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E S C U E L A P O L I T É C N I C A N A C I O N A L

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

CONTROL DE TEMPERATURA DE SOLIDOS MEDIANTE LA UTILIZACIÓNDE TERMOCUPLAS

s previa a la obtención del titulo deIngeniero en Electrónica y Control

LUIS BENIGNO TAPIA CAMPAÍsA

Quito, Diciembre de 1989

CERTIFICACIÓN

que la presente tesis hasido elaborada en su total ida por elSr. LUIS BENIGNO TAPIA CAMPARA, bajomi dirección.

Ing. MiguelDIRECTOR DE TE55

Certifico aue la presente Tesis deGrado forma parte del Proyecto "DISECOY CONSTRUCCIÓN DE UN LABORATORIO DEINSTRUMENTACIÓN Y CONTRASTACION"(No. 85-06) - CONUEP

Ing. Luis BarajasDIRECTOR DEL PROYECTO

Expreso mis sinceros agradecimientosal Ing. Miguel Hinojosa por suacertada dirección.

Al Ing. Luiis Barajas, Director delProyecto por su col abo¡ra;ción yasesorami.en.to en la elaboración deesta Tesis.

Y a todss las personas Que síe/ uno u.otra m s mera han col abcrra-dia* parsp laculminación' d;e esta Tesis,

DEDICO A:

Mis Padres, Hermanos y a todas,aquel las personas que trabajan por la»construcción de una Sociedad má'sjusta.

ÍNDICE

Página

CAPITULO I

INTRODUCCIÓN

1.1 Antecedentes ..,,.,,..., ,,.,.... 1

1.2 Objetivos ............... , 2

1.3 Alcance ......... ,.,...,,.,.,., 3

CAPITULO II

ELEMENTOS Y VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL SISTEMA

2.1 Diagrama de Bloques ........... 5

2.2 Características de los bloques del sistema de .lazo cerrada , , . 72.2.1 Acondicionador de sefíal 7

2.2.1.1 Referencia de juntura fria ... 72.2.1.2 Protección contra ruptura del

termopar , 10'2.2.1.3 Amplificador de sePíal ., 102.2.1.4 Lineal ización . Ii.4'

2.2.2 Comparador . jj.512.2.3 Punto de referencia ...,,..........,,... JJ5-

2.3 El elemento sensor Ü6-2.3.1 El termopar , 1.92.3.2 Respuesta del termopar tipo K y tipo S, . 2'4'

2.4 Elemento calefactor; alambre resistivo ........ 3JZP2.4.1 Las resistencias eléctricas ........... 30'

2.4.1.1 Tipos de resistencias 31'.2.4.2 Cálculo de la resistencia 32'2.4.3 Potencia de las resistencias . . , . , 34'

2 . 5 Tipos de control que podría utilizarse . . . . , . * 36-2.5.1 Acciones de control , . t . , r f 36'

2.5.1.1 Control de dos posiciones .... 362.5.1.2 Control proporcional ...,,.,.. 38.2.5.1.3 Control intearai . 37'

22

5 ;

555

4567

Control2.5,2.12.5.2,2

Control derivativoControl proporcional e integralControl proporcional derivativoControl proporcional integralderivativo

de la. patencia calefactora ....Control de fase ...,...,,Control por ciclo integral ...

.6 Análisis de estabilidad para un tipo de control2.6.1 Estabilidad

Respuesta .de frecuencia del lazo ......Función de transferencia del sistema».,,Procedimiento para calibración del lazo.Método proceso—reacción ...............Método Ziegler—Nichols

404243

45464648

50505151535355

CAPITULO III

DISECO Y CONSTRUCCIÓN

3.1 Acondicionador de seflal y protección 573.1.1 Amplificador 573.1.2 Linealización ,..,..,,,,.,,,.....,.,.., 593.1.3 Protección de la termocupla ........... 62

3.2 Compensación de juntura fría ................. 62

3.3 Punto de referencia y comparador 673.3.1 Punto de referencia 673.3.2 Comparador 6S

3.4 Lazo de control 68

3.5 Fuente de potencia e interfase de potencia ,., 713.5.1 Fuente de potencia .................... 713.5.2 ínterfase de potencia 72

Circuito generador de rampas .......... 73Acoplamiento DC-AC 74Sincronización ciclos completos ....... 74

3.5.3 Protección de los elementos de potencia. 753.5.4 Fuente de alimentación DC ............. 76

3 . 6 Construcción . 77Módulo 1: Acondicionador y medición .......... 77Módulo 2; Potencia , . , , SIMódulo 3: Acciones de control . 81Módulo 4: Set-Point 81

3.7 Pruebas y resultados ..,,...,.....,...... 91Respuesta del proceso ,.,,.... 91Respuesta del elemento sensor ........,..,,,,. 96

CAPITULO IV

APLICACIONES

4. 1 Industriales . .....,.,...,,....,.... 103

4.2 Didácticas ....................... 101

CAPITULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5 . 1 Conclusiones ,..........,,.,.., . 104

5.2 Recomendaciones ,.,,.,.....,.,..,,,,...,....., 106

ANEXOS

ANEXO I : Nanual de Uso ,..,,..,.,...,.. 107

ANEXO II: Calibración del Sistema .................. 111

ANEXO III: Aproximación a la respuesta de termopares. lió

APÉNDICES

APÉNDICE A: Valores de respuestade las termocuplas Ky S 127

APÉNDICE B: Características die las resistencias metá-licas 133

APENDI CE C: Características d-e aOlgunos .circuitosimpresos ,,.-.,,.*„.,.,,-..• 139

APÉNDICE D: Tablas de conexiones' y circuitos impresos 152

BIBLIOGRAFÍA ..... 103

CAPITULO I

INTRODUCCIÓN

1.1 ANTECEDENTES

i. En la actividad diaria de la Industria se encuentra una'serie de procesos que deben real izarse para obtener uníproducto. Cabe Indicar que un proceso involucra a "muchosi elementos y variables que deben estar combinadosadecuadamente, razón por la cual estos deben ser medidos y

Vcontro lados.

El realizar la medición de la variable implica lautilización de un elemento sensor o transductor, que va aestar en contacto directo con la variable, el mismo queirá dando Información del estado en que se encuentra, estainformación deberá ser indicada o presentada en formavisual lo que determina la utilización1 de instrumentosindicadores.

Una vez realizada la medición debe ex.istir una acción d'econtrol para mantener el proceso dentro de los parámetros.establecidos.

La Importancia de la medición y con tro; I1 de las variablesimplica un conocimiento de los métodos d;e realización, porlo tanto se necesita de un apoyo* didáctico para poderexperimentar, desarro llar y afrontar cualquier problema1,que se presente ? de aquí nace la. necesidad de implementaírun Laboratorio de Instrumentación, el cual servirá para*estudiar el tratamiento de variables, dinámicas que son dle1mucha importancia en la Industria,. estas variables pueden,ser de' temperatura, presión, nivel, etc..

Para determinar la forma de estudiar estas variables: serealizó un análisis real aencuestas,, que 1 levaronsiguiente: limites de trabajo

ti

nivel de la- Industriaa observar y cu;

pos de Instrumentos d'e- medición,

lioproces.os,tipos d:e

sensores, 'nivel de automatización.podría ayudar en el proyecto.

y más información aue

Una vez terminado el análisis en la industria se 1 leaó aolantear la construcción de prototipos de eauioos. aue altrabajar con la variable dinámica permita simuíar confacilidad un proceso en el aue se' pueda analizar larespuesta del control, del sensor y del sistema engenera 1.

Una de lastemperatura.sol idos.necesarioel mismocon aas.<lMecánica.

variables aue .se ha considerado es laespecialmente aauella. relacionada con

Para realizar el estudio de esta variable serácontar con un horno í simuí ador de temperatura)

aue podrá' funcionar tanto con electricidad comoV será construido en la Facultad de

El simulador de temperatura paranecesitará de un soporte eléctricopermita la .medición v control de estade la instrumentación v soporte

su funcionamientov electrónico aue

variable. una parteelectrónico será

'en el presente trabajo En el aue sedesarrol v ^control ara la temperatura en sólidos)mediante acciones decontrol analóaicas comunmente utilizadas v termocupla

-, i. ' ^ 'como elemento sensor.'

1.2 QBJETIVGS

Conocida la necesidad de un Labora.torio- de Instrumentaciónse ha planteado los siguientes objetivos cara desarrollarel "presente trabajo:

Cumplir con uno de los objetivos, delInstrumentación de la Escuela Pol'i'CEPN). esto es: 'el construir equipos, oaradiferentes variables

Proyecto dea Nacional

prácticas en

Construir un control de -temoe-rartuira' d'e! sólidos utilizan-do acciones de control ana Lógjlea\s.. lia te r macuá la comoelemento sensor v la resistencia. e?l!é'c.t'.ric.a como elementocalefactor.

Que el eouipo a construirse sea. tuna he.-rramienta didác-tica en el Laboratorio de1 Instrumentación.. De esta mane-ra los estudiantes podrán, conocer v experimentar losdiferentes tipos de acciones de- cQrvtrrm-1 . las respuestasdel elemento sensor v del horno. eüand'o la posibilidad deanalizarle en el estado estable v transitorio.

- 3 -

1.3 ALCANCES

El eauipo a construirse estará acoplado a un horno quetiene como limite de temperatura un valor de 1250 °C ycontrolará la energía eléctrica trifásica para el cal enta-miento por medio de

La tecnología a utilizarse para la construcción es analó-gica, la que estaré enmarcada dentro de la normalizaciónimpuesta para el proyecto, esto es:

Las fuentes de al imentación en Corriente DirectaC D.C. ) serán de ± 12 Voltios (V) para los circuitosanalógicos) y de 5 V para tecnología TTL.

Las seríales de control estarán dentro del rango de 0 Va 10 V para yol taj'e) y de 4 a 20 mil iamperios (mA) para

Esta normalización dará la posibilidad deyarios equipos del laboratorio para aplicaciones especi-ficas . Esto. quiere decir que en el sistema, a construirsese podrá in tercamb_ia.r_ de..te_rminad.o-s módulos con otros sis-temas similares. ~ ^

La fuente de alimentación de Corriente Alterna (AC)será trifásica 220 V - AC

La parte de potencia estará manejada por elementossemicomductores TRI ACs)1 y se control ara la energía pormedio de un Ciclo Integral.

e). Las resistencias de calentamiento tendrá™ la posibili-dad de conectarse en estrella o en triángulo depen-diendo de la rapidez y temperatura deseada.

f) . La construcción del sistema, se lo realizará- en mó-dulos. Cada uno tendrá una función especifica delsistema; de estos módulos serán in te re amiba a b les sólodos: el de acciones de control y el d'e Se-t Point losdemás módulos serán fijos y propios del sistema.,

Una vez determinadas las condiciones para; la consvíuroccióndel Control de Temperatura para sólidos, se. procediera. enel siguiente capitulo (Cap II) a la, descripción de 11 si.ste-ma en forma teórica. Se indicará además las- con daciones, defuncionamiento de partes especificas: luego1 en- el1, tercercapitulo (Cap III) se procederá, a la descripción; deldisaPío y construcción del equipo,. con las respectivaspruebas y resul tados; en el capitulo cuarto C'Ca.p IV > se

realizará una breve explicación de las aplicaciones auepuede tener este sistema: finalmente en el capitula auin™to (Cap V) se presentará las conclusiones v recomenda-ciones .

En los Apéndices se tendrá las tablas v características delos elementos utilizados.Como Anexos se tendrá; manual de uso. cal ibración delsistema. las tablas de los valores utilizados oara lacalibración de las termocuplas S y K . v las tablas de lospuntos de conexión de los d:en el sistema.

módulos imolementados

CAPITULO II

ELEMENTOS Y VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL SISTEMA

2.1 DIAGRAMA DE BLOQUES

El diagrama de bloques (general^ indicado en la figuraNo, 2. 1 toma en cuenta las partes representativas' delsistema total], inc luido lo referente al horno o si muí adorde temperatura, al actuador para controlar 1 a temperaturamediante el quemador a gas, y la medición de temperatura através de termoresiteñeias que serán desarrollados y u ti —1 izados en trabajas diferentes,

Puesto que, el presente trabajo será dedicada al con'trolde temperatura útil izando termocuplas como elementa sensory resistencias eléctricas como elemento calefactor sedetallará los siauientes bloques;

- Acondicionador de sepíal para termocupla

- El comparador

- Punto de referencia CSet point)

— Controlador

- Actuador

~ Fuente de Potencia

Estos blooues han sido representados de acuerdo a< laimportancia que tienen dentro del sistema a des a r ral! Isrse,por lo tanto será necesario profundizar err cada uno: d'eestos.

M Cd S O i I to O O bd

O W

I O- 1

- 7 -

2.2 CARACTERÍSTICAS DE_CERRADO

LOS BLOQUES DEL SISTEMA DEL LAZO

2.2.1 ACONDICIONADOR DE SESAL

\a sefíal de voltaje que se obtiene en la termocupla es muy\a (en el orden de micro voltios), para ser utilizada\esta serial necesita tener una ganancia, ser compensada y"/linealizada,, o en definitiva ser acondicionada. En lafigura 2.2 se puede observar en bloques las funciones quedebe realizar el acondicionador de serial .

DE Lft I E R H Q C U P L A

rftCONDICIOHADOR

HESEÑAL

j ni COMPARADOR

1 r

!

DE Lft l E R f l Q C U P L A

r

R E F E R E N C I A D E

J U N T U R A F R Í A

!!

T

ii

P R O T E C C I Ó NR U P T U R A DELT E R H O P A R

TA H P L I F K A C I Q H ¥

L I N E A L I 2 A C I O H

AL CQ «PARADOR

w

Figura 2,2 ; Diagrama ds= Moques del. acondiícionaldor de señal

2.2.1.1 R E F E R E N C I A DE JUPifTURfl

La . termocupla es un elemento quie? sUL'mi.Fíi.S'tra una tensiónproporcional a la temperatura enitr'e1 la1 tumi ó n de dos me-tales diferentes y sus ex-: fe reinos., fíil- C'tD.-niectar la termo-cupla mediante los cables d:e¡ coaífp.ente'aerJtáKí al equipo elec-trónico ; en los terminales de estire: s:e,' produce unionesfrias^ las que forman nuevas termo-cruipiílas"- debido al dife-rente material que las conforman^, esnias' rmuievas termocuplasestán a la temperatura ambiente que- es; vanrisble, lo queintroducirá también seriales- variables y d'e valor descono-

que serán fuentes de e^rror constante".

- a -

En la fiaura 2,3 se presenta las uniones con elelectrónico v las termocuplas formadas por estas unione

-í f Y

\l\i gura 2,3 V J3

0

.

00

\ J2n

Si el metal A es iqual al metal C se elimina una' de 1 asuniones frías o termocuola formada. Quedando la otra uniónque necesariamente existirá.

Si el equipo conectado a la termocuola es un voltimetroéste veria en sus terminales el siauiente voltaje:

V = (Va. - V=)

donde:

t. - t, J3)Cl)

= Coeficiente de Seebeck

tJ: = Temperaturas de 1 as junturas

Si:

Y

C°C) 73.15 =

J3 (°C) + 273.15 =

Entonces: V = - V- = a TJ=)

Si a la unión fría £J=) le fijamos a una temperatura de0 °C. el voltímetro vera solamente la tensión debido aJa., que es la de interés y que se encontrará dentro de1 as normas v tablas para referencia de 0 °C.

La J— a 0 °C no produce tensión de salida por lo tanto nose necesita una compensación de voltaje adicional, pero

cero grados centígrados sev por lo tanto, de un sistemala fiqura 2.4 se observa a la

para mantener físicamentenecesita de un baPto de hieloauxiliar de enfriamiento, EnJa. sumergidaeliminando la

en un ban"o de hielo con loinfluencia de esta juntura.

aue se estaría

En - EJÍ-EJ2

2 •

V J3O

• EJ2 -

- V - J2' -- - Q - - I - - -

-t- \l\i M

BftNQ PE HIELO

Figura 2,4

Otra forma seria simular cero grados mediante una compen-sación de referencia, útil izando un terminal Isotérmico enun bloque sensor de temperatura? que puede ser algi'inequipo ' que tenga una característica de respuesta propor-cional a. la temperatura absoluta, una termoresistencia, untermlstor f un sensor en circuito Integrado, etc. 'De estamanera sin importar el tipo de bloque sensor., la funciónprimordial de éste será el de determinar la temperatura ala que está . la juntura fria en función de voltaje y me-diante una ganancia adecuada eliminar la Influencia deesta temperatura en el valor medido por 1 a termocupla,

En la figuraratura en lacomo respuestasumándose a la

2,5 se presenta al sensor auxiliar de tempe—posición de la juntura fría, obteniéndoseun voltaje proporcional a la temperatura yrespuesta de la termocupla se logra compen-

sar el error producido en la juntuí fría

•

1

/T^v1 ! i! 1 \l H !

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i1 1 '! 1 '

— ! SEHSOK I i> ! <i i i

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igura

Para realizar la compensación en la juntura fríase utilizará un sensor de temperatura en un circuitointegrado, que dará como respuesta un voltaje proporcionala la temperatura absoluta.

2.2.1.2 PROTECCIÓN CONTRA RUPTURA DEL TERMOPAR

La ruptura del termopar o del cable de compensación puedeacarrear complicaciones (dado que la temperatura del hornose elevaria peíigrosamente) tanto para el materialintroducido en él, como para el elemento calefactor.

r\a forma de evitar que se eleve 1 a temperatura, al momen —Ito de la ruptura del termopar es mediante una referencia/de voltaje, que tenga una corriente muy pequeña en el/positivo del termopar, de tal manera que éste vea unI cortocircuito respecto a la referencia. Esto se lo puedehacer mediante una resistencia de alto valor conectada aV'cc y ai positivo del temopar? como se puede observar enla figura 2.6, Si se abre el termopar el control veria unvoltaje elevado como resultado de la medición - y sinimportar el valor de la temperatura preseleccionada, elsistema impedirá el calentamiento, bloqueando el funciona-miento y evitando cualquier daño.

No. 2. e PROTECCIÓN

2.2.1.3 AMPLIFICADOR DE SEÑAL

\a vez obtenida la señal de la termocupla, ésta necesita) un tratamiento especial tanto en la ganancia que se' le¡debe dar. cuanto en la eliminación de cualquier tipo de(influencia, externa o interna al amplificador- Comoinfluencia interna o externa se puede considerar loserrores que se producen debido al funcionamientodel arnol if icador o a elementos conectados a éste.

Uno de los errores mes importantes que se tiene en elfuncionamiento del amplificador operaciónal es el "offset"o desviación de cero, su oriaen radica en las peausfías

- 11 -

diferencias constructivas base-emisor de los transistoresde entrada. este error se lo puede compensar fáciImente aupa temperatura determinada. Sin embarca las tensiones

emisor de dichos transistores varían con la tempera-camblando en consecuencia su diferencia u offset, 3

variación se le conoce como "deriva del offset" v seen micro-voltíos oor grado centígrado (uV/eC), pu-

diendo ser positiva a neqatlva.[l]

(Estos errores son de considerable importancia en amolifi—le ación es grandes va aue impl ica que la sen" al a arrtpl If icar)es pequera, y consecuentemente la relación señal/deriva/debe mantenerse lo más alta posible para obtener una buenaxestabilidad y renetibilidad en las medidas.

Cuando se desea grandes amplificaciones lo más correcto esfraccionar en dos o más etapas con lo cual las derivastienden a compensarse hasta cierto punto; v si se lo haceen una sol a etapa seré necesario compensar el offset en elamplificador, por lo que se utilizará amplifIcador^^ con*coeficiente de temperatura definida Cderlva del offsetconocido) y de un valor lo más bajo posible ,

efíales bajas esun error típicocomunes canee—

qanancla ..

Otro error que se Introduce al amplificarel tipo de resistencia que se utiliza, esque se comete al trabajar con resistenciastadas en posiciones de la que depende mucho laEn la tabla No. 2,1 se compara dos tipos delas de carbón v las de película metálica. de acuerdo alas características que se presentan se puede afirmar quelas resistencias de película metallea son las más adecua-das para trabajar con temperatura.

Var-i ación en

cíe cj&r-bon B'Á de n^talic»

So 1 dadx.H-5)

Ene Bpsul Betode S

Tropicail

Ciclo® clintáticoi»

i ano eíi-i stock

Coe-Ficientít eteterr^-er-atta--» por- °C:

Coe-Ficiente de tensión

Ruido en Vi/Vo

0, E X

0.a 'Á3 X

3 X

4 X

a x

1200 F-F-tt'

± 20 F-Ffli

B - E

Soldsdtar'ai 8, i 'A

Ciclos cl.irtfce'-fcicoa B, E %

Coeficiente efe E01 pP«fi00 pp«iÍES'1 ppm

Si bien es cierto que se tiene errore's pequemos enel tipo:

de 'amol If Icador operacional o en el tiocr d'e resistencia' a

- 12 -

usar, pero el errar final será la acumulación de éstas,mientras no se los considere a. cada uno por separada elerrar final será grande. por lo tanto, se tratará deminimizar cada uno de estos errares.

Un error adicional a considerar como parte del circuito desmplificación será el tipo de masa a utilizarse, especial-mente si se fracciona la ganancia en algunas etapas, Unaforma común de realizar una conexión de masa es util izarun camino al cual se van conectando las respectivas masasde los amplificadores, es decir que? entre masa y masa decada etapa de amplificación exista un segmento de con-ductor; Gráficamente seria:

í•i

süw) corralín1 circuito

A

de cswía fflniplí ificaflícr-

í

asw) u nrasM

JL

i

No, S, 7

En el circuito Impreso el segmento conductor que se indicaen la Fig No. 2.7 tendrá una longitud y ancho pequeños,representado por una resistencia pequeñísima en el ordende mi 1i-ohms, si se tiene una corriente común de cientosde miliamperios, en cada segmento de masa caerá cientos demicrovoltíos que estarán conectados a los puntos de masade los amplificadores y serán a la vez entradas de voltajea cada uno de estos, al ser amplIficados se tendrá valoresaproximados a los de la señal de Interés oor lo tanto. seintroduce errores considerables en la: medición.

La forma óptima es que no circule corriente común entrelas masas de cada una de las etapas. sino aue cada uno delos caminos de masa se encuentren en. un punto común, esteounto será una masa de alta, calidad..

En la Fig . No. 2-8 se observa- como 1 as conexiones de masade cada amolificador se unen en. el cunto común A (masa dealta calidad ) y las resistencias d'e cada uno de loscaminos son despreciables respecto a las que están conec-tadas al amo 1 i f icador , eliminando; la influencia anterioren el circuito, esto es válido siempre y cuando el

transductorda al cunto

ó la fuente de señalde alta calidad.

a amolificar esté referi—

te ÍTMBfiVÍ» dC üílta

No, 2, 8

Para 1 levar unnecesario utilitraslado, indicado

ounto de alta calidad a uno distante seráar un circuito adicional para efectuar su

en la figura No.2.7

ni

VP3

No, a, 8 Tra«l»cto cíe nureu»* cíe

aanancia 1 vse elimina la

con

Este circuito es un seguidor de voltaje decon salida de Impedancia muy baj-a, con esteinteracción entre los distintos puntos ampllo que es posible hacer llegar un punto de1 masa ds altacalidad a muchos otros puntos sin excesivas complicacionesde pistas .

(Como ultimo error a considerar será el ruido externo quepuede introducirse en los cables de conexión d:el elemento^sensor al circuito.

En este caso se útil izará un fi 1tro pasa—bajos en lajstapa de amplicaeion, para eliminar el efecto del ruido,

Para el circuito de la figura No. 2.10 las frecuencias f xy f^ están determinadas por la siguiente expresión: [13

- 14 -

RA

RA/VFS

Kffi

No, 2, «O Filtro posa

f a =

•f _ =i —ü

2 TI R^ C

C 3 )

2 TI Ri C

Con esto podemos obtener una respuesta de frecuencia oarabajos valores de frecuencia, con lo q¡ue se elimanarán losoarásitos aue san de frecuencias altas„

La función de los diodos en an ti par* al elle* a la entrada delo oe ración al es proteger a éste. 1 imitando las serialesaplicadas a valores de tensoiórv d'e conducción de losdiodos,

2.2.1.4 LINEALIZACIDN

En esta etaoa de acondicionamiento de:- s-eítal se tratará deobtener una respuesta de la' termocu-pla completamenteilineal, esto es importante poraue al1 comparar el valormedido con el valor fijado se lo'hará en valores de vol-'tajes, debiéndose mantener lamisma^ relación entre lasdos. si la referencia va ha ser Linea1]}. necesariamente latermocupla también debe tener ana. respuesta lineal . pararealizar una comparación real. l<a- forma de realizar la1 ineal iz ación dependerá directa-mente de la curva de res —

- i m -

puesta de la termocupla (voltaje—temperatura). una de las(formas de lineallzar será en base a un punto de la res-puesta de la termocupla, darle una ganancia tal que estemuevo valor sumada al Inicial y dividido para dos dé un\valor que caiga dentro de la pendiente de la curvalinealizada; estoIfíca al analizar la

se podrá verrespuesta del

claramente en forma grá —elemento sensor.

2.2.2 COMPARADOR

La función del comparador es determinar si se está o no enel valor de la temperatura seleccionada. Indicando con unvalor de error. Para el control de dos posiciones seutilizará un operaeIonal trabaj ando como "comparador"propiamente, con un valor de histéresis que será regulabley dará como respuesta dependiendo del error un valor del100 7. o del 07. de energía al sistema.

Para trabajar con acciones de control el comparador reali-zará la función de sumador utilizando la serial de refe-rencia y la sertal medida, que necesariamente serán designos opuestos, obteniéndose un valor de error variabledentro del rango especificado para el control. pudiendoser positivo o negativo.

2.2.3 PUNTO DE REFERENCIA '

El fijar la temperatura a la que se desea trabajar se lohará utilizando un valor de voltaje que variará en lamisma relación que lo hace el valor medido. Así para el'máximo valor de temperatura 1250 °C tendrá un valor máximade voltaje que será de 10 V y para 0 °C un valor de 0 V..

El punto de referencia dará la posibilidad de tener unvalor fijo y otro dinámico: esto es: Inicialmente se' fija:la referencia al valor de la temperatura con la que sedesea trabajar. una vez que la temperatura har l'l;e.g-ada- a1este valor, se podrá adicionar un escalón- eme' sea'-variable en magnitud de 0 a i voltios en el valor' fijadoinicialmente

Esta forma de controlar la referencia se la ouede- v/er enla fiqura No. 2.11 la cual posibilita estudiar larespuesta del control, ante una variación del set polnt.

- 16 -

NQ, a, n

2.3 EL ELEMENTO SENSOR

En todo Droeeso industrial unamuñes e imcortantes a medir y conLas 1 imitaciones de la medicióntura quedan definidas según: erangos de temperatura, precisiónde la temperatura. etc. Por lo*los distintas tipos deconsiga la solución óptima delapreciar para distintos sensores

de las variables más co-trolar es la temoeratura.y control de la tempera-1 tipo de apiicaeion

velocidad de caotacionque es necesario conocer

de tal forma que sesistema. Esto se puedeen la tabla No. 2.2

Los transductores eléctricos de temperatura utilizan di-versos fenómenos pue son influidos oor la temperatura,entre los cuales figuran:

a. Variación de resistencia de un conductor (Sondas deResistencia)

de un semiconductor

Fuerza Electro Motrizdos metales distintos (

Cf.e.m.) creada en la unión deTermopares ó termocuplas)

Intensidad(Pirómetro

de ' radiaciónde radiación)

total emitida por el cuerpo

Otros fenómenos uti1 izados en el laboratorio (variaciónde velocidad de sonido en un oas. frecuencia deresonancia de un cristal, etc.).

- 17 -

Elemento

Térmico

BímetflJ

Resistencia dt:

níquel

platino

cobre

Tcnnistor

Tennopar de:

cobre-constantáfl (T)

Merro-conslan tan (J)

cromci-ahimel (K)

... Pt-Pt/Rd (R y S)

Radiación de:

óptico

toul

relación

fotoeléctrico

Deriva

< 1 %/afío

0,3* C/ÍLDO

<0,05' C/uño

,

sin envejecer1* C/añoenvejecido<0,05* C/año

<0,5* C/añoa> 11" C/años/ atrn. trabajotamaño, enveje-cimiento

.

—

—

—

—

Alcancemínimo

28' C

50' C

< 11' C

<3' C

—

<r c

500' C

220* C

400* C

110* C

Precisión

±1 %

±1 9&

±0,5' C

¿:0,01* C

±0,1" C

±0,005* C

0,4-2 % (0,4-0,8* C)

0,3-0,5 % (1,1-2,2* C)

0,8 % (± 3* C)

1-3* C •

1-3* C

±0,5%

±0,5%

±0,5%

Repctibüidad

± 0,25 %

±0,25%

0,05* C

0,03° C

—

0,03-0,11* C

— 0,11' C

>

y

>

Muy buena

>

>

± 0,25

Terr.p.m¿z, 'C

500' C

500a C

300

950

120

400

370

550

1100>

. 1600

•

6000

5000

>

>'\a No. 2.2a

de los trans.d;uc1:ore''B:de temperatura

Distancia máximaal receptor

Atmósferade trabajo

6 m(máx. 25)

<300 m

<1500 m

< 1500 m

<1500 mcon instr.

potenciom.

' Galvanom¿trieos; limitada por C¡ externos

(cable compens.).

Sí, excepto vapor

Buena

escala cxp. a bajatemperaturaExcelente

Buena

Pobre

Buena

Muy buena

Buena a altatemperatura

Pobre, varía conla cuarta potenciade la temperatura

Depende del material delbulbo

A proteger en líquidos yatmósfera corrosiva

Cualquiera

Oxidante-reducto ra

R.eductora

Oxidante

El haz de radiación del ob-jeto a la lente del píró-metro no debe interrum-pirse

Tab la N o . 2 ,2b Carácterele'

de los transductorssde temperatura Ccont.)

- IB.a -

f Desventajas

; Sistema térmico voluminoso

Medida local

Bajo límite de temperatura, frágÜ

Más caro que el termopar o el ter-mistor, frágil

Baja resistividad, baja temperatura

No lineal, alta deriva tinti

Baja temper.máx

Alcance amplio,compensaciónunión fría,ILncalidad . ,,,mebor que -son: ^as caro queda lde resistencia

\s caro que K

/ Difícil determi-nar temper.exacta por emi-sívidad cuerpo

Pobre linealidadmis caro queeljtennopar

Caro

Caro. Difícil de-terminar temp,exacta por enú-

\. cuerpo

Ventajas

Económico

Buena estabilidad, alcance estrecho

Señal s a l i d a > termopar. Mejor estabilidad.Medidas de precisión. Sensibilidad, respuesta

. ráp ida-Barato

Señal salida > termopar y sonda de resistenciaAlcjanr.t estrecho. Psqusñc lamino. Sensibili-dad excelente, respuesta rápida

Alta resistencia acorrosión de humedad,bueno en bajas tem-peraturas

Bueno en atmósf. re-ductoras. Más económico

Bueno en atmósf. oxi-dante. Termopar máslineal

Pequeño tamaño,respuesta rápida

Sin. contactocon el material

Buena repetibt-Üdad

Protegido es bueno eoatmósf. oxidantes

Respuesta rápida. Máspreciso. Influido por laemisivídad de Joscuerpos

El más barato, exceptoóptico

Atmósfera de polvo, va-por, relativamente invdepcndiente de la. emf-sividad

Respuesta rápida y lec-tura a bajas tempera-turas

Tabla No. Características de los transductoreseléctricos de temoeratura (cont.)

En la tabla No. 2.2 ouede verse los transductoreseléctricas v electrónicos de temperatura con sus interva-los de medida. De aaui se puede determinar que lostransductores que llegan a una temperatura superior a 1000°C son los termopares; especialmente el tipo S (Pt-Pt,Rd)v el tipo K ÍCromel— Alumel), que serán utilizados en estetrabaja.

2.3.1 EL TERMQPAR

El funcionamiento del termooar se basa en el efecto des-cubierto por Seebeck, que consiste en la circuí ación decorriente en un circuito formado por dos metales diferen-tes , cuyas uniones (unión de medida o caliente y unión dereferencia o fria) se mantienen a distintas temperaturas.Esta circuí ación de corriente obedece a dos efectos ter—moeléctricos combinados : f?l efecto Peítier que? provoca laliberación o absorción de calor en la unión de dos metalesdistintos cuando una corriente circula a través de launión y^el efecto Thomson aue consiste en la liberacióno absorción de calor cuando una 1 corriente circula a travésde un metal homogéneo en el que'existe una gradiente detemperatura.

Union Caliente

o

Union cí

Union Tria

Union de r-e-Ferencia

Metal

No. 2. 12.

Si el circuito de f i g u r a No. 2.12 es abierto- en la uniónf r i a , el vol taje neto de circuito sfbjxerto a Vo.l taje'Seebeck que se medir la en estos extremos, es una función. d;ela temperatura de jun tura y d>e la com'po^slclón de Icrsmetales , como se puede observar en la f ig.ura No. 2.13

Metal ñ-o +

'Jal-,

-o -

is, n Volt»Jc

No.

Para pequeños cambios de temperatura1Inealmente proporcional a la temperatura.

el vota 3 e es

Donde lacoeficiente

constantede Seebeck

T

de pro porción al idad

4)

es el

Como el voltaje p f.e.m. obtenida de la diferencia detemperatura es característico de la composición de los dosmetales de la juntura, se tendrá varios tipos determocuplas que darán un valor diferente de f.e.m. para latemperatura, en la figura No. 2.14 se indica las curvascaracterísticas de respuesta de los diferentes tipos dete'rmocupl as

£00 750 XJOO "USO"

TEKPcRATURA °C

Figura 2.14

La tabla No 2.3 indica los termopares más. comunes. la)fuerza electromotriz que pueden* desa-rro-1 lar y la tempera-tura más 'al ta a la que pueden trab'au a'ir s-atis-f ac toriameníte^.

De estos datos se puede se.lecciorna'r d'o-s tipo-s dle^termocupl as que traba jar en a temper-a Huras elevadas (1200-°C) , estas termocuplas serian1 la tipo. K f Crome l-f^lumel )'Y la tipo S (Pt-Pt/Rd 10X).

- 21 -

Tipo

Cobre constantántipo T

Hierro constantántipo J

Cromel-Alumeltipo K

"" Cobre constantán(hilo de extensión)

Pt-Pt/Rh 13 %tipo R

Pt-Pt/Rh 10%tipo S

Intervalo de medida

— 185° C a — 60a C— 60° C a + 95° C

95" C a 370" C

0" C a 425° C '425" C a 750° C

0° C a 300° C300° C a 550°' C

0° C a 400° C

400° C y superior

0°C a 1.100° CÍ.IOO'C a 1.400° C1.40CTC a 1.600"C

O n C a 1.100" C1.100'C a 3.400° C1.400'C 2 1.600'C

f.e.m.mV*/C

0,052

0,055

0,04

0,012

0,010

Limites de errordel termopar

Regular'

±2%± 0,8 %rt 0,75 %

± 2,2a C

± 0,5" C

±3"C

± 0,75a C

-

i re±:2°Crb 3° C

.± re± 2° C±rc

Prcmium

± 1 %± 0,4 %± 0,37 %

±1,1" C

± 0,3° C

~—

Cable de extensiónL'imiles de

Temperatura

— 60a

-f 95° C

0-200° C

0-200° C

0-200° C

25 a 200" C

25 a 200" C

Error

Regular

± 0,8° C

± 2,2° C

±5nC

±6%o

d:5"C

-6 %o

^5"C

Premiurt

± 1,1° 1

±3'C

Tabla No, 2.3

El termooar tipo K se recomienda utilizarlo en atmósferasoxidantes Y a temperaturas de trabajo entre 500 °C v 1000°C, no debe ser utilizada en atmósferas reductoras. nisulfurosas al menos que estén protegidas por un tubo deprotección.

Los termopares tipo S se emplean en atmósferas oxidantes ytemperaturas de trabajo de hasta 1500: - c. Si la atmósferano es oxidante el termopar debe protegerse con un tubocerámica estanca.

En la figura No. 2.15 puede verse1 vari as- termocuplas condiferentes tipos de vainas o tubos d^e protección. Elmaterial del tubo de protección! de-be ser el adecuado parael proceso que se aplica y suelem ser de.r hierra . acerosin soldadura, acero inoxidable, imcon-el ,. cerámico, carburó de silicio, etc.

Un ejemplo de la utilización de- acuerd'o a lia aplicación enla industria y una guia paras 11 a selección de tubos- yvainas de protección se tiene em la tabla No. 2.4

• - 22 -

U

fiaterd

t x l r t m o

•— Longitud dt inm*fsion»-

Longitud df[ tubo dt proUccion _

a] Tubo de protección

f m o abier tcs

Csbtioi

\ Brido

n Tubo primano.

-,-U C'»!!

n--.Tubo

-i >••..- ;•, nipi^i

.___a^ _!Ji^__—=rnjür

Tul» primorio

Rosca ljítud del tubo dt pfoUccTo'n-

b) Doble tubo de protección

. ^

-.— Longitud dt ínmeriíón—

vRoscn

c) Tubo de protección cerámico

Cabdal CnbtiolV

d) Tubos acodados

lentitud

e) vaina

Flaura No. 2.15 Tubos de protección v vainas oaratermaoare's

- 23 -

Industria

Tratamientostérmicos

Aplicación

RecocidoCarburaciónTemplado:

<700D C700 a 1100° C>1100" G

Nitru raciónBaños de sales

Tubo o vaina

Inconei o hierroInconel

Hierro forjadoInconel o hierroCerámico o pirómetro radiaciónHierroInconel, hierro o pirómeíro radiación

Hierro v acero Hornos de sopladoHogar -TechoCalderas de recuperaciónFosos de recalentamiento<1100° C>1100° C

Palanquilla, calentamientode planchas ysoldadura a tope<1100° C> 1100° C

Soldadura fuerteRecocido brillante

Forjado

GalvanizaciónBaños de decapadoEstañado

Inconel o hierro o carburo de silicioInconel o pirómetro de radiaciónPirómetro de radiaciónInconel o hierro

Inconel o hierroCerámico y carburo, de silicio o pi-

rómetro de radiación

Inconel o hierro'Cerámico y carburo de silicio o pi-

rómetro de radiaciónPirómetro de radiaciónTermopar tipo I sin tubo de pro-

tección o pirómetro de radiaciónCerámico y carburo de silicio o pi-rómetro de radiación

Acero o carburo de silicioPlomoAcero dulce o hierro

Metales noférricos

Fundición aluminioTratamiento térmico del

aluminioFundición latón, o bronceRecocidoPalanquillaMoldeoPlomoMagnesio ^EstañoCincFundición y calcinación

de mineral

Carburo de silicio o hierro

Hierro o sin tubo de protecciónMetal fundido especialHierro o sin tubo de protecciónInconel o hierroHierro o carburo de silicioHierroAcero sin soldaduraAcero dulceCarburo de silicio o hierroIncone], hierro, cerámico

o carburo de silicio

Cemento Conductos de salidaHorno

Inconel o hierroPirpmetro de radiación

Tabla No. 2.4 Guia oara. laprotección

selección de tubos o vainas

- 24 -

Cuando el termaoar está instalado a una distancia laraadel instrumento. no se conecta directamente al mismo sinoaue se lo hace por medio de un cable de comoensación verfigura No. 2.16. Los cables de comoensacian sonconductores con propiedades eléctricas similares a lasdel termopar hasta ciertos valores de temperatura (0—200°C). se suelen utilizar las siguientes tipos de cable:

- Conductor tipo J para ttír'mopar tipo J

- Conductor tipo K o T para termopares tipo K

-Conductores tipo T para termopar tipo T

- Conductor de aleación tipo Cobre—Cobre,Ñique1termopares tipo R o S

para

Unión

Cal lente

concccion Xrrt&trumwnto

\,

Ter-tTtopar

\

cd

*-4-

B *J— -"4

2 3

3 1Hilo EXierhSion

4

"" -,

- .. b

4""•--—.

H

Union

NO, 2, le«1

2.3.2 RESPUESTA DE TERMQPAR TIFO K Y TIPO S

La salida de voltaje de las termocuplas^/más comúne_s enfunción de la temperatura es ind'icado en la figura No 2.15en donde se • ouede asumir una respuesta casi lineal : ademásla ecuación (4) para peauefta.s variaciones de temperaturael valor de a es constante dandlcj también una caracteris —tica lineal, pero al analizar en¡ toda el rango de tempera-tura se observa que la respuesta de la termocuola no eslineal. esto lo comprobaremos también al analizar lastablas de respuesta (ver apéndice A) donde se presenta elvoltaje D.C. de salida para ca.d'a valor de temperatura enbase a una temperatura de 0 * C d'e1 referencia.

Alde

dividir un valor de voltaje para el respectivotemperatura. este valor lo comparamos con

valorotro

- 25 -

calculado de la misma forma v se obtiene

cti V <*3 son diferentes lo aue da una característica nolineal. Fjemolo tomando valores de la tabla No. Al delapéndice A

0.331 mV mV= 0,006 —.

55 °C 'C

3. 200 rnV mV- 0.0082

400 'C

Para obtener directamente el valor de voltaje para cual-quier temperatura se ha planteado ecuaciones matemáticaspara aproximar la respuesta de cualquier termocupla» estasecuaciones son de orden n y dependen del tipo de termopar.

En la tabla No. 2.5 se presenta el valor decoeficientes para cada termocupla.

n y los

TYPEENIckel-10% Chromlum( + )

VersusConstantan( - )

— 100 C lo 1000 C"

9th arder

0,104967248

. 17189.45282

-282639.0850

12695339.5

-448703084.6

1.10866E T 10

-1.76807E -r 11

1.71842E -i- 12

-9.19278E + 12

2.06132E -t- 13

TYPE Jlron( + )Venus

Constantarít - )

Q°C to760°C'

5th order

-0.048868252

19873.14503

-2186H.53S3

1156919978

-264917531.4

2018441314

TYPEK

Nicltel-10% ChromÍum(OVenus

Nlckel-5%(-)(Aluminum Silicon)

0DC lo 1370° C'x0.7°C

8th order

0.226584602

24152.10900

67233.4248

2210340.682

-860963914.9

4.83506E + 10

-U8452E + 12

1 38690E -i- 13

-6.33708E -r 13

TYPER

Platinum-13% Rhodlum('-t-)Versus

Platlnum(-)

0°C lo 10000C'

, 8th order"

0.263632917

179075.49 L

-48840341.37'

1.90002E -f 10'

-4.82704E-T 12'

7.62091E -r 14-

-7.20026E-T 16

3.714%E-r 18

-8.03104E -r 19'

TYPES

Platlnum-10% Rhodlum( + )Ver» u*

Platínum(-)

0°Clo 1750°C"

9lh order

0.927763167! 169526.5150

-31568363.94

8990730663

) -1.63565E i- 12

1.88027E t- 14

| -1..37241E -t- 16

6.1750ÍE-Í- 17

, -I.56105E -r 19

¡ L.69535E -r 20

TYPETCopp€f( -*• )

Ver* u*Consta ntan( - }

-l60°Cto400°(3:0.5°C

7th order

0.100860910

25727.94369

-767345.8295

78025595.81

- 9247486 5S9

6.976ÍÍ8E -t-

-2.66192E T

3.94078E -t-a7

TEMPERATURE CONVERSIÓN EQUATiON: T = a» -t- a, x -r azx?' -¿ ...... -h an xn

NESTED POLYNOMIAL FORM: T - ay + x(a, + x(a-2. -t:xfe;-

N8S POLYNOMIAL COEFFICI€NTS>

4, +• asx)))} (5th order)

Tabla 2.5 Coeficientestermocupla

del PO! inomio cara. cada

Al qraficar estas ecuaciones se obtiene una característicade respuesta real C matemática) de 1.a te'rmocup>la en donde

- 26 -

se ve claramente la no linealidad de respuesta en cier-tos rangos, en especial de la termocupla tipo S (verfigura No. 2.17) y para la termocupla tipo K (figura No.2.18). Para determinar con mayor precisión la nolinealidad de la respuesta se ha trazada Junto con larespuesta de cada termocupla, rectas que serán las res-puestas ideales.y cuyas pendientes representan el coefi-ciente de Seebeck constante, (yer figuras No.. 2.17 y2 . 20 . )

La respuesta de la termocupla tipo K es prácticamentelineal con un pequero desplazamiento con respecto a la

ideal en el rango de 500 °C a 1000 °C y su pendienteSeebeck seria de 41 pV/'C para todo el ranao

Para la termocupla tipo S (Gráfico No. 19) la recta derespuesta ideal tiene una pendiente ó coeficiente Seebeckde 10 [jW °C observándose además que la curva real tiene undesplazamiento que no es constante respecto a la curvaideal dando su característica de alinealidad.

La respuesta de la termocupla va a ser amplificada y luegoútil izada tanto para la medición como para la comparacióncon el valor de referencia en el control; los valores demedición y referencia van ha tener una relación de voltajepor grados centígrados (W °C) constante, por lo tanto lasalida del sensor tendrá la misma relación.

La respuesta de las termocuplas se lineal izará real izandolos siguientes pasos;

Darle una ganacia ( 800 para la termocupla tipo S y 200para la termocupla tipo K) a la sen" al de respuesta f x

Generar una curva . (f=y sacar su media nos deuna pendiente de 8 mv1/rango de temperatura dede sal ida .

tal que al sumarle con f:la respuesta lineal izada conC, que correspondería a unhasta 1250 °C para 10 voltios

En las figura No.curvas fu.., f = ytermocupla.

2.21 y No. 2.22 sela respuesta lineal,

puede observar laspara cada tipo de

»in3d

aÓ

3.013

,011

0.01

0.009

008

.009

.006

005

004-

- 27 -

i. V -LJ N-1 i W JLJA

JL.1.TTCP>./ rnf" lTTPT.A TIPOO. J-J J.V ITJ. Vv x^ v J j_ J_LLX JL X J- X_V

0.2

u

0^30-*-

TEMPEMTORA (GUABOS CEMGRABOS'iPIÓ 3To. 8.17

Jf

TIPOX 11. W

vipu¡4Pr.

u

3.03

0.05

n.r

Ü. í !

.K i

i i

n -4=Q.á- Q-n ü.3

TEMPERATURA ffí'RADOS GEXTIGRABOS)?Tff. Ko. 219

1.2

I CQ

o PM i — i

H HH

,.j

Q -

a^

a P!

"3

c:i

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i:.:

M E

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2,4 ELEMENTO CALEFACTOR: ALAMBRE RESISTIVO

La energía calorífica a utilizarse en el horno va a prove-nir de dos fuentes; a) de la combustión de gas y b) de laradiación de un cuerpo incandescente o sea de la transfor—macaón de la energía eléctrica en calor por medio de unaresistencia. El presente trabajo sólo considerará lasegunda forma en la que se útil izará energía eléctricapara el calentamiento del horno. A continuación se real izael análisis y se dan los criterios que permitirán hacer laselección de los elementos calefactores utilizados en elhorno.

2.4.1 LAS RESISTENCIAS ELÉCTRICAS

Todo material que se opone al paso de laeléctrica s través de él se puede considerar

eléctrica.como una

El valor de la resitencia de un cuerpo de longitud 1 f

sección uniforme s y de resistividad r está dada por lasiguiente expresión:

1R = r. (5)

donde:

R en ohmios (Q)r en ohmios por metro íft.m)1 en metros (m)s en metros cuadrados Cm 2)

La resistividad es característica de cada material y varíaen función de la temperatura de acuerdo a la siguienteexpresión:

,9) (6)

donde:

r* = resistividad a la temperatura 8

rra = resistividad a O °C

6 = temperatura en grados centígrados

a = coeficiente de temperatura de la resistividad!en "C"3-

- 31 -

El coeficiente a es positivo cara las metales enparticular al ser utilizadas en la fabricación deresistencias eléctricas. Este puede ser prácticamentenulo (Constatan por ejemplo) ó negativo' (Grafito bajo 500

2.4.1.1 TIPOS DE RESISTENCIAS

La circulación de corriente por una resitencia eletricaproduce o genera calor según la ley de Joule (I2 .R) ?

siguiendo este principio se puede separar las resistenciaseléctricas en dos grandes grupos:

a. Aquellas utilizadas específicamente para producir unacaída de voltaje y que generan poca cantidad de calor.

b. Las resitencias cuyagenerar ca]or =

escencial es la de

El segundo grupo es conocido como elementoscal efactores y que son clasificados a la vezgrandes familias:

- Resistencia Metálicas -

- Resistencias Cermets ó cerámicas-metálicas

- Resistencias No Metálicas

RESISTENCIAS METÁLICAS

r ivasen tres

Numerosos tipos de aleaciones san u ti liza dios para la fa-bricación de estas resistenciass de acuerda al tipo yporcentaje se las puede separa.r en tres categorías:

- Resistencias constituidas en aleaciones hierra—nique1-cramo ó ni que 1-cromo canacld'as común méate cama níquel I —ñas ,

— Resistenciasaluminio.

constituidas de aleación hierro—cromo—

- Resistencias especiales en Mol Ibd'eno, Tu'.g'S'.t.eno, Tants-1 lo } Pl atino , Niobeo , Hierro—Ñique!—Cromo—Alom-Inio .

Las principales características d:e estas resistencias sehallan descritas en las tablas No>. B.¿ del apéndice B.

RESISTENCIAS CERMET

El término "Cermet" es una contracción "Cerámica—Metali-ca". Los materiales oue constituyen estas resistenciasson compuestos de metales y metaloides que se presentanbajo la forma de cerámicas horneadas a alta temperaturas.

El material de base es aproximadamente de 957. de bisili-siuro de molibdeno Crio5i=) parj: el tipo usual. Estasresistencias aparecieron recientemente , su utiliz aciónestá confinada a aplicaciones

tipoment

especiales.

RESISTENCIAS NO METÁLICAS

Esta clase de resistencias comprenden escencialmente aelementos calefactores de carbono y de carburo de silicio;sirven en al tas temperaturas sobre los 2 .200 °C su fabri-cación se lo hace a base de residuos de petróleo en hornosde altas temperaturas y son utilizadas en fundiciones demateriales de alta temperatura-de fusión lo que • da su1 imitación en su uso, además de su elevado costo de fabri-cación .

De todo estos tipos de resistencias se ha escogido lasmetal icas y específicamente de acuerdo al rango de tempe-ratura de trabajo ,, las resistencias de aleación hierro-er orno—aluminio, que contienen del 207. a 307. de cromo. de27. a 67. de aluminio y el resto en hierro y aditivos enmenores proporciones.

2.4.2 CALCULO DE LA RESISTENCIA

Para calcular la potencia eléctrica de al tas temperaturasen elementos calefactores se sigue el principio de la levde ohm:

V = I . R C7)

donde:

V = Voltaje en voltios

I = Corriente en amperios

R = Resistencia en ohms

La potencia eléctrica requerida es derivada de la fórmula:

P - v.I = I2 .R = V2/R (S)

siendo:

- 33 -.

P = Patencia Eléctrica en vatios

Por otra oarte, si se conoce la resistividad (r). elfactor de temperatura (C-t) y la carga superficialpermisible (p) se puede calcular al elemento calefactor.

El cálculo se lo ouede realizar de dos maneras:

a. Aplicando la siguiente fórmul¿i

•P.4.r'd = (9)

p. 10. Tt2 .R^_

C2]d = 1/2.91( (P/V)2. (r.Ct/p) (10)

donde:

d = diámetro del alambre en milímetros

P = carga del elemento en vatios

r = resistividad en (Q.mm2/m)

p = carga superficial admisible en W/cm2

Rt= resistencia total del elemento en ohmios

V = voltaje

C-t = Factor de temperatura

La aleación hierro—cromo-aluminio corresponde al tipoKan tal Al y los valores de esta aleación* uti 1 izad os parael cálculo se encuentran en la tablas No. B2 del apéndiceB.

b. Los elementos pueden ser calculados rápidamente usando'el área superficial de la resistencia, fría. La caáti—dad cm2 /Q está dada en la tabla No . B3- del apéndice' B!para todas las secciones tranvers-a'le'S d'e la r e si 51 en-cía .

Si se tiene las especificaciones eléctricas (potencia yyol taje) , la temperatura del elemento y seleccionada lacarga superficial , el valor de cm'2 /&• s e puede calcularmedian te la siguiente expresión: CID

I2 . Ct P . E-tcm2/O = - . CID

p D . R-*..

- 34 -

Una vez determinada el valor cm2/Q. el tamaño del elementoouede ser seleccionado sobre las tablas No. B4 delapéndice B.

2,4.3, POTENCIA DE LAS RESISTENCIAS

La fuente de alimentación eléctrica a utilizarse es tri-fásica, la potencia de las resistencia estará dada por laexpresión:

(12)

siendo;

Pnr.* = Potencia trifásica'^ S^.,*, con fp=l

V-r = Voltaje de fase

I- = Corriente de fase '--•

En sistemas trifásicos se tiene dos oosibi1idades de cone-xión de la carga, esto es en estrella (Y) o - en triángulo( /\ ) , Si mantienen los mismos valores de voltaj'e yresistencia. la potencia de consumo de cada una de lasconexiones va a ser diferente esto es:

Conexión /\L

u *

lU /\,

t

VL¡

ir ¿

Xf

(13)

- 35

as,* A = 3 - 3Vu2/R = 3 /R ( 14)

Conexión Y

* *i

No, S.S4

3(15)

•T3 -T3

Dividiendo la ecuación 13 y 15 se obtiene:

Pa* A

í ~.i;

Esto indica aue si aplicamos en la conexión /\apotencia P se llegará a una temperatura T: manteniendoconstante la resistencia y voltaje en la conexión Y seútil izará sólo un tercia de la potencia aplicada entrian quilo, por lo tanto no se podrá llegar a latemperatura T en el mismo espacio de tiempo. En estacondición se debe trabajar para bajas temperaturas en laconexión Y, y para altas temperaturas en la conexión A•

Para el cálculo de las resistencias se tomará la condiciónlimite de trabajo que seria la temperatura más alta a laaue se desea llegar. entonces se realizará en la conexióntriánaulo.

- 36 -

2.5 TIPOS DE, CONTROL QUE PODRÍA UTILIZARSE

Una vez realizada la medición del parámetro o variabledinámica a tratarse (temperatura), la comparación con unvalor prefijado o set point (obtener la señal de error),

/Es necesario producir una serial de control o acción de(control para mantener el parámetro en el valor esperado y(controlar la energía que se utiliza para generar la^variable.

De acuerdo a las acciones de control se puede clasificarlos controles automáticos en :

— Control de dos posiciones u ON—OFF

- Control Proporcional

- Control Integral

— Control Diferencial

- Control Proporcional Integral

- Control Proporcional Derivativo

— Control Proporcional Integral Derivativo

- Otros

De acuerdo a la forma de controlar la energia para generarla variable se puede clasificar en dos categorías:

— Control de Fase

- Control por Ciclo Integral

En el presente trabajo se usarán varios tipos de accionesde control, por lo cual se realizará a continuación unadescripción sintética de cada uno dre ellos. El módulo quese construirá da la posibilidad de trabajar con d'iversasformas de control.

2,5.1 ACCIONES DE CONTROL

2.5.1.1 CONTROL DE DOS POSICIONES

Es el más elemental de las acciones d'e control . tiene dosposiciones fijas, que en muchos d'e los casos es conectadoo desconectado, no se lo puede describir con una ecuaciónanalítica pero en general pued.e^ ser escrita corrro una-

expresión que esté relacionada con el valor del error.

Sea mít) la seftal de salida del control v eít) la sePíaldel error actuante , entonces :

m C t) - Mj.

mCt) = M=

donde MI y M2 son constantes.

para e C t) > 0

para e(t) < O

Generalmente el valor mínimo M2 es ó bien cero ó -MI.La figura No, 2,25 presenta los diagramas de bloquescontrolador de dos posiciones donde se puede apreciarzona neutral ó brecha diferencial que es la zona en lael error actuante se desplaza antes de que se produzcaconmutación.

delunaquela

*No, «teI control ON--OFF

con zona neutral

La brecha diferencial tendrá un desplazamiento de • ± A esobre el valor de e = 0 donde el ancho de la zona neutralserá 2. A e, que debe tener un valor mínimo con elpropósito de que no se produzca excesivos ciclos detrabajo ó esté conectando y desconectando con- demasiadarapidez. Entonces hay que determinar el valor de la zonaneutral oor consideraciones de exactitud' deseada y dura-ción de los componentes.

A" A" "A

\ r"A A

Zon»

NO.R<»íspt.ís«vtfit en «te i control

- 38 -

En el gráfico No. 2.26 se observa la rescuesta detemperatura en el tiempo con su respectiva zona neutral.

2.5.1., CONTROL PROPORCIONAL

Para un control de acción proporcional la relaciónla salida del centrolador m ( t) y la serial deactuante e(t) es una constante.

entreerror

mít) = K, t

es la sensibilidad proporcional o ganancia

En un sistema de control proporcional se obtiene un nuevoestado estacionario más próximo al valor de referencia queel control todo ó nada. Al controlar la potenciacalefactora de forma proporcional al error se consiguereducir la zona neutral a valores muy bajos. Básicamenteun control de este tipo, la potencia calefactora vadisminuyendo conforme el error" "se hace cada vez máspequeña, es decir cuanto más se acerca la temperaturamedida a la temperatura prefijada.

se podra variar a voluntad pudiendo sermuchas ocaciónes bajo el concepto de bandaEsta banda proporcional se define

de error máximo que davariación del 1007. en el valor de la salida.

La constante K,expresada enproporcional.

por cientotantocomo

lugar ael

una

100Bp =

Bp es la banda proporcional

*@ÜE€R3tfeF34

/

No. S.J27

©svpues'tsí ctei control Fr-opar-ciona!

En la práctica un circuito que reoresenta a este controles un amplificador sumador, el mismo que se lo puedeobservar en la siguiente figura:

n

No, 2, £3

x.f<f"

V

CONTROL F1WW2XCNAL

Vout

donde :

VOLJ-T = (R=/R=) - Ve + V0

VE es voltaje de error,

V0 es el voltaje de salida cuando el error es cero.,

R^/Rz: = KD y es la ganancia que puede ser regulada avoluntad

R- = 10 . R para tener un rango amplio de K

2.5.1.3 CONTROL 1NTEBRAL

En el control integral , la seftíal d.e- control m (t) tiene uncontinuo cambio de velocidad defendiendo del e-rror. Estecontrol recibe en ocasiones e'l nombre de control d'e repo-sición. Analíticamente se lo.1 puede escribir de la si-guiente manera:

d mít)

dt

m í t ) = e(t)

K¿ es la constante de integración relacionada. con lavelocidad del error (7. / 7.. s)

Las unidades de K* son expresadas en porcentaje de lasalida del controlador por segundo y por porcentaje deerror.

m(0) es la salida del controlador al tiempo cero

Si se duplica el valor del error eCt) el valor m (t) variados veces más rápido. Para un error actuante igual a ceroel valor m(t) se mantiene estacionario,

Un circuito electrónico que realiza la acción integralseria el de la finura No. 2,29.

r-i-- dt +

Ve> -

1/RC = ganancia de integración

voltaje de error

salida inicial o valor inicial de integración

-\X/\

V

0 RJ,

Ri

R,t-v

Ho, 2.23 ! CXKTIWL

2.5.1.4 CONTROL DERIVATIVO

En este modo de control la salida del controlador dependlede la velocidad de cambio del error actuante: .se lo deno-mina control de velocidad o control

m C t) = Kt

d e( t)

d t

Kc es la constante de ganancia derivativa y puedeser regulable

Sus unidades están expresadas en "/.. s / "/.

La acción derivativa no puede funcionar sola debido a quecuando el error es cero o constante no tiene una salidanominal, como las control adores anteriores y es efectivoúnicamente durante periodos transitorias.

La implementacion práctica de este control seria medianteel circuito de la figura No. 2.30.

d V,= K,

dt

Vouit ~ voltaje de salida

Ko = R—.C = tiempo derivativo en segundos

V-: = voltaje de error

El valor de Ri debe ser seleccionado para que elcircuito sea estable en altas frecuencias obteniéndoseun valor de 2 . TI . f . Rx . C « 1 donde f es frecuenciaen Hz .

Vou-t

No, J51.30 ! COMTR<X. DCPOVAT1VO

- 42 -

2.5.1.5 CONTROL PROPORCIONAL E INTEGRAL

_a acción del control proporcional e integral quedadefinida por la siguiente expresión.

m(t) = KD . e(t)rt

0e(t) . dt m(0

Donde K^ representa la sensibilidad proporciomal oganancia y T¿ (1/Ki) es el tiempo proporcional, las dos\constante son regulables.N—-

No. 2.31 seEn el gráficocontrol ador esintegral can un , _ _ _ _ . _. —la parte proporcional es la image

la suma de la acciónnivel de final del -

ve que la salida delproporcional más la

A i • j ..(-J C¡ <_ cr = cr U U tí

en del error.

La desventaja de este control, es que debido al tiempointegral se lo utiliza para grandes cambios de carga yaque con pequepíos cambios de carga produce oscilación en lasalida debido al sobre pico que tiene la acción integral.Otra desventaja de este sistema es, que al poner en marchael proceso la acción integral produce un gran sobre picodel error antes de llegar al punto de operación.

Í4-')

a- u

NQ,

saVicía «fel

Un circuito aue realiza este tipo- d'e conitrol se lo ouedeobtener por la simple combinación dle los ciircuitas propor-cional e integral. Como se lo auedie ver en la fiqurs. No.2.32.

FUVine

- 43 -

-O Vou-t

FTOJRft No, 2,32 ¡ COKTROL Ff<QFORCXONfiL

Vc

Donde

-i-

Rx

R=

Ri -C J

R= 1v , +

R:

R=

R=,C

dt

2.5.1.6 CONTROL PROPORCIONAL DERIVATIVO

Una nueva combinación de modos de control basada en al-gunas aplicaciones Industriales involucra el uso en serie(cascada) de la acción proporcional y derivativa. Laexpresión analítica está dada sobre la combinación de las.ecuaciones Individuales de cada control, asi:

m(t) = Ka . e(t) + Ko.d eCt)

dtm ( 0 )

Cada uno de los términos han sida definidos anteriormente.

En este sistema no se puede eliminar el offset del co'ntrolproporcional, pero sin embargo éste puede manejar procesoscon cambios rápidos de carga. tan grandes como el cambio-en el offset del error en la carga, sea aceptable.

- 44 -

Un ejemplo de este modo de operación se puede ver en lafiaura No. 2.33.

p <x;>j.00

XN] DenA

FTGURft No, S, 33 a, Errorfe., Salida cíel

Nótese como el efecto de la acción derivativa da un des—plazamiento de la salida del controlador en relación a lavelocidad de cambio del error.

La combinación de los circuitos de cada uno de los con-troles individuales se la puede efectuar de varias formaspara conseguir el circuito de este tipo de control. Unade estas combinaciones es la indicada en la figura No.2.34

VinVoU't

No, £.34 CONTROL F^OF-ORCXONPL

dt

R: R:Z .

C.dt

Entonces:

R:

R=

. coara estabilidad

2.5.1.7 CONTROL PROPORCIONAL INTEGRAL DERIVATIVO

Uno de los más poderosos pero complejos modos de operaciónes la combinación de los tres controles simplesanteriormente indicados. este .sistema puede ser usadovirtualmente para toda condición de proceso. La expresiónanalítica RS la siguiente:

m(t) = KD . e(t)Tt¡e(t).dtJ0

d e(t)

dtm ( (3

Este control tiene las venta jas de las tres accionesindividuales en donde se elimina el offset del modoproporcional y se desprecia la tendencia a llevar aoscilaciones del integral .

En la figura No . 2.35 se puede observar la _ res puesta delcontrol .

<x:>Í-O

J.0CJ

cter-ivstivo

NQ, n, Err-or

fe- 1 S>«ílj.cJa dsl cDn-tr-ols<Jcx"'

Una de las combinaciones de los circuitos individualesse ouede ver en la siguiente finura:

Vin Vou-t

sajip. MQ, 2.3S CCísTFs'OL F^ Du-cCVHTIVQ

R= R=+

Ra.

dtR:

d V*.

dt

donde R.-. debe ser calculada de la27rR-. « 1 para estabilidad: del sistema

expresión

H2.5,2. CONTROL DE LA POTENCIA. CALEFACTGRA

2.5.2.i CONTROL DE FASE

Los elementos que man e jaratan la. potencia serán TRIAC' Scon lo cual se hará un control d-e la energía en. corrrierrlte.1alterna.

En. la figura No .voltaje tipica enen al terna donde

2 . 37 se observa la forma de1 orr-díala carga para, un control de faseel ángulo alfa (a) es el tiem.no1 qaue

TRIAC permanece apagado y setiene cero voltios encarga ? se lo mide desde el cruce1 por cero' dela seífíalentrada T una vez que termine1 ese tiempo se oroducepulso ó tren de pulsos en. la compuerta del TRIAC queactiva pasando del estad'o d'e circuito abie'rto'

e1!.la*d'eun-loai

:ircuito v se tendrá si voltaje de entrada sobre 3.3carga. el TRIAC permaneceré, encendido hasta aue la serialde voltaje cruce Dor cero (baje a cero) y como la carga esresistiva la corriente tendrá la misma forma del voltajepor lo tanto al mismo tiempo la corriente se hará ceroapagando al TRIAC, El tiempo que permanece activado elTRIAC corresponde al ángulo gamma (T) ó ángulo deconducción, siendo por lo tanto CC**T=TI, todo el proceso serepite para el semiciclo negativo.

Vmax

No, £,37 «O Cicpuito cíe potenciaIO Señal KÍC voltaje eri IJB

El valor RMS del voltaje en la carga será:

0 5 wt 1 a

L X sen wt a 1 wt < TT

periodo T = 2ii1 Tt

¡- f2 ( t) dt

TI 1 wt < 7t+a

5 wt 5

I 1 -í-

TI

sen

Al variar el valor del ana u lo d-e- disparo a se estarávariando el valor RMS del voltaje- en la carga, y porconsiguiente se estará control and'o la potencia que seentrega a la carga.

La potencia en la cargapor la siguiente expresión:

(Rt estara dada

P =

RL 2 R¡_

j 1L

asen

TT ¿TI

Esta forma de controlar la energía tiene algunos incon-venientes debido a que al encender el TRIAC en un ángulocualquiera el voltaje y por consiguiente la corrientecambian bruscamente desde cero hasta un valor alto lo queproduce transitorios en la red y genera interferencias enradio frecuencia; estos transitorias de corriente afectana equipos conectadas a la red _, también una mayor disipa-ción de potencia en los elementos con los que se estátrabajando, lo que obliga a que estos sean sobredimensio—nados.

En el presente trabajo no se efecturá el control de fase

2.5.2.2. CONTROL POR CICLO INTEGRAL

Este control entrega ciclos enteros de seftal a la cargaencendiendo al elemento de potencia en el cruce por cero.

Vmax

No, 2.30 SEÑAL DO. CONTROL CICLO INTEGRAL.

M.T,N son enteros

N M = T

En el gráfico No. 2.38 se tiene un ciclo integral deperíodo T = 5 en el que conduce o entrega N = 3 ciclosenteros de seftal de los cinco que tiene el período yM = 2 ciclos que se dejan de entregar.

- 49 -

El valor RMS del voltaje entrenado a la caraa será

V2PN2TT

Sen2 wt . dwtT , 2-n

Y

cuando N - T

= V, CN/T)'-4

Al variar el valor de N de 0 a T también se está variandoó controlando el valor RMS del voltaje que se entrega a lacarga, por lo tanto también se controlará la potencia.

La potencia será:

( V r r-iss -ri )2 N

P =

La ventaja de este tipo de contra! d'e energía es gue seelimina la componente DC que produce el control de fase ytambién elimina los cambios bruscos d'e' voltaje y corrienteque se tiene al trabajar con el control de fase»evitándose con esto transitorios enla linea y por lotanto el ruido de radio—frecuencia .•

El control deel valor de Tpasos

la energía estará limutt.ado por el período ónúmero de ciclos de sen"1 al , y se lo hará en

a diferencia del convfcral de fase que lohace en forma continua,

En el presente trabajo se utilizará el control por ciclointegral para un período d'e un segundo o 60 ciclos desePíal y tendrá la posibilidad de ser variable paraanal izar los efectos de perlados grandes o pequeftos .

- -5(3 -

2.6 ANÁLISIS DE ESTABILIDAD PARA UN TIPO DE CONTROL

2.6.1 ESTABILIDAD

La característica más importante en la definición de unlazo de control es la de tener una regulación estable c"ela variable dinámica". Regulación estable Indica que no sedeba tener un Incremento sin limite ó una oscilación cuyaamplItud crezca Indefinidamente terminando con dafros en laplanta del sistema. Por lo tanto se tendrá estabilidadcuando la variable se "estabilice" en un valor Igual ocercano al Indicado por el set point pudiendo ser larespuesta oscilatoria o no. Veamos das criterios paraanalizar la medición de estabilidad de un sistema:

la variable dinámicay se

Mínima desviación.- 51*3 j i_i í3 L. 3 o a en s _L g u n Y a j, \~j, u _ i <_ • i_ > *—, ¡ •— _*.._., f —.,— ^_,, ._. j —•. > •—una perturbación en esta, la variable deberá seguir almia\/n valor con la mínima desviación sobre la referen —

ha sidoproduce

nuevocía

Mínima duración.- SI una perturbación ocurre., podemosasegurar que la desviación ocurrirá en la variabledinámica, entonces otro ci de cuantlflcar la

seria,estabilidaden adoptar el nuevo valor dela carga- a su condición Inicial,valor de tiempo dentro de limates

la longitud de tiempo que se demoraa ó en regresar

debiendo estarrazonables.

este

El análisis de un sistema involucra directamente el deter-minar la estabilidad de éste, cómo responde ante varia-ciones de "la carga y de la referencia, cómo responde antediferentes tipos de variaciones;, qiiLie* pueden ser perturba-ciones del tipo escalón o cíclicas y la evaluación y lacomparación de estas respuestas d'ajrán lasdel sistema.

Generalmente el análisis de estabilidad- se efectúa median-te la evaluación de la respuesta d'-e UJTV lazo para controlde procesos ante perturbaciones- cíclicas v encontrandoaquel las frecuencias para las caale'S- e1! iaza muestra osci-1 ación es crecientes (Inestable)1 como% un<a función de lafrecuencia de oscilación, a e's-te: tipo die análisis se loconoce como Análisis Senoidal. Generalmente la frecuenciaestá definida como:

w = 2Kf

donde;

- 31 -

f = frecuencia (Hz )

w = frecuencia anaular (rad/seq)

En general la respuesta de frecuencia de un lazo es elresultado de la respuesta de cada elemento aue compone el1 azo ,

RESPUESTA DE FRECUENCIA DEL LAZO

El análisis de frecuencia de estabilidad está expresadapor la función de transferencia relacionando la variabledinámica , y la variable ha ser controlada, en generaltendremos:

CmGíw)

Ce

donde;

Cm = valor de la variable dinámica

Ce = valor de la variable de control.

G ( w ) = función de transferencia (en función defrecuencia)

la

w = frecuencia anaular (rad/s)

Esta función de transferencia se la presentará norma-lmen'tecon un valor polar (módulo y ángulo), estos valores- depen-derán de la frecuencia.

Se puede determinar la estabilidad de un sistema a travésdel estudio de la magnitud y el ángulo de fase en función'de la frecuencia, para ello se puede utilizar el D'ía:a tramade Bode, cuyo criterio de estabilidad seria el siguiente:si el ángulo es menor que 180, a l a misma frecuencia. 1.aganancia- será la unidad , o si el ángulo de fase es- de1 18"0).-el valor de la ganancia será negativo; por lo tatito- elsistema será estable.

FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA DEL SISTEMA

La expresión analítica de un sistema mediante la

- 52 -

correspondiente, permite clasificar los siste-mas en grupos que tengan igual ecuación diferencial, yaque su resolución y comportamiento serán idénticos. Sinembargo en la teoría de control se suele definir elcomportamiento del sistema no por su ecuación diferencialsino por una expresión equivalente, que recibe el nombrede función de transferencia. indicada anteriormente; porlo tanto para nuestro sistema en estudio (sistema térmico)la función de transferencia se la definirá de la siguien-te manera:

— Para un flujo de energía colorlfica de entrada a.,-,-

— La temperatura del horno respecto a la del ambiente T

Se tiene que una parte del q^nt se emplea en calentarel sistema (horno) y otra parte se perderá por disipación,d e t a l f o r m a q u e :

q«nt q t-io r"n o • q ** * x i cd jo.

La resistencia térmica del horno será

T TR = —> q » * i —

Tomando en cuenta la capacidad térmica del horno se tieneaue :

dT— Q

dt

Sustituyendo quedará:

dT T+

dt R

Aplicando la transformada de Laplace la función detransferencia será la simúlente.

TGis) =

q-r,* RCs

- 53 -

Como se ve . el sistema corresDonde a uno de oimer orden enel que la resistencia térmica se halla en oaralelo a lacapacitancia térmica.

51 el flujo calorífico es proporcional a la potenciaeléctrica y ésta es proporcional al voltaje de control, sepuede decir que la variable de entrada sea el voltaje decontrol, por lo tanto la función de transferencia quedará:

T RK1B is ) = • =

V^ent RCs + 1

Voltaje de control = Kl q_nt

R kl = K F = RC

T KG ( s ) = =

rs + i

PROCEDIMIENTO PARA CALIBRACIÓN DEL LAZO

La estabilidad de un sistema puede ser obtenida mediantela calibración y ajuste adecuado de la ganancia proporcio-nal . el tiempo Integral y derivativo para lo cual se puedeseguir yarios métodos que pueden ser semiemplricos o ana-líticos: de estos podemos analizar los siguientes:

MÉTODO PROCESO-REACCION.- Conocido también como Método derespuesta transitoria en lazo abáerto.. Fue desarro 1 ladopor Zlegler y Nichols y corregido- por Cohén y Coon bajoel criterio de respuesta de cua.rto de amplitud. Utiliza elsistema sin realImentacion, conectando simplemente elelemento de control final y el set-oaánt.

Para realizar el ajuste se procede primero a obtener tiRg ráf Ico del cambio de la variable dinámica en '/. Cp) en-fuñe ion del tiempo, se Introduce una1 peq:uefta per turbación'en la variable dinámica a través del' elemento final y seqrafica la respuesta en función d'el tiempo.

En la figura No. 2.39 se tiene una respuesta tiplealazo abierto en la que se puede' determinar los siguien'tssparámetros:

.s....

-le Dirwri.icis

A

y

L "T

No, 2,39FT-OCGMSO Reacción

L = tiempo de retardo en minutos

T = tiempo de cambio en minutos

Cp = cambio de la variable dinámica en 7.

P = cambio de la variable de control en "/.

N = velocidad de reacción en 7./min

CpR =

T

NL

Cp

R es un factor adicional utilizado por Cohem y Coon paracorregir de acuerdo al criterio de cuarto de amplitud, losvalares obtenidas por Zieqler - Nichols

Conocidos los parámetros se puede determinar las constan-tes de calibración para cada acción de control.

Asi para el control Proporcional se tiene :

PKp =

NL

Si el criterio de cuarto de amplitud es usado' quedará:

P I 1 NL !

Kp =NL Cp

Control Proporcional Intearal

Kp = 0.9 1/Ki = Ti = 3.33 LNÚ

Con el criterio de cuarto de amplitud será:

Kp =NL

¡ 0.912

R

Ti =30 + 3R

I 9 + 20R 1i i

Control Proporcional Integral Derivativo

Kp = 1.

De acuerdo al ci

NLTi = 2L Td - 0.5L

de cuarto de amplitud:

Kp =NL

i 1.33 + R/4 !

Ti =32 + 6R

I L13 8R

Td = L ¡11 + 2R

MÉTODO ZIEGLER-NICHQLS .- Desarrollan otro método paradeterminar las constantes al cual es asociado su nombre,

Para desarro lar este método se siguen los siaui en tes-pasos :

- 56 -

1.— Reducir al mínimo efecto las acciones de controlIntegral y diferencial.

2.- Gradualmente se va incrementando la gananciaproporcional hasta obtener una respuesta con pequeñasoscilaciones.

3.— Se toma nota del valor de ganancia a la que empezó aoscilar siendo esta Kc,

4.- Se toma nota del periodo de oscilación medida enminutos y será Igual a Te.

Una vez determinados estos dos valores se puede calibrarlas constantes para cada forma de control.

Control Proporcional:

KD = 0."5 Kc

Control P'roporciona 1 Integral:

Kp = 0.45 Kc Ti = Tc/l;2

Control Proporcional Integral derivativo.

Kp = 0.6 Kc Ti = Tc/2 Td - Tc/8

Una vez determinadas las constantes para cada acción decontrol" se podrá calibrar el control.

57 -

CAPITULO III

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN

3.1 ACONDICIONADOR DE SErnAL Y PROTECCIÓN

3.1.1 AMPLIFICADOR

El amplificador operacional CAOP) LM10C cuyascaracterísticas se presentan en el apéndice C, tiene unaderiva de offset .definida y pequen"a de 5 pv1/ °C y unaganancia de 70 V/mV, que permite tener una ganancia altade lazo cerrado, además posee un val taje de referenciainterno que sirve para compensar el offset.

El cálculo del amplificador se lo hará para los dos tiposde termacuplas que se ha considerado.

PARA TERMOCUPLA TIPO S--

A 1250 °C el termopar S tiene un o. (coeficiente Seebeck)de 10 uV/°C, se desea tener a 1250 ° C 10 V de control porlo tanto a debe ser de 8000 pV/°C, para lo cual debemosdarle una ganancia de 800. El circuito seria:

1\.

J.3 Ví

4 3L 4.

)

7Ui

FIGURA No, 3. i

aa v

SI R. = 130 KH

Rz = 500 O C variable paraoanancia de S00)

ajustar la

Para calcular el condensador sefrecuencia de corte de 0.1 a 1 herz .

á un ranao de

C =.-n.f .Ri

7 uF (f = 0.175 Hz)

La función de las resistencias R^, Rb. es la de corregirel offset de salida y sus valores son:

R* = o.ó Ku

Rfc = 2.0 Ktt

PARA TERMOCUPLA TIPO K

A 1250 °C el termo par K tiene un a de 40 (jV/°C. se deseatener a 1250 °C 10 V de control por lo tanto a debe ser de8000 uV/°C, para lo cual debemos darle una ganancia de200.

De la figura 3.1

Si Rt = 51

R^ = 500 (variable paraganancia de 200)

a Justar la

El condensador será calculado- de la misma forma que sehizo para la termocupla anterior y será :

lo

C = 7 (f = 0.45 Hz)2.TI. f .

Los valores de laspara este caso.

mismos

3.1.2 LINEALIZACION

Como lasdiferentesdiferentes

respuesta de las termocuplas tipo Sse deberá por lo tanto utilizar

de 1Inealización.

Y K soncircuitos

TERMOCUPLA TIPO S

El circuito que se útilIzará está indicado en la figura3.2. en el que se aprecia tres diodos que van a ser losque determinen las ganancias (pendientes) de la curva quese necesita generar para la linealización, véase la figuraNo. 2.21 la curva f2 y las ganancias que va ha tener estacurva con respecto a la respuesta de la termocupla.

Las ganacias van a estar determinadas por la temperatura,el cambio de ganancia está dado por el voltaje de salida yserán las siquientes:

VOLTAJE DE SALIDA GANANCIA

0 A 1. 51.5 A 3.83.8 A 7.07.0 A 10

VVVV

1 .71 .20,70.7

V c

FTOJRfl No, QRCUXTO

Vcc

LXNETftUIZACION

- 62) -

Del circuito de la fiaura No . 3.2 se calcula lasresistencias R^, Rto, Rc , R^ por divisor de tensión par;fijar los voltajes a los que debe cambiar la ganancia, elpotenciómetro P es para equilibrar las resistencias conR. .

Si Rw = 10

Entonces :

^ = 920 -íí

.7

P = 2 KS7

P = 10 KH

R& = 1 .8

Rd = 3.9

arautilioperacional

el cálculo de lasará la f órmul a

de realimentación sede ganancia para un amplificador

R-

Donde R-r va ha ser el paralelo de lasR-,- R-a según vayan ¿onduciendo los diodosrespectivamente.

D:

Ro. i R:z: i

D=, D :

Realizando el cálculo se obtiene los sioulentes valores:

Ri = 1? K

Rs = 27 K

R-, = 10 KÍ

R- = 30

R^ = 50

El valor de lade todas lasAl, su valor será de

será igual al paralelocias de realimentación y entrada del4 KQ .

Las resistencias R^ , R-^ , RV , R^o van ha determinar laganancia de 1/2 para completar lia. 1 ineal ización , y debencumplir la condición de:

- 01 -

. FU = Rx=3 y R^ = R-*

Si FU = RXGD = 20 KQ

por lo tanto para una ganancia de 1/2

R^ = R- 10

El voltajetermocupla ,

es la respuesta lineal izada de la

TERMOCUPLA TIPO K *

El circuito a utilizarse es una variante del circuito dela figura 3.2, en el que se encuentran ganancias quevarían en forma desordenada y no presentan una caraterís—tica creciente o decreciente como en la termocupla ante-rior , por lo que será necesario__poner diodos tanto en laentr.ada como en la realimentación , esto se observa en lafiqura No. 3.3, los voltajes a los que debe variar laganancia .se encuentran en el gráfico No. 2.22 también sepuede determinar las ganancias, las cuales se resumen enla siguiente tabla.

VOLTAJE DE SALIDA

0 A 1.78 V1.78 A 5.57 V5. A 10.0 V

GANANCIA

0.760,701 .27

vio—<•

•Ve e O /VX^v • * "W* ¡ll>/ J r< Rs

Re

VccQ—'\/^

Vcc

OÜ3-

n«JRPl No, 3,3 CIRCUITO DE

Para fijar los val tajes de cambio de ganancia es necesariodos divisores de tensión: el uno formado por las resisten-cias R* y RtD cuya suma debe ser Igual • R<= ,el otro estará formado por R». y R-r cuya sumadebe ser iqual a Rd

- 1.5 K

=. 5.6 K

10 Kíí

= 8.5

= 4.4

Las ganancias del amplificador están determinadas por las, R=, R.-3 » R*. cuyo valor sera

9.6 Kft

10 KQ

^ = 150 KH

A = 25 KO

Rara conseguir la ganancia de 1/2 en el A2resistencias tendrán los siguientes valores:

las

R-7- =

20 Kfi

10 Kfí

3.1.3 PROTECCIÓN DE LA TERMOCUPLA

La protección se lo realiza mediante una resistencia deen la entrada positiva del amplificador o conectada a

la salida positiva de la termocupla con la fuente de 12voltios.

3.2 COMPENSACIÓN DE JUNTURA FRÍA;

La compensación se lo ralizará utilizando un sensormonolítico el LM335 que da una característica lineal de10mvV°K y será acoplado una vez que haya sido linealizadala seh*al . El LM335 será utillziado conjuntamente con elLM329 , que es un diodo zener d'e- precisión el cual no variasu valor con la variación die lia1 temperatura (tiene unaderiva de offset muy baja)', y cuyas carácterprincipales están en el apéndice C..

fiL fiHFÍJCFXCpbORF-OR US i/2

R2¡

FIGURfi No, 3, DC JINTURP)

El circuito de la figura No 3.4 es el que se utilizarápara la compensación, el diodo Da. es el sensor detemperatura y para acoplarse al amplificador deberá daruna ganancia de 0.8 (debido a que se tendrá a la salidaBmV por grado) para cualquier termocupla. La función dePx es la de fijar en forma precisa la sal ida. delsensor a la temperatura ambiente, ayudando además acorregir el offset del amplificador. El diodo D- esuna referencia de voltaje de 6.9--V de mucha precisión elque con una ganancia de 0.5 eliminará el yol tajecorrespondiente a los grados Kelvin, quedando solamente elvoltaje de salida en función de grados centígrados.Los valores de las resistencias serán los mismos para lasdos termocuplas y son los siguientes:

10

F

10 KH

12.5 Kft

33 KS7

R= •= 5.6

= 33

CIRCUITO DE MEDICIÓN Y SELECCIÓN DE DATOS

Al trabajar con tres termocuplas en la parte de medición ycontrol se tiene la posibilidad de escoger una de el laspara medición y otra para control independientemente, paralo cual utilizaremos tres- pulsante para seleccionar latermocupla de control y tres pulsantes para seleccionar latermocupla para medición

Como utilizaremos pulsantes para seleccionar los datoséstos necesitan ser enclavados y entrar a funcionar luegode apagar a otro que haya estado en funcionamiento.

Para el ene 1 avamienta del oulsante se uti1Izará f1 ioflop's tipo D e Interruptores analógicos para leconducción de la sePíal .

El circuito será el siauiente:

No, 3,5 CIRCUITO DC SELECCIÓN DE DATOS

Para la parte de la medición o representación del valor enlos disolays se necesita traducir el voltaje a frecuenciay luego con una base de tiempo de un segundo determinarcuantos pulsas se tiene en reí ación directa con latemperatura. Por lovoltaje -frecuencia.decodificador BCD amanejar los displays,seaundo para controlar

tanto necesitaremos de un conversorun contador de base diez, un

7 segmentos , latch y drivers paray generador de tiempos en base de unel latch y reset del contador.

CONVERSQR VOLTAJE FRECUENCIA

Se utilizará el CI LM331 cuvasver en el apéndice C. y suflaura No. 3.6.

iracterisicas se oueden.to está indicado en la

El conversor V/F va a trabajar en reí ación directa conlos valores de R=, C=, Rrr. C&. R^ y del voltaje deentrada pero su respuesta ya a ser no lineal para bajos yaltos valores del voltaje de entrada, por lo aue habráproblemas si se convierte d irectamente para 10 vol-tios/1250 Hz, oor lo tanto se hace necesario lineal izar la

linealizar la respuesta del conversor V/F. esto se lologra al trabajar a 10 W 12500 Hz y poniendo un contadormódulo 10 para obtener 1250 Hz, con lo cual se ha reducidoen 10 los puntos de no linealidad. Los valores de loscomponentes para la frecuencia de 12500 Hz son los si-guientes :

RE

FTOJRñ No, 3,

RI

• 1CI ^

C3 ^

•

É•

i

> R3

18

7 S

1 LM33Í

4 3

r

I/ '^L

4

concurro CONVCRSOR VOLTAJE

R=

R.-T.

120 Kí^

6.0 KH

64.2 Kíí

7.32 KO

2.0 Kfí

R» =

= 0.01 |JF

0.01 F

= 0.1 uF

47.0 a

CONTADOR, DECODIFICADOR, LATCH? MULTIPLEXÜR Y DRIVER

El CI CD926 cuyasC, realiza todascuatro displays conel siguien te.

se tiene e.n el apéndiceestas funciones y su. t ra b ao" o es p a r auna salida de 50 mA. El circuito será

Para su funcionamiento necesita de la Habilitación dellatch y del reset del contador cada secando-,. de la fre-cuencia de entrada que estará en relación directa con latemperatura, los displays son de tamaño- grandle y necesitande una corrien te alta para su funcionamiento por lo que esnecesario trabajar con driyer open colector- para conectar—los a 18 Vdc y no quemen al CI CD926.

CONTADORLATCH

MUX

DGCODXFt

MNCS&6J

¡ / m

D

Fí

I

V

R

___<_

.-yssí.-..!.í±r;fjrrr™j{™,,iwirí_.."—"•-"•"•

ÍT7-

D * X V í R

1

f

3,7

GENERACIÓN DE TIEMPOS

El circuito de latch y contador necesita ' de pulsos dedisparo para habilitar el latch y resetear el contadortodo esto en base a un segundo. Se utilizará como genera-dor de tiempos el CI timer 555 . El circuito será elsiguiente:

Ri

Ci

i>

\

>>^

^

Ef

tR

UJ.Ulbbb

3

7

8

i/K

Á

R2

) Ra

k ^

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R

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) RaIk >

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U3Lh^G

R£j

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7

ÍTi

' > R3i

-L- ^T

No, ,1), ÍD GE CF DOR oc:

El CI DI trabajara como aestable oscilando a 1 Hz o 1 seg.

El cálculo de las resistencias y de los condensadores selo realiza en base a la condición de tiempo bajo menor a100 milisegundos y periodo total igual a 1 segundo.

t = 0.69 C:

Si

Rxx

p

- 47 uF

= 1 .8 I-

= 15 Kí

= 20 Kí

(t = 60 ms)

(t ~ 1 seg)

Los CI U2 y U3 van ha estar trabajando como monDestablescon un tiempo de 1.5 ms mas o menos para habilitar ellatch y el reset del contador, se calculará de lasiguiente forma:

t = 1.1 . R . C

Si C= - Cs = 0.2 pF

R=i = Rna. = 6.B Kíi (t = 1.5 ms)

La función de Ra, Ca y Da es la._de generar pulsos agujanegativa para disparar al monoestable, sus valores son:

R. = 10 K^

C^ = 0.02 uF

3.3 PUNTO DE REFERENCIA Y COMPARADOR

3.3.1 PUNTO DE REFERENCIA

En la figura 3.9 se tiene el circuito con el aue se darála referencia en forma de escalón y su variación lineal de8 mvY0C da un valor máximo de 10 V para una temperatura de1250 °C .

Además se tiene la posibilidad de introducir una perturba-ción escalón en el set point variable con. una amplitudmáxima de 1 V que corresponde a 125 °C.

El valor del set point debe ser indicado en función de latemperatura que representa, por lo tanto se necesita de unconversor voltaje/frecuencia de iguales carácteriticas queel utilizado en la figura No. 3.6- y de un circuito adi-cional para manejar los displays.

nOJRA No, 3.Í3 ; SETT

3.3.2 COMPARADOR

El comparador es un circuito sumador como el de la figuraNo. 3.10 y tendrá una ganancia unitaria.

&J3

Vcc

No, 3,10 ORCUrro COM=WftDOR

= 10 KH

= 10 Kfi

3.4 LAZO DE CONTROL

En un sólo circuito se ouede tener la posibilidad detrabajar con las acciones; proporcional, integral,, propor-cional—derivativo , proporción ai-integral y pro-porcional-integral—derivativo. Estas acciones se pueden- escogerindividualmente mediante interruptores analóg.ico.s, Laacción inteqral se la realizará independientemente.

e N A D"1*

1E O P

V

Ko

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CC

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5-Q

B

Hoja

1De

j.

FIGURA No. 3.11

ACCIONES DE CONTROL

Dis

eoo:¿

-tL

.B.T

.C.

Revis

ado:

En el gráfico No. 3,11 se tiene el circuito con todas lasposibilidades de acciones de control, en donde los valoresde los elementos serán los siguiente,

Ganancia proporcional:

FU = 1.8 Kíí Rt= = 10 Kíí Kp = 500 Kn

Control proporcional:

— 1 (Ti IX <~\ '— *~í ~7 \s" l~\ :— "1 m IS" (~\, — A.VJ ísiz rX^> — ¿. * / fSiZ rs — J-t' roí

Control Integral:

K¿ = 5 MQ Ci = 100 MF R- = 2,7 KH

Control diferencial:

Kd - 100 KÍ7 C^ = 40 uF Rtí = 10 KH

En el gráfico No, 3.11 se ha incluido además el circuitopara el control ador ON-OFF cuyos valores de los componen-tes son los siguientes:

= 20 Kfi R^ - 20 Ktt R.-r: = 1

= 100 K£3 R^. = 12 Kft Ro = 1

Los potenciómetros Kp 9 Ki, Kd están conectados en laparte externa del tablero en el módulo de acciones decontrol.

En el control ON-OFF se tiene la posibilidad de variar elvalor del voltaje correspondiente al ancho del offset parala comparación del error en el control ON—OFF. esto darála posibilidad de analizar las respuestas para diferentescalibraciones. '

- 71 -

3.5 FUENTE DE POTENCIA E INTERFASE DE POTENCIA

3.5,1 FUENTE DE POTENCIA

La fuente de potencia será trifásica a 220 V la que estaráconectada a las resistencias con la posibilidad de. traba-jar ya sea en estrella o triángulo, para lo cual se utili-zará un selector. en el manejo de la energía intervendránelementos semiconductores TRIAC'S los mismos aue deberántrabajar sincronizados con el voltaje de alimentación.

El diagrama de fuerza de la fuente de potencia se tiene enla figura No. 3.12.

No, 3, is DE FUERZA DC LA FUENTE

El valor de lasde la siouiente manera:

de calentamiento se calcula

- Potencia calefactora 8800 watts

- Voltaje de linea 220 Volt,

— Superficie de calentamientointerna del horno)*

4800 (superficie

« 3 = 3 V, ( conexión triánaud'o)

I T —B.8KW

3 # 220 V

- 72 -

A

20 V16. 5

Con los datos anteriores se calcula "p" (carga superficialen W/cm2 ) para el método rápido de cálculo (gráfico) .

P =SS00 W

4800 cm21.3: W/cm2

la tabla No. B3 del apéndice B se tiene C-S °C y 'con la ecuación (11) del capitulo

De12calcular

= 1.04 paraII podemos

e 1 valor cm2 /S7

cm2 /fí =(13.33 A)2 * 1.04

1.83 A2101 cm2/Q

Con estos datos se busca en la tabla No . B4B el diámetro del alambre el que será de 1.valor de 117 cm2/Q, tendrá una resistenciay un peso de 20.1 gr/m.

del apéndicemm para un

de 0.511 Q/m

Como se necesita una resistencia de 16.5 ft por fase setendrá una longitud de 37.29 m d'e alambre # 14 SWG ; paralas tres fases será una longitud de 96 . 86 m y en pesoseria 1747 gr , aproximadamente 2Kg de alambre deresistencia tipo KANTAL Al #14 SWG.

3.5.2 INTERFASE DE POTENCIA

La seftal que sale del circuito d'e-1 control va a tener unavariación de 0 a 10 voltios y d;ebe' manejar el disparo delos TRIAC'S y controlar la potencia en forma ciclo inte-gral , para lo cual necesitamos- ten-er lo siguiente;

— Período del ciclototales igual atiempo real

integral o- número de60 lo que representa

ciclos enteros1 secundo en

- 73 -

Generar una rampa con periodo de unde 10 Voltios.

seaundo y amplitud

Compararmediantedel TRIAC

la rampa can el voltaje de control v acoplarun optoaislador el voltaje DC con el disparo

El disparo del TRIAC se sincronizará con los cruces porcero de la sen"al alterna mediante el elemento aisladorque es Lin FOTOTRIAC con sincronismo de cruce por ceroincluido.

Al encender y apagar el TRIAC puede darse el caso detener serniciclaje y por lo tanto componentes DC en lalinea 'de alimentación, para eliminar este problema seaumentará un circuito que asegure la conducción deciclos enteros.

CIRCUITO GENERADOR DE RAMPAS

La rampa deberá variar desde cero a diez voltios paratener una comparación objetiva de cero grados a 1250 °C.además se tendrá la posibilidad de tener dos opciones demanejar el periodo: la primera será fija de un segundo yla segunda será variable hasta de 5 seg. El circuito seráel siguiente: (figura No. 3.13)

i Voi —

DC RfiMPftS

Su funcionamiento se basa en la integración de un valorconstante con una descarga del condensador forzada por elSCR en el operaeional DI, el disparo del SCR es producidopor el operacional U3 al comparar la rampa que sale de U2con 10 V . la función de U2 es la de amplificar por 1.25 einvertir la rampa del intearador.

- 74 -

El valor de los elementos serán:

Pa. = 2 KQ P^ = 10 Ka

Rx = 120 KQ R^ = 8.6 Ka

d = 8 u F

R = 10 KH

ACOPLAMIENTO DC - AC

El CI MQC3011 es un fatoacaplador conformado por un diodoy un triac que tiene un circuito adicional de sincronismoen cruce por cero, necesitando solamente que el diodoconduzca, el triac conducirá cuando se tenga un cruce porcero, el circuito será el siauiente:

NO, 3,14 cxftcurro cePCOPU3KIEMTQ DC--AC

El problema que se presentarla con respecto al optoacopla-dor tiene aue ver con el voltaje máximo del FOTOTRIAC (250V), y un dV/dt bajo lo que éste estará siempre conduciendoy por lo tanto el TRIAC principal, por tal razón seránecesario poner un divisor de voltaje para polarizar alFOTOTRIAC reduciendo a un valor de 1/4 del voltaje tri-fásico máximo.

Los valores de los elementos serán los siguientes:

Ra. = 10 Ka

R3 = 3.3 Ka

Ci = 0.01 uF

SINCRONIZACIÓN CICLOS COMPLETOS

Un circuito que detecte los cruces- por cera¡ de los vol-tajes de entrada y que genere tiempos mayores a 8.3 mseg ,.

75 -

que corresponde a un semiciclo de seh'al . será el aue-permita tener siempre ciclos completos de seffal sin importar que empiece a conducir en el semiciclo positivo onegativo.

VIENE DEL CORCUrrO Ce CONTROL

DEL CÉNERfiDOR C

En el circuito de la figura No. 3.15 se observa que altrigger del timer llega los pulsos de activado cuando lacomparación del error con la rampa da un valor en alto,los pulsos se producen cada cruce por cero y el timertrabaja como monoestable con un tiempo mayor a medio ciclode sePíal , activándose por lo tanto cada ciclo completa.

Los valores de los elementos son los siguientes;

R-r = 3.<7:Kt t

Co. = 0.1 pF

R = 15 Kíí C =

= 10 KQ

- 10 Kfi

0.2 uF

= 470 íí

3.5.3 PROTECCIÓN DE LOS ELEMENTOS DH PEDHíENCIA

Los elementos de potencia son TRIfíC'S NTE1456 cuyas ca-racterísticas están en el apéndice- C, las resistencias decalentamiento y los TRIAC's serán protegidos de la si-guiente forma;

- Con relé de sobre-carga de 15-25' Amp. que actúa sobre elselector estrella triánaulo.

Con resistencia y condensador para' transi torios de

- 76 -

linea, los mismos aue serán:

R = 100 C = 0.01 uF

- El sistema en general incluido el horno estará protegidapor un breaker trifásico de 30 A.

El circuito seria el siguiente:

Fi-

No, 3.16 F-ftOTECCION

3.5.4 FUENTE DE ALIMENTACIÓN DC

Todos los circuitos antes indicados van a utilizar vol-tajes DC de 12 y -12, para todo lo que implica tratamientode la. seftal en forma analógica, y para la tecnología TTLse utilizará 5 V, estos voltajes van ha ser constantes.por lo que necesitan de fuentes reguladas de voltaje, paraestos valores el circuito de la regulación de voltaje esel siguiente:

.120

I2v m

NO, 3,.17 D,C,

- 77 -

3.6 CONSTRUCCIÓN

La construcción delslauiente forma:

equipo completo se la realizará de la

Implamentación de los circuitos impresos de acuerdo a lafunción que realizan.

Construcción de módulos fijos y removíbles, los módulosfijos serán los siguientes:

a) nodulo de "acondicionador de sen"al y medición querealiza las funciones de: amplificación,llnealización, medición (conversor V/F y dlsplay's),y selección de termoc'uplas a utilizarse tanto paramedición, como para control. Este módulo es útil sólopara el sistema construido en esta tesis, por lotanto no podrá ser Intercambiado con otros sistemas.

b) Módulo defunciones:

potencia que realiza las siguientesinterfase DC/AC, Interfase control/poten-

cia selector es t reí 1 a/triángtHo , manejo de potencia ,fuente regulada DC para alimentar todo el sistema,protecciones para la parte AC y DC. Al Igual que elmódulo anterior no será Intercambiable, puesto que sufuncionamiento es propio sólo para este sistema.

Los módulos removibles serán los siguientes:

a) Módulo de acciones de control, como las accionesde control son analógicas, se- tendrá la posibilidad deIntercambiarlo con uno diaital.

b) Módulo de "set. point" o punto depunto de referencia se lo1 hará alperturbación sólo en forma de escalón.

como elIgual que lase tendrá la

posibilidad de Intercambiarlo' con uno que tenga dife-rentes formas de realización1.

MODULO 1: ACONDICIONADOR Y MEDICIÓN!

Este módulo se compone de tres circuitos Impresos aueestán distribuidos de la siguiente •forma.:,

I . Ampl ificación, 1 ineallzación ,• compensación de junturaf ría , el circuito está en la f Ig.urai No , 3.18.

II. Conversor V/F , contador, base d.:e tiempos , selecciónde datos para medición y control , el circuito está enla figura No , 3. 17 .

III. Contador , latch , muí tipl eKor , drivers- y displays elcircuito esté en la figura No>. 3 . 2®

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- 81 -

MODULO 2 : POTENCIA

Este módulo estará distribuido en los slauientes circuitosimpresos:

I . Generador rampas. comparador, sincronización.generación de tiempos, interfase DC/AC, el circuitoestá en la figura No. 3.21 .

II. Fuente de. el circuito está en la figura No. 3.22.

III. Manejo de potencia el circuito está en la figura No.• 3.23.

MODULO 3 : ACCIONES DE CONTROL

En este módulo consta de un sólo Impreso en el que seencuentran las acciones de control:integral, proporcional.derivativo y el control ON-QFF. además la parte lógica deselección y combinación de las acciones de control. el

se puede ver en la fIguna No. 3.24.

MODULO 4 : SET POINT

Este módulo tiene dos Impresos y se encuentrandistribuidos de la siguiente forma:

I . Punto de referencia , perturbación. conversar voltajefrecuencia, contador; esto se puede apreciar en lafigura No. 3.25.

II. Drivers y dlsplays como constan en la figura No.3.26,

Los módulos exteriormente están constituidos por unaestructura metálica que tendrá las siguientes 'medidas:

a). Para los módulos fijos de 14x28x22 cm.

b). Para los módulos intercambiables de 14x14x22 cm.

Los módulos estarán alojados en una estructura metallea enla que se tendrá la posibilidad de alojar los módulosfijos con la Dosibilidad de desplazarlos para propósitosde calibración y también con la facilidad cara los módulosIntercambiables,

La distribución de los módulos- se puede apreciar en lasfiquras No. 3,27 Y 3.28.

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- 91 -

3.7 PRUEBAS Y RESULTADOS

Las pruebasbásicamenterespuesta del

realizadas con el equipo están orientadasa dos partes: la respuesta del proceso y laelemento sensor.

RESPUESTA DEL PROCESO.

Para analizar la respuesta del proceso se parte del desco-nocimiento del valor real de las constantes de lasacciones de control, por lo que ha sido necesario realizarpruebas para determinar estos valores. asi utilizando elmétodo de Ziegler—NichoIs descrita en el capitulo anteriorse trabaja sólo con la acción proporcional dando incremen-tos en su ganancia para incrementos pequemos en la tempe-ratura , hasta obtener una respuesta en la que el sistemaempieza a oscilar, esto se puede apreciar en la figura No.

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La. respuesta se obtiene medlsjnvte un' g,r'atizador de papelcontinuo con tiempos de adquisición' tífe"1 datos altos.

De la respuesta oscilatoria se' pued'e determinar - lossiguientes parámetros :

Kc = Í50 Te = B mimí

Con estos valores de Kc y Te se1 puede" ob-terrer los valorescorrespondientes de las constantes' Ka1, K.di.,. KI , suponiendo

- 92 -

aue se trabajarla con un control PID, por lo tanto deacuerdo al método indicado se tendría :

Acción

KD

P 125

PI 112.5

PID 150

Constantes

Ti Ki( min ) (

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6,66 0

4 0

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Con estos valores se ha logrado determinar el rango devariación de las constantes al poner un valor mayor al quese ha obtenido con lo que se permitirá experimentar sobreesto. Quedando los siGUientss

Kp = 250 Ti = 8 min Td = i min

Una vez determinadas las constantes en forma experimentalse procede a probar las acciones combinadas PI y PID conestos valores. Esto se puede observar en los aráficoscorrespondientes.

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- 93 -

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- 94 -

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FIGURA 3,33 Control proporcional Integral

A y Kp = 250.Ti = i min.

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Ti = 8 min.Kp = 100Kd = 30 seg .

- 96 -

RESPUESTA DEL ELEMENTO SENSOR

La termocunla como elemento sensor tiene una resouesta no1Ineal como se determinó en el capitulo II. por lo aue fuenece'saria lineal Izarla analógicamente. lo fundamental delas pruebas real izadas fue el comprobar dicha1Inealización. comparando los valores medidos con loscalculados en la simulación de la respuesta para cadatermocupla.

En la tabla que se presenta a continuación se puedeobservar los valores medidos y calculados de lastermocuplas llnealizadas:

Temperat. °C Vmed Vcal (T error/.

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71

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Al re alizar las medidas con el vol. time tro se presenta unproblema debido a que éste introduce una carpa que variaconsiderablemente el valor d¡e la temperatura,especialmente al ponerlo en; 1-a salida amplificada deltsrmopar.

Este efecto se reduce al útil Iza-r un voltímetro de altaimpedancla de entrada y se reduce? aún más al utilizar elosciloscoplo con la punta de prueba x!0 . pero con éste nose puede tomar valores exactos-.

Na se puede asegurar que las. medidas real Izadas sean la-que corresponden a los valores- reade.s*.

- 97 -

De acuerdova que elen el raneo

a los valores presentados en la tabla se obser—error absoluto máximo alcanzado es de 10 "/. .

a 100 "C. Por lotanto la linealización de las reícuplas están dentro de 1 imites de

20 °C?spuestas de laserror aceptables.

termo—

Otra prueba adicional que se realizó fue la de determinaren forma gráfica el tiempo de respuesta de los elementossensores, para lo cual se procedió de la siguiente manera:

— Se estabiliza la temperatura del horno en un valorfijado por el set point, como se tiene dos tipos determocuplas se deja una de estas en el laso de controlmientras, que la otra estará en la medición. retirandoa ésta del horno se espera a que se estabilice a latemperatura ambiente, luego de esto se la introducerápidamente en le horno mientras se va grafizando surespuesta en función del tiempo. Su respuesta será unatínica de primer grado lo" propio se puede realizar parael enfriamiento del elemento sensor. Los gráficos de lasrespuestas se observan en las figuras No. 3,3ó para latermocupla tipo K y No. 3 .37 para la tipo S. estasmediciones se realizaron para las termocuplas sin pro-tección de vaina.

FIGURA >6 , a Calentamien'to. de la termocupla tipo

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FIGURA 3.37.b Enfriamiento de la termocupla tipo S

- 100

CAPITULO IV

APLICACIONES

4 .1 INDUSTRIALES

En la Industria se observa que en muchos procesos inter-viene la variable temperatura, ya sea enforma principal osecundaria de tal forma, que,juegue o no un papel funda-mental en el proceso, ésta debe ser medida y controlada,,por lo tanto la aplicación que se le dé a la medición ycontrol de la temperatura en sol idos dependerá solamentede la necesidad de hacerlo en forma precisa o aproximada.De esta necesidad saldrá las diferentes formas de con.tro-lar 1 a y medirla, La complej idad de estas dependerá delproceso.

El sistema construido en esta tesis tiene la posibilidadde escoger el tipo de control, de calibrar cada una de lasconstantes de las acciones de control y de escoger el tipode conexión en la carga sea ésta estrella o triángulotrifásica, de tal forma que si se desea acoplarlo a unsistema industrial la calibración„ el tipo de control y eltipo de carga dependerá de las necesidades- del sistema-,Tendrá como limitante la potencia eléctrica que maneja, e'ltipo de calentamiento será netamente resistivo, los sen-sores Dará los cuales responde el sistema son termocuplasdel tipo S y K y no podrá aceptar otro tipo de sensores .•

Por lo tanto para aplicaciones industriales el sistema d'e1control de temperatura puede ser acoplado a cu-a-.l'quievsistema de temperatura industrial que cumpla co.n 1 ais-siguientes características: ser calentado por .resisten-cias, trabajar a una potencia menor a 10 KW, utilizar como'-elementos sensores termocuplas tipo S y tipo K, permitiruna temperatura máxima de calentamiento de- 1250 °C

- 101 -

4 .2 DIDÁCTICAS

El sistema de temperatura en sólidas fue construido es pe—cificamente para el Laboratorio de Instrumentación, por lotanto con fines didácticos. su aplicación permite el aná-lisis de resouesta del horno o simulador de temperatura,del control y sensor de temperatura. Este análisis se lopuede realizar en el estado estable y en el estado tran-sitorio .

El sistema tiene la posibilidad de analizar la respuestade cada una de las acciones de control o de la combinaciónde éstas; utilizando las constantes de cada acción decontrol permitirá calibrar en forma, óDtima al sistema,para obtener una respuesta estable y rápida en función deltiempo .

Como aplicación didáctica se presenta la siguiente prác-tica, en la aue se analizaré. 1.a estabilidad del siotEms:

PRACTICA

TEMA: ESTABILIDAD DEL SISTEMA

OBJETIVOS:

- Estudiar la estabilidad del sistema para diferentesvalores de las constantes de los controladores .

- Determinar los parámetros- efe calibración para el métodode Ziegel NichoIB utilizando los valores de 1 asconstantes de los control adores.

— Calibrar el sistema con los valores obtenidos.

TRABAJO PREPARATORIO

-En aué consiste el método de estabilidad de ZiegelNichols ?

— Qué constantes se toman en cuervts para este método ycómo se las determina?

— Cómo se comprueba la estabilidad d'el sistema una vezreal izada la calibración.?

- 102 -

DESARROLLO DE LA PRACTICA

- Arme el sistema y calibre el horno para una temperaturade 100 °C, espere a que el horno llegue a esta tempera-tura .

- Para perturbaciones de 10 °C y para diferente valores de1Kp, Ki y Kd observe y mida la amplitud y el periodo dela respuesta del sistema. Realice una tabla de valoresmedidos.

- Determine las constantes de Ziegel Nichols de acuerdo almétodo cónsultado en el trabajo preparatorio. Real iceuna tabla de valores.

— Calibre el sistema de acuerdo a los valores obtenidos enel paso anterior.

- Compruebe 1 a estábil idad del sistema,

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Calcule en forma teórica los valores de las constantesde Ziegel Nichols compare con los valores medidos. Hagaun comentario,

La estábilidad obtenida una vez calibrado el sistema es1 a óptima?. Fue necesario cambiar los valores?. Comente„

Qué ocurre si la temperatura del sistema es mucho mayorque la que se utilizó para la calibración.?

La perturbación que se utilizó está en e'l Set P'oint,tendrá los mismos efectos o tratamiento si la perturba-ción es en la carga?.


La guia de la práctica antes indicada tiene' comodemostrar la utilidad del sistema para api i cacion.es> di-dácticas, esta guia se utilizó para détermin'a'r 1 a. estabu:—lidad del sistema en el capitulo anterior C 3.7 .1 > „ porir l;.otanto queda a consideración este modelo p>ara- práMirlfíe'asposteriores, sin que sea estrictamente la f o?rm<a> de? hacer"-lo, lo cual dependerá solamente del instructor puré' l'ailleve a cabo.

El desarrollo de esta práctica se lo realizó en- forrrva;parcial obteniéndose sol amenté los valores medidos en.

103 -

forma gráfica, loscapitula III (3.7.1)recomendaciones secorrespondientes ,

mismos que fueron incluidas en el, la parte de teoría, conclusiones ylos encontrará en los capítulos

Se puede incrementar un mayor número de prácticas espe-cialmente relacionadas con la respuesta de las termocuplasen lo que tiene que ver con el estado transitoria deestas, determinándose el tiempo de respuesta y su curva

de temperatura—tiempo de estabilización.

- 1134 -

CAPITULO V


5.1 CONCLUSIONES

Con la construcción y pruebas realizadas del equipo secumple con los objetivos de la tesis.

El horno construido en Ingeniería Mecánica es un sistemaaltamente capacitivo con pocas pérdidas, por lo queresulta fácil calentarlo, pero difícil de enfriar enforma natural ( sin Introducir perturbaciones en lacarga)

La respuesta del horno ante cambios en la carga o en elset point es estable, aunque se produzcan oscilacionesque de ninguna manera serán crecientes, 1 legándose atener oscilaciones que mantienen la misma amplItud tra-bajando asi en el limite de la Inestabilidad,, siendo lasoscilaciones de bajo valor pico se asegura que la res-puesta está dentro de la reglón de estabilidad.

Debido al efecto capacitivo del horno,Inercia que hace que se eleve la tempeque la potencia ya ha sido apagada, dando

ésts tiene unaa pesar d¡e

como resu1tadoque cuando se producen oscllaciones el pico positivo seasiempre mayor que el negativo de la oscilación.

La acción de control Integral no ssol a para este tipo de sistema,pequeños el sistema ose I la o s-inóproduce sobre impulsos demasiados altosdañar el sistema .

la puede utilizarpuesto que para Tipara TI grandes se

que podrían

La acción derivativa nunca se la podrá utilizar sola,siempre estará acompañada de la acción proporciona 1 ,,cuando se la utiliza asi, se producen también oscila-ciones en el sistema con un erro'r permanente en estadioestable.

La respuesta de la termocupla tipo1 S es más rápida que:la 'resouesta de termocupla. tipo K siempre y cuando las

- 105 ~

dos estén

Al poner la vaina de protección a la. termocupla surespuesta se vuelve mucho mas lenta, por lo eme se hacedifícil el control de la temperatura al utilizarla.

La lineal ilación de la respuesta de las termocuplasestán dentro de lo esperado teóricamente. mientras queen forma real se tiene los mayores errores para los1 imites inferior y superior de la temperatura escogidaen el diserto, esto se debe al rango muy ampl i o en el quehay que linealizar.

ñl realisar la medición del voltaje de salida amplifica-da de la termocupla se produce un efecto de carga quevaría la temperatura que se trata de medir, introducien-do errores de consideración.

En al construcción delserial no se considerócalidad sugeridas en elcuitad de unir pistas

módulo de acondicionamiento dela utilización de masas de altacapítulo II. debido a la difi—en el circuito impreso. siendo

ésta una de las razones para que se produzca elde carga indicado anteriormente.

efecto

Se tiene una gran ventaja al trabajar en forma separadacon las termocuplas para control y para medición < mien-tras la una termocupla sirve para controlar la tempera-tura, se puede realizar pruebas con las otras termo—cupías independientemente del control.

El equipo construido sera una herramienta Citil para laenseñanza en el Laboratorio de Instrumentación para elanálisis de la respuesta de termocuplas. siendo tambiénuna buena ayuda para el análisis en el control de proce-sos .

El sistema permite además debido a su normal ización devoltaje C 0—10) la conexión al computador mediante lainterfase apropiada, para la adquisición de datos ycontrol de la temperatura del horno.

La construcción de equipos como temas de tesis aportancon un complemento práctico muy importante en la forma-ción de ingenieros, puesto que da una visión más real delos sistemas de control.

- 106 -

5.2 RECOnENDACIONES

Construir un sistema de enfriamiento para el horno quepermita tener un control más rápido de la temperatura.

Utilizar para el controltermocupla descubierta.

de temperatura siempre una

Para tener una reducción en el error de medición se debereal izar una separación por eseal as para tener menoresrangos de linealización, lo que se podría hacer como unnuevo proyecto.

Para realizar la medición del voltaje de salidaamplificado se debe utilizar 'instrumentos que tenganalta impedancia de entrada.

Para tener una visión más clara y real de la respuestadel sensor y del sistema -ss debe acíquir ir un equipografizador analógico con tiempos grandes de trabaj'o.

Se debe tener mucho cuidado erT~~l a conexión de las sali-das del equipo, puesto que un cortocircuito en estasdañaría elementos de díficil adquisición.

La cal ibraeion y mantenimiento del equipa debe serrealizada solamente por una persona autorizada y quetenga pleno conocimiento del equipo. '

- 107 -

ANEXO

MANUAL DE USO

GENERALIDADES

El eauipo construida está datado de módulos intercambia-bles y no intercambiables. esto tiene que ver especifica-mente con la utilización de otros módulos de equinosdiferentes para poder obtener una mayor versatildad en laaplicación del equipa construidas.

El manejo de este equipo está determinada por el tipo demódulo que se conecta al sistema. entonces si está enfuncionamiento el módulo de acciones de control que" esintercambiable se deberá tomar en cuenta que la lógica detrabajo en el error es del valor medido menos el set pointy que cada acción trabajará en forma independiente. En elmódulo intercambiable de set point está el comparador y eldisplay en el que debemos tomar muy en cuenta la polaridadque deben tener las seriales a compararse, esto es que debecumplirse la lógica del error antes indicada. Acontinuación se indican algunas consideraciones importan-tes para que el equipo funcione adecuadamente:

- Módulo de display: en este- mód.ulo se tiene tres pulsan-tes con su respectivo led .. Ca'dla- pulsante tiene su en el a-yamiento y permite la selección de la temperatura queestá. leyendo cada termocupilai la que aparecerá en eldisplay.

- Módulo de acondicionamiento d'e¡ serial : en este módulo setiene tres entradas independiasen tes las mismas que esta-rán recogiendo la. información5 die cada termocupla . setiene además seis salidas, tres. d;e las cuales correspon-den a la señal amplificada d-e cada. te-rmocupla y lasotras tres serán 1 as seriales li inea 1 izad as . Además setiene tres pulsantes con sus respectivos leds v unasalida adicional . esto será- utilizado para seleccionarla termocupla que irá a la re al! ¿mentación en le lazo decontrol.

- 108 -

Módulo .de acciones de control: aaui se tiene una entradaaue será la del error y una salida aue será la señalcompensada, además se tiene tres entradas aue corres-ponden a la fuente de polarización con ± 12 V de ytierra, están consideradas las acciones de control, lasmismas podrán ser escogidas mediante un pulsante, suindicación se presenta por medio de un led. su calibra-ción se lo realiza con el correspondiente potenciómetro,teniéndose además un pulsante para resetear el módulo.Al escoger la acción de control proporcional inicialmen-te se activará solo ésta, si luego accionamos la inte-gral se adicionará a la anterior y lo propio ocurrirácon la derivativa. pero a partir de esto deseamos traba-jar solo con la integral será necesario resetear elmódulo y luego activar la acción deseada; esto lo pode-mos hacer con la derivativa pero con la única diferenciaque se activará a la vez la proporcional puesto que nopuede trabajar sola; para trabajar con el control QN—OFFbasta accionar a este y automáticamente deshabilita lasacciones anteriores.

Módulo del set point: se puede apreciar que este módulotambién necesita de ± 12 V de y tierra para BU funciona-miento lo que implica la utilización de tres terminalesde entrada. Juntamente con el•set point se genera unasefíal de perturbación la que tendrá la posibilidad deser variable desde 0 a 125 °C v mediante un interruptorsumarle al valor de trabajo del set point una rampa dela amplitud escogida, el valor de la perturbación aintroducirse se puede sacar a display mediante un pul-sante colocado bajo el interruptor y el potenciómetro devariación de la perturbación. Para fijar el valor de latemperatura de trabajo se tiene dos poteneiornetros unopara ajuste en pasos grandes y otro para ajuste fino. Lacomparación lo realiza internamente restando el valormedido menos el de referencia, teniendo un terminal desalida del error aue se conectara externamente al módulode acciones de control.

Módulo de potencia: Tendrá una entrada de1 la sen"al deerror compensada 1 a misma q.ue generará, ios pul sos dedispara de los triac's con una frase de tiempo del ciclointegral que puede ser constante' o> variab/lle1 y se eligirámediante un interruptor, lase fría í constaínifce: será de unsegundo y la variable p ued e: esc o a, e r se: esm un valor dehasta 5 segundos utilizando el respectivo* potenciómetro.este valor de tiempo puede medirse en; el terminal desalida. en este módulo se tiene1 adicianalmente dospulsantes que servirán para escoger el tipo* de conexiónque se desea para la carga,- sea esta estre'l la o trián-gulo , cuya señal ización se hará mediarrte un led . Paratener una protección de la alimentación trifásica secuenta con un re le de sobrecarga- aue desconecta la carqay enciende una la'mpara indicadora v su reestableeimien-to se lo hace con el respectivo interruptor..

- 109 -

- Módulo de alimentación: Se tiene nueve salidas: tres decolor rojo correspondientes a + 12 V de, tres de colornegro correspondientes a la tierra de v tres salidas decolor azul para - 12 V de. La protección de estas sali-das se lo hace con dos fusibles para ± 12 V de y unopara la alimentación AC.

PUESTA EN MARCHA

I . - Antes de encender el equipo se debe realizarg u i e n t e :

lo si—

a). Poner en la indicación de cero los potenciómetros delset point (ajuste gruesa y fino).

b). Poner el interruptor de tiempo del ciclo integral enla posición de constante y el interruptor de la per-turbación en la posición of f .

c). Conectar los módulos de acciones de control y del setpoint al módulo de alimentación mediante los termi-nales de + 12 V de, -12 V de y tierra,

d). Conectar el terminal de salida de medición del módulorespectiva al terminal de entrada de medición delmódulo de set point.

e) . Conectar el terminal de salida de error del módulo deset point al terminal de entrada de error dei módulode acciones de control.

f). Conectar el terminal de salida compensada del módulode acciones de -control al terminal de entrada delmódulo de potencia.

g). Comprobar que las termocuptla-s-- a utilizarse estén co-nectadas en sus respectivos- iLer rainales de acuerdo a lacoloración que tiene cada unta, y comprobar que lastermocuplas estén colocad!a\ e:rrr la posición correcta ydeseada en el simulador de» -temperatura CHorno),

h) . Poner todos los potenciómetros- d!el módulo de accionesde control en una posición intermedia.

II .- Encender el equipo con e'alimenteción.

rl interruptur del módulo de

Al encender el equipo se1 escuchará elrelé de alimentación de potencia conectando la carga

_ . _ i J _ i. __ -T I -í .— —, ,— -7 í > i—i K- r—> rrr n cu i— T~ "I \/";a

activado del.:ando la caraf t± j. t: uitr aj.j-iuc.iit-"!—i. i i -_* -. j-— • — — - -

en triángulo y presentando la indicación respectiva.

III,- Escoger el tipo de cone-xión con la que se va ha

- 110 -

trabajar en la caraa.

Esta se lo realiza mediante los DU!santes localizadosen el módulo de potencia.

IV.- Seleccionar el valor de temperatura a trabajar me-diante el set point,

V.— Seleccionar" las acciones de control con las que se vaha trabajar y calibrarlas si es posible.

VI .— Seleccionar la termocupla para realizar la realimen-tación .

Esto se lo realiza mediante el pulsante correspon-diente del módulo de acondicionamiento de sefíal ,

VII.-Real izar las mediciones de acuerdo al trabajo pro-puesto.

- 111 -

ANEXO II

CALIBRACIÓN DEL SISTEMA

CALIBRACIÓN DEL MODULO ACONDICIONADOR DE SEF5AL

La calibración de este módulo se lo realiza en formaInterna y Sólo por una_ persona autorizada.

Este módulo consta de dos tarjetas impresas de 1 as cualesla segunda corresponde a-1 acondic-Ionador de sefíal , para lacalibración se seguirá los siauientes Dasos:

1.- Calibr ación del offset de entrada

a). Retirar las termocuplas de las respectivas entradas.

b)módulo

c ) . Actuar sobre el potenciómetro Pl de acuerdo^ a laconfiguración de la figura No . A2 .1 hasta que: en elterminal de salida amplificada de la termocuip'Ia' Sirnaraue cero .

d ) . Proceder como en el caso anterior p-ara las- terfsrocu'p*! asS2 y K actuando sobre los potencióme^tro-s P6 v P'll

amente .

a)

b).

Calibración de la ganancia de entrada .

Retirar elmocupl as del módulo

d;e las en t r ad'ais- d e 1. as t'e?r—

Introducir una sePísl de d¡@ 5- mV encada una de l.as>entradas y medir en sus respectivas sá'l id'a.s amp'l.If iic.a'-das un voltaje de 4 V oaira 51 y 52 y de- I V para K, lo/que Implica una ganancia d'e 800 y 200 re:s>pectlv/amente\para ello se debe actuar sobre los potenciómetros- P'2',.P7 y P12 respectivamente .

- 1Í2 -

3.— Calibración de la comoensación de juntura tria

a)

b)

c)

d)

g)

.tar las entradas de las termocuolas delmódulo.

La amplificación v linealización se ha dividido entres bloques fácilmente identificables. cada bloquecorresponde a cada termocupla; cada bloque tiene tresamplificadores operacionales, en el segundo operado—nal de cada blcque mida en el pin # 6 (salida) cerovoltios si no hay este valor actuar sobre los poten-ciómetros P3, P8 v P13 hasta obtener cero en cadasalIda,

En el dip sw colocar los tres primeros en la posición"on" •

Actuar sobre los potenciómetros P4, P9 y P14obtener a la salida linellzada 2.73 V + ta#8mV.

para

e) , c.n el dip sw regresar a la posición "ofí" .

f ) - Quitar el cortocircuito de—-las entradas y poner lasrspectivas terrnocuplas en las entradas del módulo.

Actuar sobre los potenciómetros P5, P10 y P15 hastaobtener a la sal ida UnealIzada un valor de voltajecorrespondiente a ta$8mV.

Una vez terminado esta secuencia de pasos de calIbraciónel sistema de adquisición de datos quedará listo para sutrabaja normal.

DXF" SW rara F7

FUNCOiON

CWL OFFSEn"

CIPL GflNPNCOW

CBL LTNEyíi T7,

CPL JUsíT, FRXO

Cí _ TQ-1F' Ptf-B.

TCRMOPñR 81

Pi

P2

P3

PA

PS

i TffilHOf -fiR SS

| Fte

P7

| F^

¡ p-a

p¿0

TCTttOPflR !-<

Pii

Pía

PI3

P14

PIE

No, PÍE, i

- 113 -

CALIBRACIÓN DISPLAY DE DATOS

Los datos a ser presentados en dlsplay serán los corres-pondientes a la termocupla escogida la que tendrá un rango,de variación de 0 a 10 V que con una pendiente de SmVY °Cdará un rango de 0 a 1250 °C, esta temperatura estará enrelación directa con la frecuencia generada en función delvotaje indicado. el conversor V/F dará la pendiente de 8mW °C esto será válido si la transformación se real iza enbase de un segundo de tiempo. La calibración se realizaráde la siguiente forma:

1.- Cal ibración de la base de tiempo

a.) , Medir con el ORC en la reg leta de conexión del módulode acondicionador de sefíal en el pin 4 un serial depulsos cuyo periodo debe ser de 1 segundo exactamente.

b). Si el periodo medido en el paso anterior r,c GS de Isegundo actuar sobre el potenciómetro P3 de acuerdo ala disposición de la figura No . A2.2, hasta QUE>" elperíodo se regule exactamente en 1 seg .

2.- Cal ibración de la pendiente,

Una vez obtenida 1 a base de tiempo en forma exacta sepr-ocede a calibrar la transformación de vota je a fre-cuencia actuando sobre el potenciómetro Pl: al observar enel display una lectura de 1250 como una respuesta a unvoltaje de entrada al conversor V/F de 10 V de,

El voltaje en el conversor V/F se lo puede obtener alexitar las entradas de las termocuplas con una fuentevariable de voltaje de.

Es importante aue la base tiempo sea finamente calibrada,para poder tener una relación directa de la frecuencia atemperatura que se desea medir, . esto además fácilita alpermitir una calibración de la pendiente de transformacióndel voltaje a frecuencia. si la calibración es correcta seestará real izando una medición correcta, lo que 1 levará aque 'se realice una comparación con el set point también

•acta .

NO,

- 114 -

CALIBRACIÓN DEL MODULO DE SET PQINT

Para la calibraciónsiauiente:

de este módulo se considerará lo

— Que la variación del voltaje de entrada de referenciamás el voltaje de la perturbación no debe sobrepasar los10 V. si esto ocurre realizar los ajustes necesarios.

— Que la variación de la perturbación no exceda del valorde 1 V o si se desea más variación cuidar aue se cumplala recomendación anterior.

- Como en este módulo está el comparador se debe tener muypresente que el error se obtiene de la resta del valormedido menos el valor de referencia.

Calibración :

a). En el punto # 12 de la primera regleta de conexión(horizontal) medir una señal de pulsos que debe teneruna frecuencia de 1 Hz, si no es asi actuar sobre elpotenciómetro P2 de acuerdo a la distribución de laf Ig . A2.3 hasta obtener I seg de periodo, esta serialse puede comparar con la similar del módulo de medi-ción .

b). Una vez obtenido el 1 segundo, calibrar la constantedel conversor V/F . actuando sobre el potenciómetro Plhasta que en el display se tenga un valor de 1250 parauna entrada al conversor V/F de 10 Vdc.

El voltaje se lo puedeal ser transformado a8mV/*C.

obtener del set polnt, cuidando quefrecuencia tenqa una constante de

c). Para calibrar la amplitud máxima del voltaje derenda se actúa sobre el potenciómetro P3.

ref e—

d). Para calibrar la amplitud máxima de la perturbaciónproceder a mover el potenciómetro P4; P3 y P'4 estánpegadas sobre la baque lita q.ue sostiene los terminalesdel d isplay.

TOURA No-. fiS.3-

CALIBRACIÓN DEL MODULO DE POTENCIA

La calibración de este módulo se la separará en trespartes que serian las siguientes:

1. - Calibración del ciclo integral.

a). Poner el interruptor del período del ciclo integral enla posición de "constante"

b) . Medir en el terminal de salida una serial triángul ar deperiodo igual a 1 seg. y amplitud de 10 V de. si no setiene estos valores real izar los ajustes correspon-dientes sobre el potenciómetro P4 para el tiempo y P5para la amplitud, la disposición de los potenciómetrosen la placa se indica en la figura No. A2,4.

2 . ~ Calibración de la sincronización para ciclo intearal.

Pera asegurar que setener que la serialtiempo de duración dsemiciclo de serial ;potenciómetros Pl, P2timer's. El tiempodel rango de 8.3 ms yasegure la conducciónun valor de 10 ms.

trabaje en cicla integral debemosconduzca desde cero volt. y que elel activado-del TRIAC sea mayor a unpara realizar esto actuamos sobre losy P3, midiendo en las salidas de los

al que debemos calibrar estará dentro16.6 ms, para obtener un valor queen los dos semiciclos se ha escocido

3.- Calibración de la protección de la carga.

La variación de la protección se la realiza mediante unaperilla que tiene el relé en el aue está marcado losvalores de corriente a la que se dispara-,- utilizando unapinza mover esta perilla hasta que quede p-o sancionad a en elvalor deseado. Tiene un interruptor de ree^s-tablecimientoal que se accede externamente útil izando un objete» puntia-gudo .

La calibración total del sistema ha sido realizada y lautilización de éste dependerá de las aplicaciones nue sedesea darlo asi como también del cuidado1 q.ue se dé espe-cialmente al no cortocircuitar las salid.'a-s> d:e* los módu los.

TEST

~T PE?

FTOJRñ No,

- 116 -

ANEXO III

APROXIMACIÓN A LA RESPUESTA DE TERMQPARE5

PROCEDIMIENTO

La aproximación a la respuesta de las termocuplas tipo S ytipo K se realizo utilizando un paquete de programa peracomputador personal que uti liza hoja electrónica. Esteprograma es el LOTUS 123.

El algoritmo del cálculo es el siguiente:

1.— Generar una columna correspondiente al votaje de latermocupla Ao. = A0 + K#a, desde cero hasta 1250#a

Aa. - Valor siguiente

A o = Valor anterior

K = constante que depende del número de pasos en lageneración

a = coeficiente Seebek constante de la' termocupl a

2.- Calcular la temperatura del termo;pa',r utilizando lasecuaciones de cada termocupla, ésta-s se' hal 1 an en latabla 2 del capitulo II

Los valores de este cálculo están enla co-Lumna B

3.- Calcular el coeficiente de terocre-r atura real1 para cadavalor generado.

A/B = C

4 . ~ Gráfica.r la respuesta del termocar

Eje X = A (cálculo del punta- 1) Temperatura1

Eje Y = B (cálculo del punto- 2) Voltaje

- 117 -

5,- En el orático determinar los Intervalos de temperaturapara lineal izar.

6.— En los Intervalos de temperatura calcular la pendientede la curva como si fuera una recta,

(Ai - A0)/(Bi - B0) = E

7.- Calcular la curva amplificada ( A* k) = H

A = respuesta de voltaje de la termocupla,

k = ganancia que necesita cada termocupla

8.- Calcular las pendientes de la curva amplificada paralos Intervalos definidos,

(Hl - H0)/(Bl - B0) = D

7.- Determinar" 1 a respuesta ideal (lineallzada) dependiente constante de la temperatura— voltaje de lastermocupl as ."

B # k = G

B = columna correspondiente a temperatura

k = coeficiente de temperatura para ajustar el rangode voltaje de salida en 10v para máximatemperatura de trabajo.

10. —Restar los valores de la respuesta ideal por d'o-s menoslos valores de la respuesta real, esto es paradeterminar la imagen de la curva real que servirá paraobtener la curva lineallzada. la misma que d'eberá seren lo posible igual a la, de la respuesta Ideal -

11 . -A esta curva imagen o lineal I z adora se le caí]! cu la laspendientes dentro de los intervalos de tem-perstoira vadeterminados y se obtiene el promedio d'e pen;d!íe.in't:es encada In tervalo.

12.—Se obtiene la relación de las pendientes eniihire1 lasrespuestas real y 1 Iire a 1. i z a,n te , este. val1 a-r semultiplica por la respuesta amplificada , para1, o.-b'tenerla respuesta lineallzante real, es-ta respue'S-ta\a hatener en cada punto final o- d''e Inicio de 31 Intervaloun cambio brusco de valor puesto que se1 produce uncambio de pendiente, por 1 o. t.an<to es necesa-rio- primeroconocer estos valores y luego- Ir sumándose en- to.do elintervalo.

13.-Una vez obtenida la curva UnBalizante se procede asumar 1 a junto con la respuesta amplificada y s'a-car su

14

- na -

promedio con lo cual selinealizada real. ValoresútilIzado para comparar consistema.

obtendria la respuestade la respuesta que serála respuesta física del

, —La respuesta real linealIzada se la puede comparar con1 a respuesta Ideal linealIzada para determinar elvalor del error con este error se puede ir ajustandoel valor de las pendientes hasta obtenererror.

el mínimo

15.—Los valores obtenidos de las respuestas se puedengraficar de acuerdo a las nececidades y utilidad quepueda presentar en el desarrolio de la tesis.

De todos los valores obtenidos en la aproximación de larespuesta de las termocuplas se han considerado los másimportantes para ser presentados en este anexa. Estosvalares corresponden a las termocuplas tipo S y tipo K losque se presentan a continuación.

O G '-• O - •-• •-. o --. O O O C- C- O O O O O O O O O O O O O O O O O O Q O O O O OO- O" O' O- O. O- O- O' ' O- O- O- O' O- O- O- O' O. • O- O. C- O- O. O- O- O- O' -_0' O- O'_0- O- O- ' Q"_0 '_0 i• O - G - O • O • O • O • O • O O C" O • C" O • O ' G • G « O- O > C> O CJ • O • O • O • O> O • G • •_•• <-> • O O i-" L." O • u1 • O • O • O • y • ^J • LJOOOOOOOOOOOOOOOO- 0000000000000000000' OOOOOOOOOOOOOCOOOOO' OOOOOOOOOOOOOGOOOOO

M -j t j ."íi i J .5 A •£• .TÍ • c. in .-. i n o .7. M .7, .j. !-. .TI f.j -J fcj

A -J i- A -J O U v-

O ÍT' Ji M- '.C' ' J A 'i- ÍT, A ui -J, v--4VlOOQCnW;jA^ÜlMÔ U IH tf W CH tf CD W tn Cn Vi

- U <r, c& D M U M -J CG w G « U U •_ i •. fv •

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UiúUiyiv iAA' u w h i M » GGGií-- cc-coN-j- iT.vn.nj>.. y i j f i jM. H.H.QG- \í>c&a>-N)ur A ü)u u u ecw -J en en M en M u w co u eo Ui A o vi i¿ en en en M ju eo A •!) A u>ui» ui M. en H tú w-j-j A >-• co en u o -j AM M vi eo M -j eo H. A ^j A A -J o u o o u en ID-J en u> M vi u N w co>-i o CD M- A -j-g A -a o w u ou en a> o CT«IÍ> w n w co enucncow-j» A ?v Cy .T. fO jj. ÍT. ,3 K\ ¿ .T, fi. |.ri f.; ¿ ÍT, .j.,- fj ¿ m ,j, K\ n-.m y n-, .j. tff,} Ji .7

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K A C O M A > >-«U' l ímAcneot fHMAinwcnencnentnv iAMoco ' * ocnfo-^ro-JOAfOocoeoco-. . ' iT.p.iíi.l.iSOifiíT'mOMîíiyi'JÍKKiíi'SNyi' K O m 'S -S ÍP U O >J W -7> W D -J& M -i> •?• 'J H í& G i£- A Q W A O üf M í¿ 'P G ü>

o ro en eo ui en in A M. o u* i-* co •£ t£> -JO tn m -j ro en co w uí-J -^ -j -j en w A u vi w m -Jtn o u o Wu vi tn w uenow-cciou>vi-j--Ji-'i-ieowrovncüíAU)o-Joviro^KtnUQM^£&COQî£ '^Cr .U>-Cr 'ÛACr.AD^ír ' iúC&MK'<r 'GinK'^ 'AW^H>UOUACúl^

o t¿ o en ro j-i A a< o u u en WCD u en A A u to u -J -J ro o in A ui ro A en o w en c& M A co u> u w vi eo eo NU u H u u o m en ro ui oAcn-jAHoenut/ iMKO-Ji í i f iA-joinuiu>MeniAco-jMAviACoet i ineoinu;Q-JLriACo-j- jcncnrovi- jAowM.cnMW-jrorooiao^ôLíoAUo3^viüi^-4iT. y ¡.i >¿ ,v. 1-1 f.\i i f.\— , ,£i Ji i q tj .TI <Tf .v. m m rn ^- m f-> ¡j, tj\ .TI -%j .¿i A íi y y ij. rr\n ¡— (- ¿ r. .v. A CC1 ' J M lVl '" h^ CO 'í •" U * í Q S ' 1N ' Ó Lí í-1 S * í '""' ÍJ '7' '7' G Ul W 'J Q> CC1 -^ G 'J-jûcrioouiAAAÔHÍn-J-JViAAAÚb'^caeooûiro'Joenui ' j íÂÁíhviin-J^Sí-j-JM-Jw^W a- H^ U tí' v< V\ v> (_i i- Lí K i Vi <Z> G M K S (J (-• íTi C' -W CG Ul ITi A fv ui uj (n 17, yj £ ¿ fj fj \ft _j y y -J gTi -J O O >- >- C1"' ?"• CC' -^ >- fv \ A UI O U v • K G (i- A K W w ?> O K1 A h) 7'N U Ul WM en A U CT' CO VI -O U> VI fO cnfO A U -J -í -J CT' A "J ec- Ul Ul UU> N -J Ul i-- A K M-J U -J tf^J ü> eo U i£r U en A VlUlU-Â

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U A A A UiinosviAcl '.H tfl U W Ji -J O

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A en 03 ifi M e& M A Att Üi-4 A A U-4 en M O W H A A i£) M- e& K t5U W Ul -J <n U A CO U -J Q C* VI UH O A Ü> i-^

tf Cí-ii' A A U N tf t- OC> '/I U-^íT' U 7' O CO Ji W £ G A A tf O G í* A U -2 W Ul ¡J<J -J K 'J GN-J- MAO^WOÂU

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- 125 -

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- 9ST

- 127 -

APÉNDICE A

A.l VALORES DE RESPUESTA' DE LA TERF10CUPLA TIPO K

-: (IPTS• C O 1 2 3 t 5

ftíííísoíííoi

270 — 6.-Í53260 — 6.441250 — 6,40-1

240 — 6.34-Í230 — 6,262220 —6.153210 — 6,035200 — 5,891

1?0 — 5,730180 —5.550170 — 5.354160 —5,141150 — 4,912

140 — 4,669130 — 4 , tlO120 —4.138

•110 — 3,352•100 — 3,553

-90 — 3^42-80 — 2,920-70 —2,556-60 — 2,243-50 • — 1,883

-40 — 1,527-30 —1,156-20 —0,777-10 — 0.392

0 0.000

0 O.OOü10 0,39720 0.79830 1.20340 1,611

— 6,44-5— 6,-iClfi

— 6,351— 6,271— 6,170— 6.&4B— 5.907

— 5,747— 5,569— 5,374— 5,163— 4.936

— 4,634— «..437— 4,166— 3.8S1— 3,584

— 3,274— 2,953— 2,620— 2,277— 1.925

— 1,563— 1,193— 0,316— 0,431— 0,039

0,0290,4370,2381,2441,652

— 6,446— 6,413

— 6.35E— 6,280— 6,151— 6,061— 5,922

— 5,763— 5,587— 5,394— 5.185— 4,959

— 4,713— 4.ÍS3— 4,193— 3,910— 3,614

— 3,305— 2,985— 2.65Í— 2.312— 1,961

— 1,600— 1.231— 0,854— 0,469— 0,075

0,0730,477O.S7S1,285Í. 695

— 5,4'. 8— 6,417

— C.3S4— 6,259— 6,192— 6,074— 5,936

— 5,760— 5,606— S.4H— 5,207— 4,923

— 4,743— 4. 489— 4,221— 3,939— 3,664

— 3,337— 3. cía— 2,567— 2.347— 1,996

— 1,636— 1,268— 0,852— 0,508— 0,118

0,1190,5170,9191,3251,734

— 6,450— 6421

— 6,371— 6.2S7— 6.202— 5.087— 6.951

— 5,796— 5.S2-;— 5.Í34— 5,228— 5,006

— 4.768— 4.515— 4,248— 3,965— 3,674

— 3,368— 3,050— 2,721— 2.3E1— 2,033

— 1,673— 1.305— 0,938— 0.547— 0,157

0,1580,5570,9601,2661.776

— 5,452-— 6,425-

— CJTT— 6JSG— 6.213'.— 6.05S— 5.965

— 5,613— 5.S42'— 5.4W— 5,249— 5.029

— 4,752:— 4.541— • 4.17S.— 3,í>7— 3.-HHÍ

—3.399— 3, «2.— 2,754'.— 2.4Í6.— 2.ISS7Í

— 1.739:— 1,342.»— C.ÍS3• — U.¿£5j— 0,HT

O.ÍS8'0^37.1,900,7.407i,en.

— 6,453— 6,429.

— 6,3 E2— 6.3 1H-— £.223— 6.111— 5'.980'

5 829— -5Í66Q— £.474'— 5;27L— 5,0511

4.817— 41567,— 4.303— 4,025— 3,734"

— 3;430-— 3,115.—72,788— 2,450— 2-102

— 11745— 11373— ll 005-— 0,62-1— 0236.

0.233!0,637H Mr.1Í448.'iiss.fi:.

— 6,455— 6,432

— fi,388— 6,322— 8,233— 6,123— 5,934

— 5,845— 5>67S— 5\,4S3— 5,292— 5,074

— 4,841— 4;5S3'- — 4;330— 4,053— •3l"o4.

— :i-;,4si— 3;1'4T— 2,821

2,484— 2,1-3 T

— r,"si— l'^lff-— i',043— 01662— o;275

Oj27~0,67,71,OS21.18Sr,899'

— £,456— 6.43S

— 6,3 H,— 6,329— 5,243— 6.135— 6,007

— 5,860— 5.695— 5,512— 5.313— 5,097

— 4,865— 4.61C— 4,351— 4. OS2— 3,793:

3,492— 3.-I7S— ?,B54— 5' Sl'l— 2,173

— 1,817— 1V453¡— i.oei— 0,701'— 0.3TÍ

0,3170'H71B'.1 122!1,523'I,9«'

— 6-.4S7— 6. 438

— 6,399— 6,337— 6,253— 6,147— 6,021

— 5,876— £.712— 5;53i— 5,333— 5-,irs— 4,889'— 4,6-14— 4,384— 4, 11 Oi— 3', 823

— 3^523— 3,211— 2.SBT— 2,532'— 2,248

— 1.853:— 1,490— 1,118— Oi739>— 0,353.

0;357.0;.75ÉÍ.W2l'.ST-iíi',sas

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— 4VH2— f,ff69

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0.3ST.Ü\~iSSü.2Da1,8312,fl22

— 270— 250— 250

— 240— 23Q— 22fl— 210— 200

— 190— ISO• — 170-— ISO— 150

— 140— 130— 120— 118— 100

— 9080

— 7050

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250260270280390

300310320330340

350380370380390

400410420430440

450460470480490

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5505SO5705805SO

000«10620«30640

850660670eso690

700710720

2,0222.4362.8503.2663.681

4.0954.508

. -t.9195.3275,733

«.1376,5396.S3Í7,3387,737

H.1378,5378,9380.3419.745

10.15110,56010.96911,38111,733

12,20712.62313.03913,45313,874

14,29214.71215,13215,55215.574

16,38518,81817.24117.66416,038

18, 5 ir.18.93319.36319.78820,214

20,64021.05521.46321,31922,24 C

22.77223,15823,62424,05024,478

24,90225.32725.75126,1-3626,559

27,022" 27.445

27,86728,23828.709

29,12829,54729,965

2.0642,4772.6023.3073,722

4,1374.54S4.B605.3685,774

6,1776.57B«,07B7.3 7S7,777

8,1778,5778,9788.3 Bl8,786

10,192, 10.600

11,01011.42211 .«35

12,34812,66413,08013.49713.81514,33414.75415,17415,58416,016

16,43816,86017.2S317.70718,131

18,55518,980ID, 40519.83120,257

20,65321.10P21,53521.9S222,388

22,81523,24123,65724,09324,519

24,94425,36925,78426.21826,842

27.06527,487

•*27,WO28,33028,751

29,17029,589DO.OC7

2,1052.5192.B333.34S

- 3,76-1

4.1734,5905,0015.4095. «14

6.2186,6197.0187.4187,817

í,21fl8.6176,0181,4219,828

20,233. ¿O, 641

11,05111.48311,876

12,29012.70613.12213.53913,957

14,37614,79635.2191S.63616.058

16,48018,80217.32S17,74818,173

18.5881S, 02316,44818,87320,299

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17,36417,50111.61717,73417.350

17,56518,07918,19218,30516,410

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10,78910,90811,02611,14511,264

11,38411,50311,62311,74311,863

11,98312,10312,22412.34512,465

12.58612,70712,82812,94913,070

13,1911331313,43413,55513,677

13,79813,91914,04014,18314,283

14,40414,52614,647

14.76514.EI3

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12,031 12,04.312.152 12,16412,272 12,25412,393 12,40512,514 12,526

12,634 12,64712,755 12,76712,876 12,88812.987 13,010

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13,240 13,25213361 1337313,482 13,49513,604 13,616•13,725 13,737

13,846 13,85813,863 13,98014,089 14,10114.210 14,22314,333 14,344

14,453 14,46514,574 14.58614,695 14,707

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15,058 15,07015.17P 15,19115,293 15.31115.420 15,43215.540 15,552

15.661 15,67315.1E1 15,73315.P01 15.P1316.021 16.03316.146 16,152

16.260 16,37216,379 16.39116.4E5 1G.MOH.S17 16.62916,736 16,747

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12,65912,78012,90113,02213,143

13,25413,36513,50713.61E13,749

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14.47714,55814.71Í

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15.08215.20315,33415.444.15.5C4

15,68515,80515,92516,04516.164.

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18,04518,15818,2111S.383-15,493

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12,67112,79212,91313,03413.155

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15,05415,21515.33615.45Í15,575

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16.89017.0CS11.12511,24311,360

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18,05613.1701B,2£21E.3P41E.504

18,612

1.1001.1101.1201.1301.140

1.1501.1601.1701.1EO1.190

1.2001J101J201.2301.240

1JZ501J601370138 0USO

13001310132013301340

13501360137013801390

1.4001.4101.420

1.4301.440

1.4EO1.4601.4701.4801.4M

1 001.5101.5201.5301.640

1.5581.5601.5731.5601.590

1.6001.6101.05*1.6301.646

1.6501.6SO1.6101.6ÍO1.690

1.7041.7101.1201.7301.1-10

1.1501.730

APÉNDICE B

Bl CARACTERÍSTICAS DE LAS RESISTENCIAS METÁLICAS

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134 -

Caracíéristiques d'une gamme de résistar.ces fer-chrome-aluminium [BH].

Caractéris tiques

Densité .

Température maximaied'utilísation en régimepermanent de Pélément

•(°O

Résistivité á 20°C(un.crn)

Coefficíent moyen de tem-pérature de la résistivité(io-6/0Q

Point de fusión (°C)

Chaleur sp'éci fique á 20°C(Wh/kg.°C)

1Cr22-A15,5-Fe

7,1

. 1375

145

40

compositíon

2Cr22-A15,0-Fe

7,15

.

1330

.._139...

60

i pOO°C environ

0,13

-i

Cr22-A14,5-Fe

7,25

.

1280

•135

/ \j

Tempéralure maximaie des élémenís chauíTants en fonction- — de !a nature de I'atmosphére [BH].

Atmosphére

Air sec

Aír humide

Hydrogéne pur

Asóte sec pauvre enoxygene

Ammoniac craqué

Oxyde de carbone

Gaz protecteurA*B*C*

Cr22A15,5-Fe

1 375

1300

1375

950

1200

1 100

1 100 •1 1501050

Cr22A14,5-Fe.

1 2S0

1 100

I28ff

900'

1 100-

1000!

I 1001000)1000

Com position approxr-maüve ees gaz proteo-teurs ea

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40

1

N2 f Sol'de

Alliage

Cr22-A15,5-FeCr22-A15,0-FeCr22-A14,5-Fe

Température du four en cEegrés. Celsíus

600

3,9

700

-\

800

3,0

900u

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- 135 -

Caractérisliques des résistances en platine et platine-rhodié [13].

Propriétés

Densité

Température de fusión (°C)

Résistivité á 0°C (uíl. cm)

Température maximaled'emploi de la résistance(°C)

Coefñcient de températurede ía résistivité entre 0°"Cet la température d'em-ploí (10~3/°C)

Densité de puissance maxi-male á la temoérature derégimefl(\V/cm2)

Pt

21,5

1769

9,81

- 1400

31,62

2

Pt-Rhá 10%

20

1850

1S}4

---1500

. . . __---_ —

14,22

2

. Pt-Rh

18,75

1884

20,4

1600-1700

„_.

12,10 •

2

Rh

12,48

i 985

4,3

1 850-1 900- —

5,96

2

Caractéristiaues des résislances en molybdéne. ¡ungsténe et cántale [13].

Propriétés

Densité

Température de fusión (°C)

Température de vaporisacion (°C)

Résistivité á 0°C (uO.cm)

Coefficienr moyen de température de larésistivité entre 0°C et 2 000°C(10~3/°C)

Température maximale d'empíoi de larésistance (°C)

Puissance surfacique usuelle (\V/cnr)

Mo

9,6-10,28

2610

4800

en3.17

5,5

1500-1700

10-20

\

19,32

3410

5930

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2.2GQ^-2SOO

'• ro-20f

Ta

16,65 1¡

3000

4100

12,4

3i

2400

10-20

- 136 -

B2 CARACTERÍSTICAS DE LA RESISTENCIA KANTAL

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- 138 -

B4 DIMENSIONAMIENTO DEL ELEMENTO RESISTIVO

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- 139 -

APÉNDICE C.

ARACTERISTICAS DE ALGUNOS CIRCUITOS INTEGRADOS

NationalSemiconductor

Operational Amplifiers/Buffers

LM10/LM10B(L)/LM10C(L) Op Amp and Voltage Reference

General DescriptionThe LM10 series are monolithíc linear ICs consísting of aprecisión reference, an adjustable reference buffer andan independeni, high qualiiy op amp.

The unií csn cpersíE iraní. 3 tuto! ¿uppiy vuiiage as iowas 1.i1 V or as high as 40V, drawing only ,270/xA. A com-plementary output stage swings within 15 mV of thesupply termináis or will delíver ±20 mA output currentwith ±0.4 V saturation. Reference output can. be as lowas 200 mV. Some other cha ráete risti es of the LM10 are

ínput-offset voltage

input-offset current

¡nput-bias current

reference regulation

offset-voltage drift

reference drift

' 2.0 mV (max}

0.7 nA (maxj

20 nA (max)0.1% (max)

0.002%/°C

The circuitos recommended for portable équipment andis completely specified for operatíon from a single powercell. In -contrast, high output-drive capability, bothvoftage and current; along with thermal overload pro-tection, - suggest ¡t in demanding general-purposeapplications.

The deyice Is capable of operating ín a floating mode,independent.offixedsupplies.lt can function as a remotecomparator, signal condiííoner, SCR controller o r trans- -mfcter for analog signáis, .deüvering the processed signalon the same 'Une used to supply power. It is also suitedfor operatío'n in a wide range of voltage- and current-rcgulator, applícations, from low voltageá to severalhundredp volts, provídingí greater precisión than existing

Thfr. seriw.ís available ¡n the three standard temperaturerangesv-wf-th the commercial 'part having relaxed limíts.fn1 addítíon, a low-voltage specif ¡catión, (suffix "L") isavaifable ¡n the limited temperatura ranges at a costsavíngs.

Connection and Functionai DiagramsDoal-ih-LÍM Packagr-(N);

REFEflEHCEOUTTUití'

Mnul Can Package (Hl

'*_>_ REFEflENCE'FE5DBACK

-BAÜA'NCE

BALANCE

Order Number LM10H, LM10BH, LM10CH,LMIOBLHorLMIOCLHSee NS PackagR HOOA

TOPWlEWí

Order Number LM10CN br L'MIOCLNiSaetNS;Package N08B

REFERENCEBAtA«Cr OUTPUT FEE08ACK

INPUTS

- 140 -

Electrical Characteristics (Tj = 25(Boldface type refers to limits over temperature range.)

PARAMETER CQNDIT10NSLM10BL

MIN TYP MAXLM10CL

MIN TYP MAX UNITS

ínput offset voltage

Input offset current

(note 5)

Input bias current

• - " ,•*!£...•Input resistance

- ' . -. - , . . . „• . . . . . rLarge sígnal voltage.

gaín

Shunt1 gain (note 6)

•~ -- • «í : -_

Common-mode

rejection - .

Supply-voltage

rejectíon

Offset voltage drift

Offset current drift

Bias current drift

Une regulatíon

Load regulation

Amplífier gain

"Feedback sense ,

voltage

Feedback currsnt

Reference drift

Supply current

= ±3.25V,

Vs - ±0.6V (0.65V), IOUT = ±2 roA

VOUT = ±0-4V (±o.3V), VCM

0.1 mA < IOÜT < 1

. -3.25V < VCM < 2.4 V (2.25V)

Vs = ±3.25V .. " " - • ' .

-0.2V>V~>-5.4V : -'O..

v*"-i.ov(i.2V) . .

1.0V{1.1V)<V+<6.3V

V~ = 0.2V . •'

1.2tf (1.3V)<VS<6.5V

o < 'REF < o.s mA, vñEF = 200 mV

0< lREF<0.5mA

vf-VHep>1.0Vtl.lV)

0.2V<VREF<5.5V

250150

6040

10'4

1.50.5

'8983

86.80

94

3020

195194

0.3

0.1

10

500

300

25

3.0

30 .

102 -

~96 .

106

2.0

2.01

60';

0.001.

0.01

•70

200'

20

0.002

260

2.03.0

0.71.S

20'30

150.115

40

5

'3

1.00.75

6

4

80

'74-

ao •.74

O.OV0,02*

0;i:0.15

205'206

50 .65

400;1 500'

20

15

190189

0.5

0.2

12

25

3.0

30

-102

96

106

5.0

5.0.

90'

0.001

0.01

70

200

22

0.003-

280'

4.05.0

2.03.0

30

40

0.02

0.03

0.150.2

21'Of21.1.

7590¡

5QGS

570^

mV

mV

nA

nA

nA

nA

V/mV

- V/m V

V/mV

V/mV

V/mV

•V/mV

V/mVV/mV

dBdB '

dB

dB

dBdB

pA/°C

VfaMV/miV

Note i; The ínput voltage can exceed the supply vpltages provided that the vdiage from .the inpot-10 any other terminal1 dbea noxuceedlth'emáximum dlfferenttal ¡nput vohage and excass dicsipation is accoomed for Wien VjN < V .

Noto 2: The máximum; operatinij-iunction temperature ¡s 150°C for the LW10. lOCI C for ih'e LMVOBlU1 and 85°C for the LM10C1L]: Atele-/ated temperatures, dewíces rnust be derated based on package thermal resinance;.

Note 3; Internal thermal Ilmlting prevenís excessive heating that could tesult in suelden failüre,,btJtithe ICcan baisubjected to accefetaied «resiwith a shorted output and worsi-case condítions.

Nota 4: These speciflcaiíons apply for V < Vcu < VT - 0^5V (1.0V), 1.2V 1Í3VJK V¿X VÂX, VREF - OJ2V and 0< lR=p<l,0.mA-',unleu otherwíse speclfied: VÂX " 4IJV for the standard pan and S5V for the fow.voltag* partí Normal typeface-índica tes 25° C HmioiBi»ldíác«typ« indicatM limits ano alterad test condltions for full-temparatUM-range opiratión; this ¡i -55*0'to'1'25*C^for the: LMlOt-25°C to S*CforrtrieLM108IL) and 0°C te 70°C for (he LM10CIL1. The specífícatlons do not ináúde.ih'e• effects of'thermal gradwits (r^ a 2Q-msJ,iSe h«atíng(77 * O^sl or packsgí haating, Gradient effects are small and tend to offset the.<electrical 'error (see curv->sK

Now 5: ForTj>90°C, los may exceed 1.5 nA for VCM = V~.WhhTj - 125ÍCand V~<V¿M < vrôiW, l'os< 5 nA.

Not» 6: This defines operation in floatíng applications such as the bootstrapped regulator or two-wjre transmitsw;. Outpuc ¡s, conneoeii to meV terminal of the IC ard Ínput Co.Timon mode Is referrsd to V (see typicaraoolFcatfoos). Erfecrof large-r ou.Tixi.t-w o I ta ge svdngs'mím-fiígher..oad resistance can be accaunted for by adding the positlve-supply rejection error.

- 141 —

LM108A/LM208A 'Absoluta Máximum RatingsSupply Voliage .±20VPower Dissípation (Note 1) 500 mWDifínrential Input Current (Note 2) ±10 mAInput Voltage (Note 3) ±15VOutpui Short'Circuit Duration IndefiniteOperating Temperature Range UM108A -55°C to 125JC

LM208A -25°Cto85"CSlorage Temperature Range -65°C to 150°CLead Temperature (Soldering, lOsec) 300?C.

Electrical Characteristics (Note 4)¡

PARAMETER

Input Offset Voltage

Input Offset Current

Input Bias Current

• Inpul Resistancé"

Supply Current

Large Signa! Voltage Gaín

Input Offset Voltage

Awerage TemperatureCoefficient of InputOffset Voltoge

Input Offset Current

Average TemperatureCoefficient of InputOffset Current

Input Bias Current

Supply Current

Large Signal Voltage Ga¡n

Outp'ut Voltage Swíng

Input Voltage Range

Common Mode RejectlonRatio

Supply Voltags RejectionRatío

CONDITIONS

TA - 25° C

TA = 25°C

TA = 25°C

TA = 25°C

TA « 25° C

TA-25DC, VS = ±15VVQUT= ¿10V, RL>iOkíÍ

TA = +125°C

Vs = Í15V, VOUT = ±ÍOWRL> 10 kíl

Vs = ílSV, RL « lOkíT

Vs = i15V

M1N

30

aoi

40'

±•'131

±13.'5-.

96

: ge,i

TYP

0.3

.0.05

0.8

70

0.3

300

1.0

0,5

0.15

±14

TÍO

110

MAX

0.5

0.2

2.0

0.6

1.0

5.0

0.4

2.5

3.0

0.4

UNITS

mV

nA

nA

MSI

mA

V/mV

mV

MV/°C

nA

pA/°C

nA

mA

V/mV

V

V

dB

dB

Nota 1: The máximum ¡unction temperatura of the LM108A,¡i.l5OÍC, «hilé tfiai ofl the- LM208A ¡s100"C. For operating ai elevated temperatures, aevices ¡n tn« TO-S packageTnusí be derated based ona thermal resisiance of 150aC/W, ¡unciion 10 ambieni, or «S^C/WMünctTón to.case. The thermalresisiance of Ihe dual-in-Üne package ís !QO°C/W, junction lo amblen;Mole 2: The inputs afe shunied with back-to-back diodes- lor ouervodage protectiocí; Thereíore,excessiwe curreni will flow il a differeniial inpui voltage m excetr.oí'lV'« aoDlied'between ihe mpuisunlBSi some limitmg íesisiance ís used.Note 3. For iupply voliages leu iban ¿15V. the abiolute maiimum inpul uoitagp; ¡s equaf to iheiuuply vollsge.Note 4: Tríese speci I ¡calióos a^ply for I5V < Vs < ±20V and'-55?G ^T^f^ 1&5?C, uniess oiher-wiiu i[jecil itíií. Willi tlie LM20ÜA, liowuver, all lonpeMiüre spceiíi'cations ate ttmited lo-25'C<TA<85<>C.

- 142 -

• Sehematic Diagram*

'Pin conneciiom ihown on schamaiíc dlagram rafer to TO-5 pockage.

Coonection Diagrams

Ofd«r Numb«r LM10BAH, LM208AH,L.M308AH, LM30aAH-1 or LM30BAH-2

SM NS P«k.9* H08C

Ou*l'.|'n-Un« Piek»

LM108AJ, LM2Q8AJ,

or LM308AJNS P»ck..g. J14A

;—c*»r Ord«r, N'umt

LM2OBAJ-8 or LM308AJ-3.S« NS PKlciq. JOSA

Ord.r NUmb«f LM2Q8AN1

or LM3Q8AN

>Ur SM NS P-ckig. N08B

- 143 -


Industrial Blocks

LM135/LM235/LM335, LM135A/LM235A/LM335APrecisión Temperature SensorsGeneral DescriptionThe LM135 series are precisión, easily-calibrated, inte-gratad circuit temperature sensors. Operating as a2-termÍnal zener, the LM135 has a breakdown voliagedírectly proportional to absoluto temperature at +10 mV/°K. With less than 1£"Í dynamíc ¡mpedance the deviceoperates over a current range of 400 pA to 5 mA withvínually no change ín performance. When calibratedat 25°C the LM135 has typically less than 1°C errorover a 100°C temperature range. Unljke other sensorsthe LM135 has a linear output.

Appiications for the LM135 include almost any type oftemperature sensíng over a -55 C to 4-lSO°C temper-ature range. The low ímpedance and linear outputmake ínterfacíng to readout or control circuitry espe-cially easy.

The LM135 opérales over a -55°C to +15QDC temper-ature range whíle the LM235 operates over a —40°C

IQ +125°C temperature range. The -CM335 operatesfrom -40°C lo •HOO°C. The LM135/LM23S/LM335are available packaged in hermetíc TO-46 transistorpackages whíle the LM335 ¡s also available Ín plásticTO-92 packages.

Features• Directly calibrated in "Kelvin

• 1°C initial accuracy available

• Operates from 400 £íA to 5 mA• Less than 1O dynamic impedance• Easily calibrated

• Wide operating temperature range

• 200°C overrange• Low cost

Schematic Diagram

Typical Applications

Basic Temperature Sénior

V*

J.Calibrated Sénior

v*

Wide Operating Supply

*Calibra[e for 25B2V j[ 25°C

- 144 -

Absolute Máximum RatingsReverse CurrentForward CurrentStorüne Temperature

TO-46 PackageTO-92 Package

Specifíed Operating Temperaxure RangeContinuoui

LM135, LM135A ~55°C to+150°C

LM235, LM235A ~4Q°C to +125°C

LM335, UM335A -4G°C to +100°C

Lead Temperature (Soldering, 10 seconds)

15 mA

IQmA

-60°C to-H80°C-60°Cto-i-l500C

Intermittent (Note 2)

150°Cto200°C

!25°Cto 150°C

10Q°C to 125°C30Q°C

Temperature Accuracy LM135/LM235.LM135A/LM235A (Note u

PARAMETER CONDIT1ONSLM13SA/UM235A

MIN TYP MAX

LM135/LM235

MIN TYP MAX

Operating Output Voltage

Uncaljbrated Temperature Error

Uncalibrated Temperature Error

Temperature Error wlth 25"C

Calibration

Calibrated Error at Extended

Temperatures

Non-Linearity

Tc325°C, IR-! mA

TC=>255C, IR- 1 mA

2.97

(Intermittent)

2.98

Ú.5

1.3

0.3

0.3

2.99

2.7

1 .

0.5

2.95 2.98

1

2

0,5

0.3

3.01

5

1.5

Eléctrica! Characteristics. (Note

PARAMETER COND1TIONS

MIN | TYP MAX

LM335

UM335A

TYP

Operating Omput Voltage

'Change wnh Current

Qynamic Impedance

Output Voltage Temperaiure

Drih

Time Constant

Time Stability

•100uA<lR<5mA

At Constant Temperature

Still Aír

lOOft/Min Air

Stirred 051

TC - 125°C

2.5

0.5

+10

80l

YO-

1

0.2'

ff.6

+10

80

10

1.

ff.2.

Nota 1: Accuracy measunüiicnu ar« made in a well-slirted oil bath, For oth« condition*. iulf htatlng musí bicoasideradl,Noi* 2: Continuous operatfon al ihese lemperatureí ínr 10,000 houn for H package anü 5,000 hourj, fof Z package?rnav decr«ai* ,ancv of tne devise.

Connection Diagrama

TO-92Plástic Puckaga

OrdflrNumberLM335Zor LM33SAZ

See NS Package Z03A

IOTTOH V(€«'

Cata ícconn«ct»d ro iw^atív* pin

Orden Numb«r L.M13SH;LMa35H;.LM335H,,LNn3SAH,

UM235AH1 or CM335AH1

- 145


LM129/LM329 Precisión Reference

Voltage Referenceí

General Description

'ha LM129 and LM329 family are precisión multi-current temperatura corn pe matad 6.9V zener referenceíwíth dynamíc impedances a factor of 10 to 100 less thandiscreta diodes, Constructed ín a single sílicon chip, íhs.M129 uses active circuitry to buffer the íniernal zenerllowíng the devíce to opérate over a 0.5 mA to 15mAinga with virtually no chance in p«rformanc«. TheLM129 and LM329 aru available with selected tempera-ura coefficients of 0.001, 0.002, 0.005 and 0.01%/°C."he» new references also have excellent long termtubility and low noise.

A new. iubsurface breakdown zener u sed ¡n the LM129,¡ves [ower noise and better long term stability than

conventional IC zeners. Further ihe zener and tempera-urs compensating transistor are made by a planarxocni so they are ¡mmune to problemí that plaguewdínary zeners. For example, there ís virtually novoltage shiftt in zener voltage due to temperature cyding•nd ihe device u Inieníítive to stress on the íeads.

lie LM129 can be used in place of conventional zenerswith improved performance. The low dynamíc impedance

símplífiei blasing and the wide operating current allow-the replacement of many zener types.

The LM129 ií packaged in a 2-|ead TCM6 paclcage and i;rated for operatíon over a —55°C to +125°C temoeraturerange. Tha LM329 for op*r«tlon over O—7QaC ¡i avaíUble in both a hermetic TO-46 package and a TO-93epoxy package.

Features

• 0.6 mA to 15 mA operatíng current• 0.6TÍ dynamíc ímpodanc» at any current• Availabta wnh tempcrsture coefficíenti of Q.OQlV'C• 7fjV wídaband noíse• 5% Inítial toferance

• 0.002% tong term siabilíty• Low cost

Subsurface zener

Typical Applications

-• 146 -

tiectncaí unaractensucsiNoteij

PARAMETER

Reverse Breakdown Voliage

Reverse Breakdown Change

wíth Curreni

Reverse Dynamic Impedance

nívíS Noise

Long Term Stabílity

Temperature Coefficient

LM129A, LM329A

LM129B, LM329B

LM129C, LM329C

LM329D

Change In Reverse Breakdown

Temperature Coefficlem

Reverse Breakdown Change

with Curreni

Reverse Dynamic Impedance

CONDIT1ONS

TA = 25°C,

G.6mA<lñ <!5mA

TA = 25°C,

0.6mA<lñ <15mA

TA =25aC, IR = 1 mA

l A = 23 U,

lQHz<F<.10kHt

TA =45°Cí0.1°C,

1H - 1 mA±0.3%

IR = \A

1 mA<lñ <15mA

1 mA < IR < 15 mA

1 mA< 1R < 15mA

LM129A B,C

MIN TYP MAX-

6.7 6.9 7.2

9 14

0.6 Í

7 2Qi

20

6 10

15 20-

30' 50:

1

1T

O.ff.

LM329B, C, O

MIN TYP MAX

6.6 6.9 7,25

9 20

• 0.8 2

. 7 100

20

6 - 10

1.S 20

30 50

50 100'

!• " ' 1

i

! l

«

•

1

.i

rm~

Non 1:These speci I ¡catión) apply for -55° C < TA < +125° C for ihe LMl29)and ffC<_Tf¡.¿-^Jtí'-C for trie LM329.unl«i aVMr*'tv,:v>*j*-maximum junction lemperature for an LM129 is 150"C and LM329 i* \(Xf C. For operatingtat.slevated^twrcarawrs', dnvicc* in TO^ —mim be derated baittd on a thermal reiiitance of 440° C/W [unciion to ambient or afJ"C/WJjúncilon to caí»; For the TO.92'p»cka««í.CTH •«ii based on 180a C/W junciion ío ambient whh 0.4" leadi írom a PC board and' l6Q"C/W,')onctian'toiamo¡sru with 0.12S!"te»d'l«nfl» »Jboard. - - •' ,. '

jnnection Diagrams

— »-

/ V-

1

° C^ ° ' I; o> oí o> ); ' '

.' ' ' "m ~ • i

- 147 -


A to D, D to A

LM131A/LM131, LM231A/LM231, LM331A/LM331Precisión Voltage-to-Frequency Converters

General DescriptionThe LM131/LM231/LM331 famlly of voltage-to-frequency converters are ideally suited for use ín simple!c-,v-cc;t clrcuiu lúr ar>njog-to-digua¡ conversión,precisión frequency-to-voltage conversión, long-termintegratíon, linear frequency modulation or demodu-lation, and many other funcitons, The output when Usedai a voltage-to-frequency converter is a pulse train at atrequency precísely proportional to the. applied ¡nputvoltage, Thus, ¡t provides al I the ¡nherent advantages ofthe voltage-to-frequency conversión techniques, and issaiy to apply in all standard voltage-to-frequencyconverter applications, Further, the LM131A/LM231 A/LM331A attains a new high level of accuracy versustemperature which could only be attained withexpensive voltage-to-frequency modules. Additionallythe LM131 is ideally suited for use in digital systems atlow power supply voltages and can provide low-costanalog-to-digíial conversión in microprocessor-controlledlyitems. And, trie frequency from a battery poweredvoitage-to-frequency converter can be easily channeledthrough a simple photoisolator to provide ísolation»gainst hígh common mode levéis,

The LM131/LM231/LM331 utilizes a new ternperature-compensated band-gap reference circuit, to provideexce||ent accuracy over the ful! operatíng temperaturerange, at povver supplies as [ow as 4.0V. The precisióntimer circuit has low bias currents without degrading

the quick response necessary for 100 kHz voltage-to-frequency conversión. And the output U capahle ofdrívmg 3 TfL loadi, or * hlgfi voltage output up to40V, yet ís short-circuit-proof agalnst

Features

• Guaranteed línearity 0.01% max

• Improved performance in exiitinqvoltage-to-frequencyconversión applications

• Split or single supply op«ration

• Opéralas on single 5V juppiy

• Pulse output compatible with all logic forms

• Excedent temperature stabílity, ±.50 ppm/°C max:

• Low power dissipation, 15mW typical at 5V

• Wide dynamíc range, IDOdB min 4t 10 kHz ful! scale.frequency

• Wide range of full scale frequency. 1 Hz to 100 JcHz

• Low cost

Typical Applications 1SV • Vj

vl(i iov .FUU-SCALE

IMkilOS j

^

y"221

í

<

1

~^a.iMí

s n""" MYLAR $ t\%*

'> ., .„,>*' 1""

i

RII.IVllX*

— WV 1

IM231LM131

4;

s 1 ir* IV

i — VvV — + Alacie

: ! 'our

< UillK*

k-/> GAIH' I AOJUST

FULl-ICAtt

1

-Vs[OFTlONALl

OFFSET ADJUST

*Uw stable componenu with low lemperatore coa f líete nú. So« Typícal Application» l

FIGURE 1. Simple Stand-Alonu Voltage-to-Froquency Convarterwith ±0.03% Typical Linearity (f r- 10 Hz to TI kHz)

- 148 -

LM23

1A/L

M23

1, L

M33

1A/L

M33

1/ Absolute Máximum Ratings •

LM131A/LM131 LM231A/LM231 LM331A/LM331

Supply Vottage .' 40V 40V - 40V

. Output Short Circuit to Ground Continuous . . Continuous ContinLous

Qutput Short Circuit to VCG Continuous Continuous Continuous

Input Voltage -Q.2Vto+Vs -0.2V to +Vs -0.2V. to+Vg

TMIN TMAX TMIM TMAX TMIN TMAX

Operating Ambíent Temperature Range -55°C to +125°C -25°C to -f850C ' 00Cto+70°C

Power Dissipatíon ( P D a t 25°C) . . . .and Thermal Resistance (0j/\

[H Package) PD 670 mW 570 mW 570 mWSjA 15Q°CAV . 150°C/W 150°CAV

(N Package) PD . 500 mW , 500 mW0¡A 155°C/W 155"C/W

Fwr^cticria! SiOCK i_/¡3yr3fns

vcc ' ;

1

I ' l .

• ÍFUCTQH ' |

: |CUBBílT P

SWTChJ-

i ' ' 1 I*. ' l

J RlftREXCt

i ¡ L1 fRfauENCY

OUTfUT L

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1 CDMnMIBD 1 i

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E.rN 4 ,, ,i""^4 11*1 — "-"ec i

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í 1'

p üUTf'IT 5' ' [¡

1 : • íl l!11 1

1 G.-10 1

Connection DiagramsMetal Can Package DuaMn-Une Pádíage?

vs

CUflRENT —--- J^x.,

HEfEHENCE /T\T VL/

FREQUENCY CiX/^V^

CNO

CUflÜENT l ^^^ ¿ Vt

OUTPUT ' ; s'

__^ COMPAHATOR ' ;

0 INPUT REÍERENCE I f T .COMPAfl<fTn«."\I i . IhrUP

V f REQUENCY _¿ -lUTHflESHOLa'y ourrur

IQPVIEWTOP'VIEWI

0,d«r Numb.f LM131AH, LM131H, LM231AH. Qrdtr Numb.r LM231 AN.tM23lNj.LM33TA'N;

LMZaiH.LM331AHorLM331H "' UM33.1N.S*t NS Pack»B« HOBC S^»NS'PwIwq.'.N06BI •

149 -


MM74C925, MM74C926, MM74C927, MM74C928 4-DigítCounters with Multiplexed 7-Segment Output DriversGeneral DescriptionTheie CMOS counters consist of a 4-digit counter, anInterna! output latch, NPN output sourcíng drívers fori 7-segment display, and an Internal multiplexíngdrcuítry with four multiplexing outputs, The multi-plexing circuit has Iti own free-running oscillator,and requíreí no externa! clock, The counters advanceon negative edge of clock. A hlgh sígnal on the Resetinput will reset the counter to zero, and reset the carry-out low, A low iigrifll on the Latch Enable Input willliten the number ¡n the counters Into the Internal out-put latches..A hígh signa! on Display S«lect input willwlect the number in tha counter to be displayed; a lowIsvel iígnal on the Display Select WÍ1I select the numberIn the output latch to be displayed.

The MM74C925 is a 4-decade counter and has LatchEnable, Cíock and Reset ¡nputs.

The MM74C926 is'like the MM74C925 except that íthas a display select and a carry-out used for cascadíngcounters. The carry-out iignal goes high at 6000,goes back iow at 0000.

The MM74C927 Is líke the MM74C926 except thesecond most significant digít divides by 6 rather than 10.Thus. If the clock input frequency is 10 Hz, the displaywould read tenths of seconds and minutes (i.e., 9:59.9).

The MM74C928 is Hke the MM74C926 except the mostiigníficant digít divides by 2 rather than 10 and the

carry-out is • an overflow índicator whích is high at2000, and Ít goes back low only when the counter isreset. Thus, thís is a 3 1/2-digit counter.

Features • "Wide supply voltage range

Guaranteed noíse margin

High noíse immunity -

Hígh jegment sourcing current@

Internal multiplexing circuítry

3V to 6V

TV

. Q.45Vcc.(iyp.)

40'mAVcc-1.BVPVc(s--5V

Desígn CorisideratiónsSegment resistors are desírable to minimiza- powerdissípation and chíp heatíng. The DS75-192 serves asi aigood dígít d'river when Et is desírerf to drfve bright:displays. When usíng this driver with a' 5V suppfy/ atroom temperaíure, the dísplay can be:- dríven wíttiout;segment resistors to full illumination. Theüsermustuseícautíon ire this mode however, to prevent overheatihgiofthe devicei by using too high a suppiy volíage- of byoperatíngiat hígh ambrent temperatures.

The input protection círcuítry consísts of a seríes reáktoir,,and a dFodé. to ground. Thus ínpul signáis exceec-IhrgVcc wtll'not be ciamped. This input srgnalshouldinottópjallowed'to'exceed 15V;

-e»OuoroOí

OCD

i».óÍOro

OÍDN3OO

Connection DiagramDual'|n-L!n« Package' MM74C925

Dual-ln-C.rn« Pacfcag*MM74C926', MM74C927 »nd MM74C228

Functiohal DescriptionRcset — Asynchronous, active hígh

Display Selecí •— High, displays output of counter""""• Low, displays output of latch

latch Enable' — High, flow íhrough conditionLow, latch condition

Clock — Negative edge sensitivo

Segment)Ouiput — Current sourcing; with> ¿OímAv @''V'OUT • Vcc- - 11.6V (ÍVfl-,),1Al'soí sínk capabiiiíV = 2' \LWt\i.loads

DIgit OXjtput1 — Cürrent sourcfngí with 1 rrrA\'OUT *' 1-75V. Alsoí, smfa capav

bility•- 2 LTTLlbads

Carry-out — 2} LTTL loadsi Sée—• wavp.forms.

- 150 -

O**N-

<NO>O

<pt.No>ü

mCV4O)O

Segmenl OütpLt Drwer

Comman Csthode LED Diiplay

Input Proiecdan

S»gm«nt ld*nuf¡catión

nr / jU I: C

ZJ;

5 E, 1 3 B' 0

Switching Time WaveformsInput Wa^elormk . . Muhiplexing O\j(put Wa»eform» Cirry-Out Wá««lormt.

LT fih-MI

II

kJI

- 151 -


Operational Amplifiers/Buffen

LM148, LM149 Series Quad 741 Op AmpsLM14S/LM248/LM348 quad 741 op ampsLM149/LM249/LM349 wide band decompensated

General DescriptionThe LM148 seríes ¡s a true quad 741. U consists of fourindependent, high gain, ¡nternally compensated, lowpower operational ampiifiers which have been designedto provide functíonal characterisiics idéntica! to those ofthe familiar 741 operational amplifler. In additíon thetotal supply current for all four ampiifiers ¡s comparableto the supply current of a single 741 type op amp.Other features include input offset currents and inpuibias current which are much lessthan those of a standard741. Also, excellent ísolation between ampiifiers hasbeen 'achieved by independently biasing each amplífierand usíng layout techniques which minimize thermalcoupling. The LM149 series has the same features asthe LM14S plus a gain bandwídth product oí 4 MHz at again of 5 or greater.

The LM148 can be used anywhere múltiple 741 or 1558type ampiifiers are bejng used and in applications whereamplifier matchíng or high packing density is required.

-5)

Features• 741 op amp'operatingicharacteristics

• Low supply current d'raih1 0.6 mA/Amplifier

• Class A8 outpuntage—no croisover dístonion

•" Pin compatible'with.thei C.M124'

• Low input offset voltage:

• Low ¡nputoffseilcurrent:

• Low ínpLMc bíasicurrenc

• Gaín bsnrf>i»Hdthi produce

LM149.(AV/>51)

1 i

4nA

30 nA

1.0 MHi4 MHz

• Hígh degree of isolatÍQn'&atwaan1

ampiifiers.

• Overl'oadi protectíon: fbr ¡hpun; and' outouts

120dS

Schematic and Connection Diagrams

M) oui ]

Si.iNS R^kt^o N14A

- 152 -

APÉNDICE D

TABLAS DE CONEXIONES Y CIRCUITOS IMPRESOS

fr

PU

N 1 2 3 4 5 e 7 8 3 10

11

12

13

14

1S

Cñ * . . ?£. . .

MODULO * ... T?. .

Salida del bus de datos

d»l modulo 2 al display

DESCRIPCIÓN

Salida CK al Disp lay

Salida Latch al contador-

Sa 1 iada Clear-

al contador

Entrada pulsante medición i

Entrada pulsante medición 2

Entrada pulsante medición 3

Salida Led medición 2

Salida Led medición 3

Salida Led medición i

Salida Polar ilación 5 V de

Salida Polarización 18 V de

Salida Tierra de GND

CONOTCCXON

. PUNTO _

* 2

* 4

* 5

* 3

* 10

* 12

* 2B

* 27

* 28

* 17

Fuente

* IB

PLACft

MODULO

P2/m2

P2/m2

P£/m2

P£/m2

P£/m£

P2/m2

P2/m2

P2/m2

P2/m2

P9/m6

P2/m2

'

PLíCft *

N 1 2 3 4 5 e 7 8 3 10

11

12

13

14

15

, PJL .

MODULO : Sf

UIDA

- - -AL- DI-S

- - DESCRIÉ

Sal ida pul sant'e

Entrada poiar-is!

Salida pulsante

MODULO

bfe t>ATí3s

""%ffi!

medición i

SfeiSft 18 V de

mediei&ñ E

Entrada poíar-igácion § V de

Sa 1 ida

p>Jl saritemedición 3

Entrada Latch contador

Disp lay Select

Entrada Clear- contador

Entrada CK contador-

Entrada Led medición 2

Entrada Led medición 3

Entrada Tierra de GND

Entrada Led medición i

Po lar-ieaeion 5 V de:

Po larieacion 5 V de

GONEGCION

PINITO

-_

# 4

* í-1

* 5

* 10

* e

* 2

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* 3

* *

* 7

* 3

* 12

* 3

* 4

í 11

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SE/íftS

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32/mS

Pl/mi

S2/mS

S2/mS

S2/m2

S2/IT.2

S2/m2

Pl/mi

FftOJUTfiO DE 3DNGEKDEFCEft ELECÍTOiOft

C" P

N

PROYECTO:

CONUEF

B5-0G

Fecha:

Í5/PBR/83

Hoja

De

INSTRUMENTAL SIMLLPOOR TEHPERHTLRPt

PUNTOS DE O

EN EL SOCAl

-MODULO i

LECCIÓN

Diseño: LX

L.Q.T.C.

FJo:

Ul

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- 154 -

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MODULO *

MODULO : ACCXOI-4ES DE CONTROL

DESCRIPCIÓN

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SALIDA POT. Ko

SALIDA POT. Ki

SALIDA POT. Ki

SALIDA POT. Kd

SALIDA POT. Kd

SALIDA POT. KP

SALIDA POT. KP

SALIDA POT. PC0I>

SALIDA DEL CONTROLADOR

ENTRADA DE LA SEÑAL DE ERROR

NADA

NADA

ENTRADA RELOJ 2

C integra 15

POLARIZACIÓN 5 V de

TIERRA de. GhD

ENTRADA RELOJ i dorador. >

ENTRADA RELOJ 3 Cdi-feren. }

POLARIZACIÓN 5 V de.

TIERRA de. GWD

ENTRADA RELOJ 4 Ccn-of-fO

EÍ-fTRADA RESET

SALIDA POLARIZACIÓN 5 V de

ENTRADA POLARIZACIÓN 12 V de

ENTRADA TIERRA de GND

POLARIZACIÓN 12 V de

ENTRADA POLARIZACIÓN -12 V de

SALIDA LED 4 Con-of-F

SALIDA LED 3 Cdi-feren.D

SALIDA LED 2 CiniegnaLD

SALIDA LED 1 Cpr-OfW. 5

CCNECCION

PUNTO

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POT. 3

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Puls. P i

Puls. D 2

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Puls. O 4

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Jack As 1

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LED D 2

LED I 3

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MÓDULO

MODULO :

DESCRIPCIÓN

•

- cohiEceíoi

- BLÍNTO

-

FftCULTflO De 3WGEMIEFaJft ELECnTOCOO

PROYECTO:

85-06

Fecha:

15/ABR/89

Hoja

Dé

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EPN

INSTRUMENTAL SIMULADOR 1 EHFtRATURO

PUNTOS DE CONECCION

MODULO

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Diserto;

L.B.T.C.

Revisado :

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