Termocupla - Esquema de conexiones y programación en arduino PDF

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Esquema de conexiones y programación en arduino...

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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS-ESPE UNIDAD DE GESTIÓN DE TEGNOLOGÍAS DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

I.

EQUIPOS Y MATERIALES:      

Resistencias Fuente de Alimentación Protoboard Cables de conexión Arduino Termocupla K, Acondicionador Max6675

TERMOCUPLAS La temperatura es una variable importante en la mayoría de los procesos industriales. Las termocuplas son el sensor de temperatura más común utilizado industrialmente. Una termocupla se hace con dos alambres de distinto material unidos en un extremo (soldados generalmente). Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto Seebeck) del orden de los milivolts el cual aumenta con la Temperatura. Algunas Termocuplas pueden variar según las distintas características que se presenta a continuación: - Dimensiones - Cambio de presión a volumen constante - Cambio de la fuerza electromotriz (F.E.M.) desarrollada. - Cambio de la resistencia eléctrica. - Cambio de la radiación superficial. - Cambio de color. Tipos de leyes: El efecto Peltier es una propiedad termoeléctrica descubierta en 1834 por Jean Peltier, trece años después del descubrimiento de Seebeck. El efecto Peltier hace referencia a la creación de una diferencia de temperatura debida a un voltaje eléctrico. Sucede cuando una corriente se hace pasar por dos metales o semiconductores conectados por dos “junturas de

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Peltier”. La corriente propicia una transferencia de calor de una juntura a la otra: una se enfría en tanto que otra se calienta. Una manera para entender cómo es que este efecto enfría una juntura es notar que cuando los electrones fluyen de una región de alta densidad a una de baja densidad, se expanden (de la manera en que lo hace un gas ideal) y se enfría la región. Cuando una corriente I se hace pasar por el circuito, el calor se genera en la juntura superior (T2) y es absorbido en la juntura inferior (T1). A y B indican los materiales.

Figura 1. Rango de temperatura El efecto Seebeck es una propiedad termoeléctrica descubierta en 1821 por el físico alemán Thomas Johann Seebeck inversa al efecto Peltier. Este efecto provoca la conversión de una diferencia de temperatura en electricidad. Se crea un voltaje en presencia de una diferencia de temperatura entre dos metales o semiconductores homogéneos. Una diferencia de temperaturas T1 y T2 en las juntas entre los metales A y B induce una diferencia de potencial V. Cabe reseñar que fue el primer efecto termoeléctrico descubierto: el efecto Peltier lo descubriría Jean Peltier en 1834, y William Thomson -Lord Kelvin- haría lo propio con el efecto Thomson en 1851.

Tipos y subtipos de termopares:  Termopar de tipoJ: (Hierro / Constantán): debido a su limitado rango, el tipo J es menos popular que el K. Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares más modernos. El tipo J no puede usarse a temperaturas superiores a 760º C ya que una abrupta transformación Instrumentación y sensores

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magnética causa un desajuste permanente. Tienen un rango de -40º C a +750º C y una sensibilidad de ~52 µV/° C. Es afectado por la corrosión.  Termopar de tipoK: Cromo (Ni-Cr) Chromel / Aluminio (aleación de Ni Al) Alumel): con una amplia variedad de aplicaciones, está disponible a un bajo costo y en una variedad de sondas. Tienen un rango de temperatura de -200º C a +1.372º C y una sensibilidad 41µV/° C aprox. Posee buena resistencia a la oxidación.  Termopar de tipo T: (Cobre / Constantán): ideales para mediciones entre -200 y 260 °C. Resisten atmósferas húmedas, reductoras y oxidantes y son aplicables en criogenia. El tipo termopares de T tiene una sensibilidad de cerca de 43 µV/°C.  Termopar de tipo E (Cromo / Constantán (aleación de Cu-Ni)): No son magnéticos y gracias a su sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico. Tienen una sensibilidad de 68 µV/° C.  Termopar de tipo N : (Nicrosil (Ni-Cr-Si / Nisil (Ni-Si)): es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son más caros. Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los más estables, pero debido a su baja sensibilidad (10 µV/° C aprox.) generalmente son usados para medir altas temperaturas (superiores a 300º C).  Termopar de tipo R (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): adecuados para la medición de temperaturas de hasta 1.300º C. Su baja sensibilidad (10 µV/° C) y su elevado precio quitan su atractivo.  Termopar de tipo S: (Platino / Rodio): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los 1.300º C, pero su baja sensibilidad (10 µV/° C) y su elevado precio lo convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. Debido a su elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del punto de fusión del oro (1064,43° C). Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de los tipos B, R y S, tienen además una resolución menor. La selección de termopares es importante para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a determinar.  Termopar de tipo B: (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): son adecuados para la medición de altas temperaturas superiores a 1.800º C. Los tipo B presentan el mismo resultado a 0º C y 42º C debido a su curva de temperatura/voltaje, limitando así su uso a temperaturas por encima de 50º C. Instrumentación y sensores

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Grado de protección IP : El Grado de proteccion IP hace referencia al estándar estadounidense ANSI/IEC 605292004 Degrees of Protection 1 utilizado con mucha frecuencia en los datos técnicos de equipamiento eléctrico y/o electrónico (en general de uso industrial como sensores, medidores, controladores, etc). Especifica un efectivo sistema para clasificar los diferentes grados de protección aportados a los mismos por los contenedores que resguardan los componentes que constituyen el equipo. Este estándar ha sido desarrollado para calificar de una manera alfa-numérica a equipamientos en función del nivel de protección que sus materiales contenedores le proporcionan contra la entrada de materiales extraños. Mediante la asignación de diferentes códigos numéricos, el grado de protección del equipamiento puede ser identificado de manera rápida y con facilidad. De esta manera, por ejemplo, cuando un equipamiento tiene como grado de protección las siglas: IP67. 

Las letras IP identifican al estándar (una antigua herencia de la terminología International Protection),



El valor 6 en el primer dígito numérico describe el nivel de protección ante polvo, en este caso: "El polvo no debe entrar bajo ninguna circunstancia"



El valor 7 en el segundo dígito numérico describe el nivel de protección frente a líquidos (normalmente agua), en nuestro ejemplo: "El objeto debe resistir (sin filtración alguna) la inmersión completa a 1 metro durante 30 minutos."

Como regla general se puede establecer que cuando mayor es el grado de protección IP, más protegido está el equipamiento. Actualmente la mayoría de los sensores inductivos, capacitivos y fotoeléctricos que se comercializan en el mercado tienen un nivel de protección mínimo de IP67, los cuales los hacen aptos para soportar la mayoría de los ambientes agresivos que se dan en la industria. Cables compensados:

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Figura 2. Cables compensados II.

PROCEDIMIENTO  Realizar la codificación en Arduino 1

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Código: 1. #include "LiquidCrystal.h" 2. #include "max6675.h" 3. 4. // CONFIGURACION DE LOS PINES UTILIZADOS PARA LA COMUNICACIÓN CON EL MAX6675 5. #define CONFIG_TCGND_PIN

8 // ALIMENTACION GND

6. #define CONFIG_TCVCC_PIN

9 // ALIMENTACION VCC

7. #define CONFIG_TCSCK_PIN

10 // SPI SCK

8. #define CONFIG_TCCS_PIN

11 // SPI CS

9. #define CONFIG_TCDO_PIN

12 // SPI MISO

10. 11. // CONSTRUCTOR PARA LA PANTALLA LCD 16X2 12. // AQUI SE CONFIGURAN LOS PINES PARA LA COMUNICACION CON LA PANTALLA 13. LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2); 14. // OBJETO UTILIZADO PARA LA COMUNICACION CON EL MAX6675 15. MAX6675

thermocouple(CONFIG_TCSCK_PIN,

CONFIG_TCCS_PIN,

CONFIG_TCDO_PIN); 16. 17. void setup() { 18. // PREPARAR LA INTERFAZ SERIAL 19. Serial.begin(9600); 20. 21. // IMPRIMR MENSAJE INICIAL A LA TERMINAL 22. Serial.println(F("----------------------------------------------------")); 23. Serial.println(F(" 24. Serial.println(F("

TUTORIAL TERMOPAR CON ARDUINO Y MAX6675 http://www.geekfactory.mx

"));

"));

25. Serial.println(F("----------------------------------------------------")); 26. 27. // USAR PINES DE ARDUINO PARA ALIMENTAR EL MODULO MAX6675 28.

pinMode(CONFIG_TCVCC_PIN, OUTPUT); digitalWrite(CONFIG_TCVCC_PIN, HIGH);

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29.

pinMode(CONFIG_TCGND_PIN, OUTPUT); digitalWrite(CONFIG_TCGND_PIN, LOW);

30. 31. // INDICAMOS QUE TENEMOS CONECTADA UNA PANTALLA DE 16X2 32. // IMPRIMIR MENSAJE INICIAL EN PANTALLA 33. lcd.begin(16, 2); 34. lcd.clear(); 35. lcd.print(F("TERMOPAR ARDUINO")); 36. lcd.setCursor( 0, 1 ); 37. lcd.print(F(" CON MAX6675 ")); 38. 39. // ESPERAR UN SEGUNDO 40. delay(1000); 41. } 42. 43. void loop() { 44. // LEER EL TERMOPAR Y ALMACENAR EL VALOR EN UNA VARIABLE 45. double t = thermocouple.readCelsius(); 46. 47.

// PRIMERO LIMPIAMOS LA PANTALLA Y LUEGO IMPRIMIMOS LA TEMPERATURA

48. lcd.clear(); 49. lcd.print(F("->TEMPERATURA...