimetros para colocar rangos de 1V a 5V. PARTE C. 1. Se realizaron los clculos necesarios para disear un transductor de voltaje a corriente. 2. Se realizaron los clculos necesarios para disear un transductor de corriente a voltaje. PARTE D. 1. Se realiz un programa en lenguaje de programacin MicroC, tomando en cuenta el voltaje de salida entre 1v-5v del circuito construido.
Acondicionamiento
-4.75
-4.7
-4.65
-4.6
0
-4.55
-2
y
=
-24.712x
-
117.82
-4
-6
Figura
1:
Ecuacin
de
acondicionamiento.
III.
RESULTADOS
Imagen 3: Mdulo inversor de voltaje.
Imagen 4: Mdulos transductores. TABLA I Resultados a 0C Valor Valor experimental Terico 102.7 100
Error 2.7%
6.25
56.25%
3
Faculta de Ingeniera Departamento de Ingeniera Electrnica - Universidad del Valle de Guatemala TABLA II Resultados a 100C Valor Valor experimental Terico 138 138.51
Error 0.37%
18.89
20
5.55%
Imagen
7:
Lectura
de
temperatura
a
100
en
pantalla
LCD.
IV.
DISCUSIN DE RESULTADOS
Imagen
5:
Circuito
final.
El objetivo de este proyecto se enfoca en comprender el comportamiento de un sensor de temperatura industrial, en esta ocasin PT100, el cual varia su resistencia interna dependiendo de la temperatura del ambiente. Como podemos observar en las hojas de datos ofrecidas por los fabricantes del sensor de temperatura el PT100 varia entre los valores de 100 y 138.51 ohms para temperaturas de 0C y 100C
respectivamente funcionando con corriente mxima de 1mA. Tomando estos datos en consideracin diseamos un circuito, simulando el PT100 con un potencimetro de precisin, que muestra el valor de la temperatura en grados Celsius y Farenheit en una pantalla LCD que representan la variacin de resistencia que presentara el PT100 en situaciones industriales reales. La solucin a esta necesidad la desarrollamos por medio de mdulos, iniciando con una representacin de la resistencia en el sensor como un nivel de potencial. Esto con el fin de poder tener una seal fcil de interpretar con el PIC16F887. Para lograr este objetivo debimos asegurar una corriente mxima de 0.8mA para no daar el PT100 y la variacin de la corriente por esta rama es representada a un como un nivel de voltaje con la ayuda de un circuito conversor de corriente-voltaje como se muestra en la imagen 1. Los valores de voltaje obtenidos con el primer mdulo presentan variaciones proporcionales a la variacin de corriente, la cual es muy pequea adems de presentar valores negativos en la salida. Para solucionar este problema utilizamos un circuito de acondicionamiento el
Imagen
6:
Lectura
de
temperatura
0C
en
pantalla
LCD.
4
Faculta de Ingeniera Departamento de Ingeniera Electrnica - Universidad del Valle de Guatemala cual nos permite obtener una seal de salida que representa una recta previamente calculada y muestra variaciones entre -1v y -5v, los cuales son utilizados como entrada analgica en el PIC. Esta ecuacin se presenta en la figura 1. Para facilitar la representacin digital de dichos valores se agreg un mdulo de inversin a la seal obtenida en el acondicionador. En la industria es muy comn encontrarse con centros de control alejados del punto donde se realiza la medicin. Representamos esta problema con un cable de 3m que separa el sensor del PIC que interpreta la seal. Un cable de 3m de largo representa una pequea resistencia a los niveles de voltaje que se desean enviar, las variaciones pueden ser pequeas pero representa errores en la lectura realizada por el PIC. Este problema se puede evitar transmitiendo valores de corriente que se mantienen constantes a lo largo del cable utilizando dos circuitos transductores, el primero convirtiendo voltaje a corriente, con variacin entre 4 y 20 mA que es comn en la industria, el segundo convirtiendo corriente a voltaje, imagen 4, agregando un inversor de voltaje como el de la imagen 3 para corregir la inversin de signo generada por los transductores. Estos mdulos trabajando en conjunto permiten representar la variacin resistiva del PT100 como una variacin de voltaje entre 1v y 5v. Utilizando lenguaje de programacin Micro C se logr representar estos voltajes como valores de temperatura en una pantalla LCD controlada por el PIC 16F887 como se muestra en las imgenes 6 y 7.
VI. o
BIBLIOGRAFA
Arian. Pt100, su operacin, instalacin y tablas. [Online]: http://www.arian.cl/downloads/nt-004.pdf Leandro, N. Sensor de temperatura por resistencia, Pt100. Buenos Aires, Argentina. [Online]: http://www.ingecozs.com/pt100.pdf Omega. Sondas y elementos de resistencia de platino [Online]: http://es.omega.com/prodinfo/pt100_es.html
V.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
1. El comportamiento del sensor de temperatura, PT100, se puede simular con un potenciometro de precisin obteniendo error mnimo de 0.37% 2. Se logr representar con xito el comportamiento de un PT100 en condiciones industriales comunes. 3. Se recomienda utilizar potenciometros de precisin en los circuitos acondicionadores para obtener la seal de salida deseada. 4. El aprovechamiento de software simulador de circuitos facilita el diseo de circuitos y la deteccin de errores en estos.