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LM35...

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DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRÓNICA

INTRUMENTACIÓN Y SENSORES

NRC: 3739

INFORME DE LABORATORIO – LM35

Profesor: Ing. Andrés Arcentales, PhD

Integrantes : Jersson Barriga Carlos Irua Jordy Bayas David varela

LM35

1.- Tema: Acondicionamiento de una señal de temperatura: Sensor Resistivo Respuesta Lineal 2.- Objetivo:  Diseñar e implementar las etapas de un sistema de instrumentación que permita medir la temperatura del agua en un rango 20-60 grados centígrados, utilizando un LM35.  Verificar la linealidad del sensor mediante la toma de datos de 20°C a 60°C con incrementos de 5°C. 3.- Diagrama de Bloques

Ilustración 1 Diagrama de bloques del Circuito para el LM35 4.- Acondicionamiento de señal

Para

T 1 =20° C

V 1=δ .T 1=20 ° C∗10

Para

T 2 =40 ° C

V 2=δ .T 2=40° C∗10

Para

mV =200 [mV ] °C

T 2 =60 ° C

mV =400[ mV ] °C

mV V 2=δ .T 3=60 ° C∗10

mV =600 ¿ °C

Curva de calibración 6 5

5

Vo[V]

4 3 2.5 2 1 0 200

400

600

Vi [ mV]

°C

Vi

20 °C 40 °C 60 °C

Vo 200 mV 400 mV 600 mV

0v 2.5 V 5V

Tabla1. Tabla de acondicionamiento y=mx + b

m=

y 2− y 1 x 2−x 1

m=

5 [V ]−0 [V ] 600[ mV ]−200 [mV ]

m=

5[ V ] 400 [mV ]

m=12.5

y =12.5 x +b

Remplazo el punto (0 en y ; 200 en x) 0=12.5 (200 )+b

b=−2.5

Al final obtenemos y =12.5 x −2.5 V o=12.5 V i−2.5 Simulación

Ilustración 2 Voltaje de salida a 30°

Ilustración 3 Voltaje de salida a 40°

Ilustración 4 Voltaje de salida a 60° PROCEDIMIENTO 1.- Realice un informe, en función de los datos obtenidos, donde se determine ciertas características.

1.1 Sensibilidad

Temperatura ℃ 20 25 30

Subida [V] 0,19 0,85 1,4

Bajada [V] 96,9 0,785 1,33

[V] simulación 0,185 0,75 1,25

35 40 45 50 55 60

2,022 2,55 3,17 3,76 4,34 5,05

2 2,53 3,1 3,75 4,36 4,99

1,88 2,5 3,125 3,75 3,375 5

y=mx + b m=

y 2− y 1 x 2−x 1

m=

5 [V ]−0 [V ] 600[ mV ]−200 [mV ]

m=

5[ V ] 400 [mV ]

m=12.5

1.2 Exactitud Error %=

Vmedido−Vsimulado x 100 Vmedido Exactitud = 100% - Error %

Temperatura ℃ 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Voltaje final[V] 0,19 0,85 1,4 2,022 2,55 3,17 3,76 4,34 5,05

[V] simulación

Error %

0,185 0,75 1,25 1,88 2,5 3,125 3,75 3,375 5

2,70 13,33 12,05 7,55 2,12 1,44 0,266 28,59 1,05

Exactitud = 100% - Error % Exactitud 20° =97,3

Exactitud 25° =86,67 Exactitud=87,95

Exactitud 35° =92,45

Exactitud 40 °=97,88 Exactitud e45 ° =98,56

Exactitud 50° =99,73 Exactitud 55° =71,41

Exactitud 60 =98,95 ´ Exactidud=92,32

1.3 Precisión Temperatura ℃ Voltaje [ V] 60 5,08 60 5,00 60 4,98 60 5,00 60 4,99 60 5,03 60 5,07 60 5,10 60 5,00 60 5,04 media = 5,029

( x−´x )2

x−´x

0,051 0,029 0,049 0,029 0,039 0,001 0,041 0,071 0,029 1,001

0,0026 0,0008 0,0024 0,0008 0,0015 0,000001 0,0016 0,0050 0,00084 1,0020 1,01777

x x−¿´ ¿ ¿2 ¿ ¿ ∑¿ ¿ Precisi ón(s )=√ ¿

√

Precisi ón(s )=

1,0177 10−1

( s) =0,33 2.- Realices las graficas de respuesta en las etapas de calibración, histéresis 2.1 Calibración

Temperatura ℃ 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Subida [V] 0,19 0,85 1,4 2,022 2,55 3,17 3,76 4,34 5,05

Temperatura - Vo 6 5

Vo [V]

4 3 2 1 0 15

20

25

30

35

40

45

50

55

Temperatura ℃

Para el ajuste lineal, hacemos uso de mínimos cuadrados.

xi

yi

x i yi

20 25 30 35 40 45 50 55 60

0,19 0,85 1,4 2,022 2,55 3,17 3,76 4,34 5,05 23,332

3,8 21,25 42 70,77 102 142,65 188 238,7 303 1112,17

360

xi 2

400 625 900 1225 1600 2025 2500 3025 3600 15900

60

65

360 =40 9 23,332 ´y = =2.59 9 9 (1112,17 )−360 ( 23,332) =0.11926 a1= 2 9 ( 15900 )− (360 ) a0 =2.59−0.1126 (40 )=−2.174 y=0.11926 x−2.178 y=mx + b ´x =

Curva de Calibración Linealizada Linear ()

Voltaje de Salida [v]

6 5

f(x) = 0.12 x − 2.18 R² = 1

4 3 2 1 0 15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Temperatura del Sensor

Histéresis Repetir el proceso realizado en la sección CALIBRACIÓN. Realice el mismo procedimiento descrito en la sección calibración, solo que ahora la temperatura inicial irá de 60 a 20 °C con decrementos de 5 °C Temperatura ℃ 60 55 50 45 40 35 30 25 20

Bajada [V] 4,99 4,36 3,75 3,1 2,53 2 1,33 0,785 0,096

Tabla. Temperatura vs Voltaje de bajada

Curva de calibración Descendente 6

Votaje de Salida

5 4 3 2 1 0 60

55

50

45

40

35

30

25

Temperatura del Sensor Descendente

xi

yi

60

4,99

299,4

3600

55

4,36

239,8

3025

50

3,75

187,5

2500

45

3,1

139,5

2025

40

2,53

101,2

1600

35

2

70

1225

30

1,33

39,9

900

25

0,785

19,625

625

20

0,986

19,72

400

1116,65

15900

360

23,741

360 =40 9 23,741 ´y = =2.638 9 9 (1116,65 )−360 ( 23.741) a1= =0.1109 9 ( 15900 )− (360 ) 2 a0 =2.56− 0.1109 (40 )=−1,87 y=0.119 x −1,87 y=mx + b m=0.1109 V o=0.119 (T )−1,87 ´x =

xi 2

x i yi

20

Curva de Calibración Linealizada Desdecente 4.99 Voltaje de Salida

4.36 3.75 3.1 2.53 2 1.33 0.79 60

55

50

45

40

35

30

Temperatura

3.- Realice un histograma con los datos de precisión

Ilustración 5 Histograma Dependiente de los Datos de precisión en 60°

25

0.1 20

4.- En una tabla coloque los resultados fabricante, simulación y experimental 4.1 Compare los resultados que se han obtenido con los datos que provee el fabricante y con los datos de la simulación y determine el error experimental. Temperatura ℃ 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Error %=

Voltaje fabricante[V] 0,19 0,85 1,4 2,022 2,55 3,17 3,76 4,34 5,05

[V] simulación

0,185 2,63 0,75 11,76 1,25 10,71 1,88 7,022 2,5 1,96 3,125 1,41 3,75 0,256 3,375 0,8 5 0,996 Error expirmental = 1,4999

Vfabricante −Vsimulacion ×100 % Vfabricante

e 20° =

0.19−0,185. =2,63 % 0.19

e 25° =

0.85−0.75 =11.19 % 0.85

e 30° =

1,4−1,25 =10,71 % 1,4

e 35° =

2,022−1,88 =7,022 % 2,022

e 40 °=

2,55−2,5 =1,96 % 2,55

e 45 °=

3,17−3,125 =1,41 % 3,17

e 50° =

3,76−3,75 =0,256 % 3,76

e 55° =

4,34−3,375=0,8 % 4,34

%Error

e 60 =

5,05−5 =0,996 % 5,05

Error exprimental % = 1,4999 Para el LM35 la variación de voltaje en la salida es poca, lo cual indica que el acodicionamiento planteado al momento de contruir el circuito fue el adecuado. Existe la poca variación de tensión que se debe quizás a las tolerancias que tienen las resistencias ya que no son precisas, o por otro lado el incorrecto uso de los cables. Comparando con el Datasheet del Lm35 no tiene mucha diferencia, ya que es lineal y los gráficos mostrados en el documento se puede apreciar que se mantiene la linealidad con los voltajes obtenidos durante el circuito.

4.2 Justifique cual es la fuente de error, si es sistmático o un error aleatorio y, posibles soluciones paera corregir este error. La fuente de error en este circuito son basicamente la temperatura con la que se esta trabajndo y como se había mencionado por las tolrenacias de resistencias. Es por ello que la solución más optima es usar resistencias de precisión para tener un valor más aproximado o buscado por el circuito pleanteado. 5.- En función de la respuesta de ambos sensores realice una comparación entre los sensores y según su criterio expñique cuál de los dos sensores presenta prestaciones, justificando adecuadamente su respuesta. El sensor LM35 es el más usado en la prática debido a la facilidad con la que se puede medir la temperatura. Basta medir con un multímetro, se puede tener el voltaje de salidad del sensor.

Tiene una gran ventaja sobre los sensores de

temperatura lineal calibrada en grados Kelvin, por los cual no requiere de ninguna calibración. Por otra parte el PT100 es mucho más costoso y es más usado en bajas temperaturas. Además este sensor puede estár a una distancia alejada,pero nos proporcionara igual un buen funcionamiento.

6.- Investigue dos aplicaciones para LM35. - Medición y control de la temperatura en diferentes dispositivos industriales y comerciales. - Monitoreo de la termperatura mediante un servidor Arudiono - Control de temperatura mediante la técnica ON/OFF.

CONCLUSIONES 

Para el diseño de las etapas una vez obtenida la ecuación para el rango de temperatura de 20°C a 60°C, se implementó con un amplificador inversor, un divisor de voltaje para obtener el voltaje de la ecuación y al final un sumador, obteniendo así el sistema completo para poder medir.



Las curvas obtenidas tanto para el diseño como para las curvas de calibración, se ajustaron linealmente, por lo que el sensor responde como se esperaba, ya que el LM35 tiene una buena respuesta lineal y una exactitud adecuada para cualquier temperatura dentro de su rango establecido.

RECOMENDACIONES 

Aislar bien el sensor LM35 es un requisito indispensable para esta práctica, ya que, al averiarse, éste puede perder su linealidad



Además es recomendable llevar un termo de buena calidad para poder estabilizar la temperatura a 60°C....