Práctica 2 - Termopar

7/23/2019 Práctica 2 - Termopar

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Prácticas de Automática IndustrialGrado en Ingeniería Química

Práctica 2

CONSTRUCCIÓN DE UN TERMÓMETRO EMPLEANDO COMO SENSORUN TERMOPAR

o Campo de medida: 0 ºC ÷ 100 ºCo Sensor: Termopar Tipo J; amplificador: AD594A; sistema de adquisición de

datos bajo control de LabView.o

Usaremos como temperatura “exacta” del medio la proporcionada por otro

termómetro que usa como sensor una Pt100. (Termómetro testigo)

OBJETIVO: Caracterizar el termómetro, determinar los errores cometidos en la medida

de temperaturasFUNDAMENTO TEÓRICO:

Medir temperaturas con un termopar implica compensar la temperatura de la “unión

fría”. El amplificador AD594 realiza esa función para un termopar tipo J y

temperaturas de la unión fría (T f ) entre 0 y 50 ºC. Para ello emplea un sensor de Siimplementado en el propio chip para medir T f y genera la correspondiente tensiónde compensación.

Además de compensar la temperatura de la unión fría, el circuito amplifica la

respuesta del termopar, de forma que la tensión de salida del amplificador presentauna sensibilidad de 10 mV/ºC y una tensión de salida de 250 mV para T c = 25ºC. Larespuesta del amplificador, con la nomenclatura empleada por el fabricante en sushojas de características, es

Adaptándola a la nomenclatura usada en las transparencias, obtenemos

siendo G la ganancia del amplificador (G = 193,4) y V os una tensión de offset (V os =16 µV). La ganancia del amplificador y la tensión de offset están pre calibrados

para obtener la respuesta descrita anteriormente con un termopar tipo J.

PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN:

Medir la temperatura T c de la unión caliente implica obtener el valor de V Tc,0 de laecuación anterior y usar posteriormente el modelo del termopar (funcionesinversas). Todas estas operaciones las realizaremos dentro de LabView,

programando el conversor A/D para un rango de tensiones de entrada de 0 - 1V.Realizaremos los siguientes procesos experimentales:




1. Comprobar que el amplificador AD594 mide la temperatura de la unión fría.Para ello no conectaremos el termopar al amplificador, de acuerdo con elsiguiente esquema de conexión, y aplicando las ecuaciones del termómetro,

obtendremos el valor de T f . Al no conectar el termopar, la tensión de salidadel amplificador se deberá únicamente a la tensión de compensación quegenera. Dado que solo vamos a medir temperaturas positivas,alimentaremos el amplificador con una fuente única de 5 voltios.

2. Caracterización experimental del termómetro construido (termopar másamplificador).

o Montar el termopar y el amplificador de acuerdo con el esquema deconexión mostrado en la siguiente figura. En el termopar, el metal“hierro” se corresponde con el cable rojo y el metal “constantan”con el azul.

o Barrer el campo de medida y determinar los siguientes puntosexperimentales: respuesta del amplificador, valor de V Tc,0 medido a

partir de la respuesta del amplificador y valor de T c medido trasresolver las ecuaciones.

o Ajustar los puntos experimentales a rectas: curva de calibración

experimental del termopar a partir de los valores de V Tc,0 medidos y

curva de calibración experimental del amplificador a partir de losvalores de V o medidos.




o La siguiente tabla muestra un fragmento de la tabla de tensiones vs.temperatura para un termopar tipo J entre 0 y 110 ºC. La unión de

referencia (unión fría) se supone a 0 ºC y las tensiones están dadas enmilivoltios. Linealizar esa tabla de calibración entre 0 y 100 ºC ycomparar la respuesta “lineal” del termopar con la curva de

calibración experimental obtenida. Representar ambas sobre unamisma gráfica. Determinar los “errores de linealidad teóricos” (resultado de la linealización de la tabla de calibración) yexperimentales (resultado de la linealización de los puntosexperimentales obtenidos).

o Comparar la curva de calibración experimental del amplificador conla respuesta especificada por el fabricante: sensibilidad de 10 mV/ºCy respuesta de 250 mV a 25 ºC. Representar ambas y los puntosexperimentales sobre una misma gráfica. Determinar el error delinealidad sobre la respuesta experimental.

o Construir una curva de “temperatura medida” frente a “temperatura

exacta” (proporcionada por el termómetro testigo) y determinar los

errores cometidos en la medida. Esta cuantificación incluye todas lasfuentes de error, que asociamos a nuestro termómetro (el termómetro

testigo “nos da la temperatura exacta”): incertidumbres asociadas al proceso experimental, problemas de calibración, errores delinealidad,… El fabricante indica que el amplificador AD594A hasido calibrado para medir con exactitudes de ±3 ºC.

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