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INFORME PRACTICA PROTEUS SENSOR PT 100 ELECTIVA III VII SEMESTRE MECATRÓNICA Barrantes Steven, Quevedo Armando, Quiñones Rodrigo. [email protected], [email protected], [email protected]. Resumen: Este laboratorio tiene como finalidad implementar por medio de un puente de wheatstone a partir de un circuito electrónico compuesto por 8 resistencias, una PT 100 un amplificador de instrumentación y un amplificador de precisión, un circuito de prueba en el simulador de Proteus. En donde se realizaron pruebas con el rectificar los cálculos matemáticos aplicados en cuanto a los valores de resistencias, AV y Vref, esto nos lleva a entender la variación de resistencia presentada en el sensor pt100 por los cambios en la temperatura con respecto al voltaje.

del circuito estableciendo un modelo de diseño adecuado.  Específicos  Realizar cálculos matemáticos para la obtención de los valores necesarios para el funcionamiento del puente de wheatstone.  Encontrar la ganancia necesaria para que al momento de medir -100°C se muestre en el voltímetro ≈ 1v y a 350°C ≈ 10v.  Simular el circuito en el programa Proteus y evaluar el resultado. MARCO TEÓRICO

Palabras claves: Puente de wheatstone, Resistencias electrónicas, Fuente de voltaje, Amplificador de instrumentación, Amplificador de precisión, PT100

INTRODUCCIÓN Este proyecto tiene como estudió la simulación del acondicionamiento de un sensor PT 100 mediante el uso de un amplificador de instrumentación el cual tomara las lecturas de T° y las convertirá en valores de voltaje, para ello se toman dos rangos de medidas de temperatura, una mínima(-100°C) y máxima(350°C) las cuales tiene una resistencia establecida por la norma DIN/ IEC 75, con base a estas resistencias se establece un puente de wheatstone en donde se hallan los valores de las resistencias, AV y Vref mediante ecuaciones, por último se procedió a realizar el montaje en proteus en donde se simulara el resultado.

A. PUENTE DE WHEATSTONE El puente de Wheastone es un método para medir resistencias bastante exactas. El principio de funcionamiento de este puente; RX es la resistencia a medir y R1, R2 y R3 son resistencias de valor conocido. El puente se alimenta con una fuente de tensión continua y se varía el valor de la resistencia R3 mediante un mando hasta conseguir que el galvanómetro (que es un amperímetro muy sensible) indique que la corriente IG tiene un valor nulo. En este caso se puede demostrar que se verifica la siguiente relación:

OBJETIVOS  General Realizar el circuito de control de temperatura mediante la aplicación del puente de Wheatstone, amplificador operacional y la PT 100 para poder identificar valores de temperatura al aplicar una fuente de calor constante reconociendo cada una de las características y el funcionamiento respectivo

Fig. No 1. Puente de wheastone. Tomado de Ref (1).

B. RESISTENCIAS ELECTRÓNICAS Se define como la oposición al paso de la corriente, son elementos muy pasivos son de geometría pequeña y suelen fabricarse a partir de carbón, óxidos metálicos o bobinados de hilo resistivo, las resistencias electrónicas son indispensable en cualquier circuito electrónico. Tomado de Ref. (2).

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C. FUENTE DE VOLTAJE Una fuente de voltaje ideal es una fuente de voltaje que suministra voltaje constante a un circuito a pesar de cualquier otra condición en el circuito, tal como fluctuaciones de corriente o qué resistencia es la carga. Esto significa que a pesar de la resistencia que una carga puede estar en un circuito, la fuente seguirá proporcionando voltaje constante. Una fuente de voltaje ideal tiene la siguiente característica que le permite actuar como una fuente de voltaje 100% eficiente: tiene cero resistencias internas. Tomado de Ref. (3).

Fig. No 3. Amplificador de precisión. Tomado de Ref (5).

D. AMPLIFICADOR DE NSTRUMENTACIÓN. F. SENSOR PT100 AD623 de ADI es un amplificador de instrumentación de fuente doble y simple para la salida de riel a riel con un rango de voltaje de 3 V a 12 V. Sin necesidad de una resistencia externa, este amplificador es ideal para bajo consumo de energía, poco espacio en la placa y menor costo. La alta precisión con ancho de banda de 800 kHz y una ganancia alta de 1 a 1000 es ideal para usos de la batería. Los dispositivos se ofrecen en paquetes de 8 pines PDIP, SOIC y MSOP y tienen un rango de temperatura de -40 °C a + 85 °C. El amplificador de instrumentación AD623 es ideal para aplicaciones de batería y dispositivos para vestir como aplicaciones médicas, de ejercicios y juego. Tomado de Ref. (4).

Fig. No 2. Amplificador de instrumentación. Tomado de Ref (4).

E. AMPLIFICADOR DE PRECISIÓN Aplicación típica para LT1013 - Dual Precision OpAmp. El LT 1014 es el primer amplificador operacional de precisión cuádruple que actualiza directamente los diseños en la configuración estándar de la industria DIP LM324 / LM348 / OP11/4156 de 14 pines. Ya no es necesario comprometer las especificaciones, al mismo tiempo que se ahorra espacio y costo en la placa, en comparación con los amplificadores operacionales simples. Tomado de Ref. (5).

Los sensores de temperatura TF101 de resistencia en platino manejan un margen de precisión alto ya que ofrece grandes garantías y rentabilidad al momento de su adquisición, su estabilidad por un periodo amplio de tiempo es quien nos garantiza la precisión en sus resultados y garantizan su vida útil por más tiempo. Tomado de Ref. (6).

Fig. No 4. Sensor PT100. Tomado de Ref (6).

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CIRCUITO

 CALCULOS Para encontrar el valor de la resistencia R4 fue necesario primeramente establecer el valor de la corriente que se desea que ingrese a la pt100, ya que esto es muy importante porque se le estaría aplicando una temperatura no muy alta pero la cual podría afectar la medición final, el valor que se desea aplicar es de 4mA al circuito, de igual manera se alimentara el circuito a 12v, y se toma para la pt100 como base el valor de la resistencia a -100°C (60,26Ω), la cual es dada por la norma DIN/ IEC 75, luego se procedió por medio de un divisor de voltaje a realizar la respectiva solución despejando la variable a encontrar (R4), quedado de la siguiente manera:

Posteriormente resolvemos las siguientes ecuaciones usando el valor de la resta de Va- Vb ya que en ese punto se va a conectar el amplificador de instrumentación AD623 para ello se establece que cuando la PT100 mida una temperatura de -100°C el valor de salida del amplificador de un valor de ≈ 1v, y para 350 °C de un valor de ≈ 10v, por ende es necesario calcular el AV y el Vref, en donde se tienen dos ecuaciones con dos incógnitas por lo que se hará el despeje de Vref en una y ese valor se reemplazara en la otra ecuación para hallar el valor de AV primeramente, quedando de la siguiente manera: Se despeja Vref de la EC1. Se reemplaza Vref de la EC1. en la EC2., y se encuentra el valor de AV.

Entonces la R2=R4 y para R3 se redondeó el valor de 60,26Ω a 60,5Ω. Después de obtener los valores de las resistencias para el puente se procede a sacar el voltaje en el punto a y b. Voltaje T℃ -100 350

Ω Pt 100 (ohm) 60,26 229,72

Vb

Va

Va-Vb

0,1193 0,4425

0,1198 0,1198

0,0005 -0,3227

Como AV