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ACONDICIONAMIENTO SENSOR DE TEMPERATURA LM35.

Wladimir Espín, Edwin Quiñónez, Cristian Semblantes. Noviembre 2019. Universidad de las Fuerzas Armadas-ESPEL Departamento de Energía y Mecánica. Ingeniería en Petroquímica Instrumentación Industrial Mecánica.

Tema: Acondicionamiento del sensor de temperatura LM35. 1. Objetivos. 1.1.Objetivo General. Realizar la medición de voltaje antes y después del acondicionamiento a diferentes temperaturas del sensor LM35. 1.2.Objetivos Específicos. 1.2.1. Diseñar e implementar un circuito no inversor para acondicionar la amplificación de la señal del sensor LM35. 1.2.2. Conocer el funcionamiento del sensor LM35 sus características y los rangos de medición. 1.2.3. Presentar los valores de temperatura en el serial monitor de la plataforma arduino. 2. Marco Teórico. 2.1. Sensor LM35. El sensor LM35 tiene una ventaja sobre los sensores de temperatura lineales, calibrados en grados Kelvin, ya que el usuario no está obligado a restar un gran voltaje constante de su salida para obtener un escalado centígrado conveniente. El sensor no requiere ninguna calibración externa o recorte para proporcionar precisiones típicas de

+1 −4

+3

℃ a temperatura ambiente y − 4 ℃, cubra un rango de

temperatura completo de −55 a + 150℃. Para convertir el voltaje a la temperatura, el LM35 proporciona 10mV por cada grado centígrado. Se señala que este sensor se puede usar sin offset, es decir que, si se miden 20mV a la salida, se está midiendo 2°C.(Poonam & Mulge, 2013)

Grafico 1. Sensor de temperatura LM35

2.2. Amplificador Operacional LM358P. El LM358P es un circuito integrado de dos amplificadores operacionales independientes de alta ganancia con compensación de frecuencia interna, diseñado específicamente para operar mediante una única fuente de alimentación en un amplio rango de voltaje. También es posible su funcionamiento a partir de fuentes de alimentación divididas y la poca pérdida de corriente de alimentación es independiente de la magnitud del voltaje de alimentación.(Boylestad, 2010)

Grafico 2. Amplificador operacional LM358

2.3. Características del amplificador LM358. 

Tipo de amplificador: Alta ganancia



Número de amplificadores: 2



Tensión de alimentación mínimo: 1.5 V.



Tensión de alimentación máximo: 16 V.



Gran ganancia de voltaje de CC de 100dB.



Rango de voltaje de modo común de entrada incluye tierra.



Gran oscilación de voltaje de salida entre 0 Vcc y 1.5Vcc.



Consumo de energía apto para funcionamiento con batería.(Pylarinos & Phang, 2005)

2.4. Arduino. Es un microcontrolador que se presenta como una pequeña computadora en un solo circuito integrado, contiene un núcleo de procesador, memoria y periféricos de entrada / salida programable. Lo importante para nosotros es que un microcontrolador contiene el procesador la memoria, y algunos pines de entrada / salida que puede controlar desde un computador a través de un monitor serie el cual se presenta en la plataforma del mismo.(Herrador, 2009)

Grafico 3. Placa Arduino.

3. Materiales y equipos. 3.1.Materiales. 3.1.1. Cables.

3.1.2. Protoboard. 3.1.3. Resistencias de 1kΩ, 100Ω y 3.9kΩ 3.2. Equipos. 3.2.1. Sensor LM35. 3.2.2. Arduino. 3.2.3. Multímetro y Computador. 4. Procedimiento. 4.1.Procedimientos previos a la práctica. 

Vestir de forma adecuada con los equipos de protección adecuados.



Conocer las características y funcionamiento de los elementos a utilizarse en el control de temperatura.

4.2. Actividades a desarrollar. 

Reconocer físicamente el sensor LM35 e identificar la distribución de pines.



Alimentar el sensor y verificar la señal de salida. Medir la variación de tensión con un multímetro.



Armar el circuito de acondicionamiento del sensor LM35 con un amplificador operacional para obtener una salida de 0 a 5 V.



Obtener el nivel de tensión al incrementar la temperatura. (usar un objeto para variar la temperatura del entorno junto al LM35).

5. Cálculos.

Grafico 4. Amplificador operacional no inversor utilizado en la práctica.

5.1. Cálculos previos a la práctica. Datos de ingreso. 𝑉𝑖 = 1 𝑉 𝑉𝑜 = 5 𝑉 𝑅1 = 1𝑘Ω

𝑠𝑒 𝑎𝑠𝑢𝑚𝑒 𝑠𝑒 𝑎𝑠𝑢𝑚𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑐𝑜𝑛 𝑒𝑙 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑒𝑛𝑡𝑒.

𝐺𝑎𝑛𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟 = 5 Resolución. 𝑉𝑜 = (

𝑅𝑓 + 1) 𝑉𝑖 𝑅1

𝑅𝑓 5𝑉 =( + 1) (1 𝑉) 1𝑘Ω 𝑅𝑓 5𝑉 = ( − 1) 1𝑘Ω 1𝑉 𝑹𝒇 = 𝟒 𝒌𝛀 Al no existir una resistencia de 4 𝑘Ω se uso una de 3.9 𝑘Ω y una de 100 Ωen serie para obtener la ganancia de 5𝑉

5.2.Cálculo para obtener el voltaje de salida del amplificador. 𝑉𝑜 = 𝑉𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 ∗ 5 𝑉𝑜 = 0.20 ∗ 5 𝑽𝒐 = 𝟏 𝑽 6. Resultados. Al realizar algunas mediciones temperatura y medir los votajes salida del amplificador operacional y de la salida del sensor se obtienen los siguientes resultados. Donde: 𝑽𝟏 : 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 𝐿𝑀35. 𝑽𝟏 : 𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙. Tabla 1. Valores de voltaje obtenidos para cada medición de temperatura.

𝑻𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂

𝑽𝟏

𝑽𝟐

𝑻𝒆𝒎𝒑𝒆𝒓𝒂𝒕𝒖𝒓𝒂 𝒎𝒐𝒔𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂

0

0

0.05

0.06

10

0.1

0.53

10.27

20

0.2

1.09

20.89

30

0.3

1.58

29.72

40

0.41 2.12

40.95

50

0.5

2.49

50.12

60

0.61 3.28

60.64

70

0.7

3.68

70.43

80

0.8

4.41

80.62

90

0.91 4.90

90.02

100

1.01 5.02

99.65

7. Conclusiones. 7.1. Gracias al empleo del amplificador operacional LM358 se puede acondicionar la señal del sensor LM35 a una señal estándar de 0-5V la cual el arduino ya puede procesar con su microcontrolador y presentar las temperaturas medidas en cada medición. 7.2. La práctica realizada nos permite entender el funcionamiento del sensor LM35 y el acondicionamiento que se le debe dar para que presente una señal estándar. 7.3. Si se analizan las temperaturas obtenidas se puede identificar que la ecuación del sensor es casi lineal ya que presenta una desviación de ∓ 0.5℃, la cual puede ser causada por el acondicionamiento dado al sensor LM35. 8. Recomendaciones. 8.1. Revisar el estado de los elementos con los cuales se realizará la práctica. 8.2. Utilizar dos multímetros para medir los voltajes de salida del amplificador operacional y del sensor simultáneamente. 8.3. Colocar el sensor LM35 de tal manera que se encuentre libre para su posterior calentamiento. 8.4. Revisar los datasheet de los elementos para no ocasionar daños a los elementos que se utilizaran en la práctica. 9. Listas de Referencias. 9.1. Boylestad, R. L. (2010). Introductory circuit analysis: Prentice Hall Press. 9.2. Herrador, R. E. (2009). Guía de Usuario de Arduino. Universidad de Córdoba, 13.

9.3. Poonam, Y. M., & Mulge, Y. (2013). Remote temperature monitoring using LM35 sensor and intimate android user via C2DM service. International Journal of Computer Science and Mobile Computing, 2(6), 32-36. 9.4. Pylarinos, L., & Phang, K. (2005). Low-voltage programmable g/sub m/-C filter for hearing aids using dynamic gate biasing. Paper presented at the 2005 IEEE International Symposium on Circuits and Systems.

10. Anexos