Pract Ad590

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Cómputo

Alumno:

Cruz Cruz Jorge Alberto

Fragoso Llamas Yoltic Quetzalcóatl

Núñez Osorio Carlos Alberto

Asignatura:

Instrumentación

Profesor:

Martínez Díaz Juan Carlos

Termómetro con Sensor AD590

Grupo:

3CM3

Diseño de un Termómetro con Sensor AD590

Índice Introducción.......................................................................................................................................1

Características de un sensor...........................................................................................................1

Sensor AD590.................................................................................................................................1

Diseño................................................................................................................................................2

Diagrama de Bloques.....................................................................................................................2

Características de los Bloques........................................................................................................2

Sensor AD590.................................................................................................................................3

Diseño del Circuito Acondicionador de Señal.................................................................................3

Implementación.................................................................................................................................5

Material..........................................................................................................................................5

Diagrama del Circuito.....................................................................................................................5

Mediciones.........................................................................................................................................6

Gráficas..............................................................................................................................................7

Gráfica de transferencia.................................................................................................................7

Gráfica de las mediciones...............................................................................................................7

Conclusiones......................................................................................................................................8

Cruz Cruz Jorge Alberto..................................................................................................................8

Fragoso Llamas Yoltic Quetzalcóatl................................................................................................8

Núñez Osorio Carlos Alberto..........................................................................................................8

Anexo:................................................................................................................................................9


IntroducciónEl AD590 es un transductor de la temperatura del circuito integrado del dos-terminal que produce una corriente de salida proporcional a la temperatura absoluta. El AD590 se debe utilizar en cualquier temperatura que detecta el uso debajo de 150°C en el cual los sensores de temperatura eléctricos convencionales se empleen actualmente. El bajo costo inherente de un circuito integrado monolítico combinó con la eliminación del trazado de circuito de la ayuda hace el AD590 una alternativa atractiva para muchas situaciones de la medida de la temperatura. El trazado de circuito de la linearización, los amplificadores del voltaje de la precisión, el trazado de circuito de medición de la resistencia y la remuneración de la ensambladura fría no se necesitan en la aplicación del AD590.

Características de un sensor Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el

sensor. Precisión: es el error de medida máximo esperado. Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de

entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset.

Linealidad o correlación lineal. Sensibilidad de un sensor: suponiendo que es de entrada a salida y la variación de la

magnitud de entrada. Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la

salida. Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la

magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada.

Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor.

Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.

Sensor AD590El AD590 actúa como una fuente de corriente constante, de alta impedancia de salida, dejando pasar 1 micro amperio por grado Kelvin. Usa una alimentación de entre 4 y 30 voltios.Sus características más relevantes son:

Fabricado por “Analog-Devices”

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Es un Transductor de temperatura, el cual convierte temperatura ambiente en grados kelvin

Tiene una sensibilidad de :1uA/°k

Funciona como fuente de corriente que depende de la temperatura Se requiere de un circuito convertidor de corriente a voltaje

El sensor integrado utiliza una propiedad fundamental de los transistores. Si dos transistores idénticos se trabajan en una relación constante de densidades en el circuito de colector (r), luego la diferencia en sus voltajes emisor-base será lineal (kT/q). Ya que ambos k (constante de Boltzmann) y q (carga de un electrón), el voltaje resultante es directamente proporcional a la temperatura absoluta. Este voltaje se convierta a corriente mediante un resistor de bajo coeficiente de temperatura.

DiseñoEn esta parte se especifican todos los pasos y procedimientos que se utilizaron para caracterizar el sensor en Circuito Acondicionador de Señal (CAS).

Para el diseño de este termómetro recurrimos a la abstracción del problema y expresarlo en diagrama de bloques para su análisis y mayor compresión.

Diagrama de Bloques

Características de los Bloques Sensor AD590

Las características principales de este sensor son:Sensibilidad: 10 mV/°C.Diseñado para trabajar en temperaturas de -55°C a 150°C.

Circuito Acondicionador de Señal (CAS):El circuito del CAS constara de 2 Operacionales, cada uno actuando de manera diferente; el primer Operacional lo ocuparemos como seguidor de voltaje, el segundo será un Sumador No Inversor este circuito se eligió debido a que necesitamos incrementar el voltaje que obtenemos del sensor ya que este esta dado en miliVolts y necesitamos incrementarlo a tal grado que el máximo sea de 5 Volts dado que necesitamos ese voltaje para acoplarlo al Convertidor Analógico Digital.

Convertidor Analógico Digital:Se encargara de acoplar el Voltaje del CAS a una interfaz para visualizar los datos que arroja nuestro termómetro

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Sensor AD590CAS

(Circuito Acondicionador de Señal)

C A/D(Convertidor Analógico

Digital)


Sensor AD590

El sensor AD590 lo utilizaremos en un rango de -55°C a 150°C; el voltaje de salida que nosotros observaremos será en el orden de los Volts tomando en cuenta que haremos una medición de corriente que se encontrara en el sensor indicando el aumento de la temperatura respecto a una corriente esta estará dada en el orden de los micro Amperes

Para todo esto debemos tener como consideración la ecuación de nuestro sensor la cual es:

¿=1 μA℃T℃+273 μA

El Diseño de este sensor de temperatura ira desde los -55°C hasta los 150 °C

Por lo que la Corriente mínima será de 218 μA para -55 °C y la corriente máxima será de 423 μA para 150°C

Diseño del Circuito Acondicionador de SeñalPara realizar el diseño del circuito acondicionador requerimos cual será la máxima medición que realizara el circuito y a su vez la mínima que este aceptara.

Temperatura del Sensor

Corriente de Salida

-55°C 218 uA150°C 423 uA

También conocemos que nuestro voltaje de salida radicara en:

Voltaje de salida del Sensor

Voltaje de Salida del Circuito Acondicionador

218 uA 0V423 uA 5V

Para la construcción del CAS utilizaremos un Amplificador Operacional con la configuración de “Sumador Inversor”.

En donde esta configuración nos ayudara para poder tener una resistencia (potenciómetro en este caso) para ajustar la temperatura ambiente por lo cual esta resistencia será despreciable para el calculo de las R y Rf asi como para la salida correspondiente en donde la salida se calculara con la siguiente expresión

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Vout=Rf−RfR

V

Ya con la Ecuación del sensor y la de la salida de Voltaje podremos calcular las resistencias R y Rf pero para poder calcular la R tenemos en cuenta la ecuación en donde tenemos una sensibilidad especifica y por medio de los rangos y los voltajes que esperamos obtener respecto a estas corrientes podremos calcular la resistencia de la siguiente manera:

Rf=∆V∆ I

Debido a que queremos voltajes de 0-5 V y las corrientes son las mencionadas con anterioridad 423 μA -218 μA

Rf=∆V∆ I

Rf=(5−0)V

(423−218) μA

Rf= 5V205μA

Rf=24.39K Ω

Ahora podremos calcular nuestra R por medio de la ecuación del sensor y con una V = 15 volts con lo que alimentaremos al circuito

Vout=Rf−RfR

V

Vout−Rf ¿V

=−RfR

¿

Rf ¿

−¿

−(24.39K Ω( 155−(24.39K Ω)(423 μA) ))=RR=68.80K Ω

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Implementación

MaterialCantidad Material1 Sensor AD5901 Protoboard1 Amplificador Operacional 741

2 Potenciómetros 50 kΩ

1 Potenciómetro de 100kΩ

1 Fuente de Voltaje

Diagrama del Circuito

Características del Diagrama

Notación

Característica

Vcc + +15 VVcc - -15 VR 68.8 KΩRf 42.39 KΩVariable Ver Nota

Nota: Para la elaboración de este circuito se maneja un potenciómetro de ajuste que nos ayudara a acoplar la temperatura del ambiente por medio de la ecuación del sensor por lo que la variación de esta será en función del medio en donde nos encontremos.

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MedicionesRealizado e Implementado el circuito se realizaran las mediciones para evaluar la sensibilidad y fiabilidad del Termómetro.

Temperatura

Corriente en el Sensor

Voltaje a la Salida del CAS

Voltaje CalculadoVout=Vin(5)

25°C 298 uA 1.99 V 1.950 V50°C 323 uA 2.67 V 2.560 V70°C 343 uA 3.10 V 3.048 V

100°C 373 uA 3.7 V 3.779 V140 °C 413 uA 4.9 V 4.755 V

Imagen del Circuito

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Gráficas

Gráfica de transferencia

Gráfica de las mediciones

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Conclusiones

Cruz Cruz Jorge AlbertoEl manejo del sensor AD590 nos dejo ver el manejo de la sensibilidad que se utiliza respecto a los sensores anteriores es respecto a valores de corriente y grados kelvin con lo cual el circuito que se diseño nos manejaría corrientes con lo cual tendríamos que tomar el manejo de esta para así tener un diseño adecuado para la salida en función de volts donde mantendríamos los rangos de 0 – 5 volts respecto a los incrementos de temperatura en donde por cada grado que incrementara estaría incrementado un uA respecto a nuestra función de la ecuación del sensor con lo que nosotros podremos notar que la sensibilidad de este sensor es mucho mayor con respecto a los otros manteniendo los rangos de voltajes que deberán ir a nuestro CAS.

Fragoso Llamas Yoltic QuetzalcóatlAl manipular el sensor AD590 nos percatamos que este varia en relación a corriente por lo cual nos dificulto el diseño del dispositivo ya que en los circuitos anteriores traían una zona de ajuste o solo nos basábamos en el voltaje de entrada, pero en este caso al ser diferente la manipulación de las unidades teníamos que a partir de una corriente de entrada teníamos que obtener un voltaje de salida, para esto sumamos la señales y de esta mañera al ser de diferente signo se restan y obtenemos el voltaje deseado, para el diseño del CAS como sabemos que lo que varia es la corriente y no el voltaje el calculo de las resistencias fue en relación a la corriente ya que esta nos permitiría obtener el voltaje según el diseño.

Núñez Osorio Carlos AlbertoSe pudo notar la diferencia que existe entre los sensores con respecto al voltaje y los sensores con respecto a la corriente. Cabe descartar que la implementación fue un tanto más trabajosa debido a los cálculos. Sin embargo observamos que la implementación de estos sensores puede variar para casos diferentes; es decir, según se presente un problema se tendría que evaluar cuál es más conveniente utilizar, tomando como criterios de selección: el precio, la sensibilidad, el rango de temperatura, el tipo de excitación que necesita, así como todas las variables que representen al problema que queremos solucionar.

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Anexo:

Entrega del Diseño en Bosquejo

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