CONTROL                                 AUTOMATICO DE                                  TEMPERATURA                        ...
Diagrama a bloques del sistema de control automático de temperatura                    Nivel alto             Detector de ...
Una de las formas en que se puede utilizar un         Símbolo de un termistor     termistor es como divisor de voltaje, ya...
Diagrama esquemático general                              +12V                                                            ...
Operación del circuito                                     valor en frío tal, que el potenciómetro no alcan-              ...
para que se dé la conmutación se ajusta con el                     cuando el circuito está encendido con la tempe-potenció...
Etapa del circuito monoestable y Etapa de salida                                                                          ...
Impreso (lado soldadura)                                                                     Figura 8       Impreso (lado ...
Próxima SlideShare
Cargando en…5
×

Control automatico de temperatura

16.575 visualizaciones

Publicado el

0 comentarios
4 recomendaciones
Estadísticas
Notas
  • Sé el primero en comentar

Sin descargas
Visualizaciones
Visualizaciones totales
16.575
En SlideShare
0
De insertados
0
Número de insertados
9
Acciones
Compartido
0
Descargas
420
Comentarios
0
Recomendaciones
4
Insertados 0
No insertados

No hay notas en la diapositiva.

Control automatico de temperatura

  1. 1. CONTROL AUTOMATICO DE TEMPERATURA Oscar Montoya y Alberto Franco En este artículo presentamos un circuito de control automático de temperatura, el cual, como es obvio, permite controlar la temperatura Introducción dentro de un rango más o menos constante para sistemas que así lo El circuito se puede utilizar en una gran varie- requieran. Aprovecharemos la dad de aplicaciones; entre ellas podemos men- oportunidad para revisar algunos cionar el control de un ventilador común, en aspectos de la operación de los donde controla sus tiempos de encendido y apa- comparadores (utilizando gado dependiendo de la temperatura ambiente. amplificadores operacionales) y de los Este mecanismo se puede ajustar, incluso, entermistores, que permiten convertir los todo un sistema de aire acondicionado.cambios de temperatura en cambios de Usted podrá encontrar muchas más aplicacio- voltaje. En este proyecto utilizamos un nes de este circuito de las que aquí podemos circuito multivibrador monoestable mencionar; lo importante es entender su opera- para activar un relevador, que es el ción completa, y es por ello que empezaremos que finalmente activa o desactiva a los explicando los bloques funcionales de manera dispositivos externos (ventilador, independiente, para finalmente observar la ope- calefactor etc.) ración general de dicho circuito.70 ELECTRONICA y servicio
  2. 2. Diagrama a bloques del sistema de control automático de temperatura Nivel alto Detector de temperatura Generador de Comparador (transductor) pulsos de disparo Ajuste de temperatura Amplificador de salida Detector de temperatura (transductor) Nivel Bajo Dispositivo de control externo Figura 1Análisis de los bloques funcionales físicos, como presión, temperatura, luz etc., en señales eléctricas). Es realmente muy sencillo yLa figura 1 muestra el diagrama a bloques del fácil de aplicar; y aunque no es tan popular comocircuito de un control automático de temperatu- otros dispositivos semiconductores, es igual dera; las partes que lo forman son: eficiente si se le sabe utilizar. Este componente tiene una amplia gama de• Detector de temperatura (nivel alto y nivel aplicaciones que abarca desde el control y la me- bajo). dición de temperatura, hasta la regulación de• Comparadores. circuitos electrónicos, como en el caso que tra-• Referencia de temperatura (para ajuste de en- tamos. Para comprender mejor cómo se logra el cendido y apagado del circuito). control por medio de este dispositivo, haremos• Generador de impulso para activar el control las siguientes consideraciones: de encendido.• Amplificador de salida (para el correcto mane- 1) La corriente que circula por cualquier conduc- jo del dispositivo de control de salida). tor está afectada, de uno u otro modo, por la• Dispositivo de control de salida, el cual se en- temperatura. carga de activar o desactivar el elemento o sis- 2) Así, en un voltaje determinado, la corriente tema a controlar (el ventilador por ejemplo). que circula por algún conductor a una tem- peratura de por ejemplo 100 grados centígra-Termistores dos, será apenas tres cuartas partes de la co- rriente que fluiría por el mismo conductor aAntes de continuar con la descripción de nues- 25 grados centígrados.tro circuito, es importante hacer un paréntesis 3) Con esto podemos afirmar que un aumentopara describir un dispositivo en el cual es la base de 75 grados centígrados, origina un incremen-para hacer automático el control de temperatu- to de 1:3 veces la resistencia del conductor.ra: el termistor. 4) Debido a esto, todo material conductor tiene El termistor es un tipo de semiconductor de una constante llamada “coeficiente de tem-dos terminales que funciona como un transduc- peratura de resistencia”, que indica qué tantotor de tipo temperatura-resistencia (el transduc- cambia la resistencia del material con la va-tor es un dispositivo que convierte fenómenos riación de la temperatura.ELECTRONICA y servicio 71
  3. 3. Una de las formas en que se puede utilizar un Símbolo de un termistor termistor es como divisor de voltaje, ya que Se le llama “de caldeo directo“, porque la temperatura que la variación de voltaje es inmediata con la va- incide sobre el termistor es la del medio ambiente. Se le llama “de caldeo indirecto“, porque el caldeo riación de la resistencia del termistor; y es pre- (aplicación de calor) es producido principalmente cisamente este principio el que se utiliza en por un elemento calefactor eléctrico incorporado dentro del termistor. este proyecto. a) De caldeo directoComo ya comentamos, este dispositivo es rela-tivamente sencillo. La resistencia varía en unvalor conocido (dato proporcionado por el fa-bricante). La mayoría de los termistores tienenun “coeficiente negativo de temperatura” (NTC: Termistornegative temperature coefficient), pero tambiénhay los que tienen “coeficiente positivo de tem- b) De caldeo indirectoperatura” (PTC). Aun cuando el termistor se considera comouna resistencia, lo que lo distingue de estos dis-positivos es el material del cual está hecho. Elemento Las resistencias normalmente contienen car- calefactor Figura 2bón, mientras que los termistores están hechosa partir de elementos como el cobalto, níquel,etc. caliente es menor que la resistencia en frío, Para utilizar este tipo de componentes y po- mientras que para un elemento PTC, la resis-der incorporarlos en nuestro circuito, debemos tencia en caliente es mayor que la resistenciaconocer las características del termistor que en frío.marca el fabricante. Esto no siempre es posible, • Resistencia en función de la temperatura. Es ladebido a que en los sitios donde se venden es- característica que presenta normalmente el fa-tos componentes, o no tienen estas hojas, o los bricante, en forma de una gráfica como la mos-vendedores no se toman la molestia de buscar trada en la figura 3.entre sus catálogos la información; así que esmejor tomar un camino alternativo. En la figura 2 se muestra el símbolo del termis- Figura 3tor en sus dos posibilidades, las de caldeo indi-recto y de caldeo directo; estos últimos son los Gráfica característica típica de resistencia-temperatura en un termistor NTC.que encontramos normalmente en el mercado. 10MCaracterísticas del termistor 1M Resistencia (Ω)• Resistencia en frío. Indica la resistencia medi- 100K da a una temperatura ambiente normal (25 gra- 10K dos centígrados por ejemplo). Pero si se va a 1K trabajar a una temperatura distinta, entonces deberá medirse la resistencia que presenta este 100 dispositivo a esa temperatura. 10• Resistencia en caliente. Podemos determinar 1 esta resistencia al generar una variación de temperatura mediante algún elemento calefac- -100 0 100 200 300 tor. Para un dispositivo NTC, la resistencia en Temperatura (ºC)72 ELECTRONICA y servicio
  4. 4. Diagrama esquemático general +12V + 12V 330Ω R7 47KΩ 47KΩ R3 R9 8 4 R1 47K 1N4001ELECTRONICA y servicio 4 R12 1.5K 3 + A 1 6 5.1V 2 - 11 3 R13 D3 1.5K 2 555 47KΩ 47KΩ R4 4.7K Q4 R2 D1 SL100 Q1 TR1(NTC) 7 1.5K R10 VR1 5.1V D4 4.7K 1N4001 Q3 10KΩ BC547 C1 + 1 R11 4.7K 5.1v 100µFd 0.01µFd - 25V +12V A,B: LM324 A la carga (RL) VCC R14 R17 47KΩ 47KΩ 5 + 7 B Relevador 6 R15 47KΩ - 2 P2T 12 V 47KΩ R19 1.5K R16 1.5KΩ R18 D5 Q2 5.1V BC547 TR2 (NTC) R20 4.7K VR2 10K Figura 473
  5. 5. Operación del circuito valor en frío tal, que el potenciómetro no alcan- ce a compensar este valor de resistencia.Con las ideas básicas sobre la operación de los Con algunos cálculos sencillos podemos de-elementos ya descritos podemos analizar de terminar, por ejemplo, si aumenta la resistenciamanera completa el circuito. del potenciómetro, el voltaje de referencia au- En la figura 4 se muestra el circuito propues- menta; por el contrario, si la resistencia dismi-to para el control automático de temperatura, nuye, también lo hace el voltaje de referenciadonde podemos identificar con facilidad los di- (figura 5B).ferentes bloques que se proponen en el diagra- El termistor tiene un coeficiente negativo dema que se presentó antes. Este circuito requiere resistencia, lo cual indica que a mayor tempera-de una alimentación de 12 volts regulados (esto tura, menor resistencia. Con esto podemos con-se puede lograr mediante un regulador 7812). cluir que si aumenta la temperatura, disminuye La primera etapa del circuito, constituida por la resistencia y el voltaje de referencia y si, porlos divisores de voltaje formados por las resis- el contrario, disminuye la temperatura, la resis-tencias de R1 a R4; por el potenciómetro VR1 y tencia aumentará provocando también un incre-el termistor, componen el detector de tempera- mento en el voltaje de referencia (terminal ne-tura. En la figura 5A se muestra esta etapa aisla- gativa del comparador).da junto con el comparador para una mejor com- Inicialmente este circuito se encuentra a tem-prensión. peratura normal (ambiente de operación normal, Como podemos apreciar, las resistencias R1 por ejemplo, 20 grados centígrados); la salida dea R4 son del mismo valor, dejando la posible los comparadores es cero, esto es, tiene un ni-variación en el valor de salida (hacia los compa- vel de salida BAJO. Al momento en que seradores) al potenciómetro y al termistor. incrementa la temperatura, los valores en la en- El potenciómetro VR1 sirve, como se podrá dar trada de los comparadores varían, sobre todo encuenta, para ajustar el valor de referencia para las entradas de referencia negativas que son lasque el termistor funcione con su temperatura en que están conectadas a los termistores. Esta va-frío. Este valor del potenciómetro es susceptible riación de temperatura provoca una conmuta-de cambio, ya que el termistor puede tener un ción en la salida del comparador (el intervalo +12V +12V A B Figura 5 Si VR1=10KΩR1 R2 47KΩ 12V 12V +12V i = 47K+47K+10K = 104KΩ Salida + 12V VRE F= iRREF= ( ) ( 57KΩ) 104KΩ - 47KΩ VREF ≈ 6.58VR3 R4 Si VR1 = ØΩ RREF VREF = 6V VREF Termistor VR1 RREF= Resistencia equivalente de VR1 referencia NTC RREF= 47KΩ +VR174 ELECTRONICA y servicio
  6. 6. para que se dé la conmutación se ajusta con el cuando el circuito está encendido con la tempe-potenciómetro VR1). ratura normal, las salidas de los comparadores La siguiente etapa utiliza la salida del com- A y B, así como la salida del monoestable, sonparador para trasladar esta conmutación hacia BAJAS. Con esto, el transistor T3 está apagado yel monoestable (figura 6). provoca que T4 esté encendido; por lo tanto, la carga está conectada a la fuente de alimenta- ción. Al incrementarse la temperatura se genera unEtapa de disparo del monoestable disparo en el monoestable que proviene desde +12V el comparador vía Q1. La salida del monoestable Vcc (terminal 3 del 555), tiene entonces un nivel ALTO, lo que resulta en una conducción del tran-Vref 1 R7 330Ω + sistor Q3 y provoca que Q4 esté en corte. En este LM 324 momento los interruptores se abren, por lo que SalidaVref 2 - el relevador desconecta la carga de la fuente de 1K R5 D2 alimentación. El circuito monoestable mantiene Q1 BC547 ese estado y tiene salida sólo cuando la tempe- 5.1V ratura cae por debajo del nivel bajo de tempera- 5.1K R6 tura determinado por el comparador B, el cual debe cambiar a BAJO y nuevamente encender laFigura 6 carga (conectar a la fuente de alimentación). Es importante insistir que el primer compa- rador se ajusta (mediante VR1) para la tempera- Cuando la salida del comparador es BAJA, el tura en la que el dispositivo a controlar (un ven-diodo zener no se polariza, por lo que el transis- tilador, por ejemplo) está conectado. Altor Q1 está apagado manteniendo la salida de la incrementar este nivel de temperatura, el dispo-etapa en estado ALTO (1 lógico). sitivo se desconecta. Por el contrario, si la salida del comparador La carga se vuelve a conectar hasta que laes ALTA, el diodo zener se polariza, con lo que temperatura cae a un nivel de temperatura deprovoca que el transistor llegue a su estado de reinicio determinada (ajustada) por el compara-saturación y por lo tanto de conducción. dor B. Esta configuración del transistor es un inver- En la figura 8 se presenta el diseño de la ta-sor; debido a esto, la salida es virtualmente co- blilla de circuito impreso, tanto del lado de losnectada a tierra, así que ésta tiene un estado componentes como del lado de la soldadura.BAJO (0 lógico). Aquí es importante mencionar que puede variar El diodo zener se utiliza para garantizar que este diseño en lo que se refiere al relevador, yael transistor se mantenga en los estados de sa- que en ocasiones se encuentran relevadores conturación y corte, es decir, para estar en función diferentes asignaciones de terminales; pero cree-de encendido y apagado. mos que no será difícil resolver esta situación Esta salida, como ya analizamos, es la salida por nuestro lector. Todos los demás elementosinversa del comparador; es la que activa al cir- se colocan en la posición indicada, y sólo se debecuito monoestable hecho con un temporizador tener cuidado con la polaridad de diodos y555 (figura 7). La forma en que está conectado capacitores, así como con la disposición de loseste circuito hace que no sólo dependa de la transistores. Los termistores no tienen polaridad,constante de tiempo normal en este tipo de cir- ya que se comportan como una resistencia.cuitos (T = 1.1 x R9 x C1), sino que también de- Finalmente, debe tener cuidado con la colo-penda del estado en que se encuentra el compa- cación de los chips. La forma en que se marcanrador B (terminal 7 de LM324). Inicialmente, en la figura es la “posición frontal”, es decir laELECTRONICA y servicio 75
  7. 7. Etapa del circuito monoestable y Etapa de salida + Vcc 47K R9 8 4 R12 D6 D3 6 Disparo R13 2 8 Q4 7 R10 D4 D1 Q3 1 5 R11 C1 0.01µFd A la carga 9 Resistencias 47KΩ Vcc 5 Resistencias 1.5KΩ 4 Resistencias 4.7KΩ 2 Preset 10KΩ 2 Termistores NTC 4 Diodos Zener 5.1V 3 Transistores BC547 + 1 Transistor SL100 B Interruptores del 2 Diodos IN4001 - relevador DPDT 1 Capacitor 100µfd 25v 1 Capacitor 0.01µFd R19 D5 Q2 R20 Figura 7terminal 1 del chip se encuentra en la parte infe- biente dentro de un intervalo bien definido derior izquierda del rectángulo marcado para el temperatura.respectivo circuito. Físicamente se observa un Además, si se requiere, en lugar de controlarpunto a la altura de la terminal 1, viendo el chip algún dispositivo calefactor, se puede conectardesde arriba. algún tipo de alarma, incluso con el mismo relevador. Así construimos una alarma contra in-Aplicaciones cendios. En realidad, es cuestión de adaptar este cir-El circuito que acaba de analizarse podemos cuito a las necesidades específicas, ya que esconectarlo, por ejemplo, en algún sistema de ca- muy estable gracias a los componentes y confi-lefacción que debe mantener la temperatura am- guraciones utilizadas.76 ELECTRONICA y servicio
  8. 8. Impreso (lado soldadura) Figura 8 Impreso (lado componentes) C - TR1 + VR1 LM324 555 TR1Termistor 1 TR2 Termistor 2 VR1 Presets 100k VR2 VR2 (+) (-) Relay R2 También, para despertar su curiosidad, hemos En realidad, estos circuitos los encontramosde decirle que mediante termistores se pueden con mucha frecuencia, pero la mayoría de lasconstruir tanto termómetros como medidores de veces pasan desapercibidos. Basados en esteflujo de algún líquido (incluso gases). ¿Y por qué diseño podemos hallar un número ilimitado deno un trabajo un poco más detallado pero no aplicaciones con ciertas variaciones que no cam-menos eficiente?: se pueden usar como biarán su configuración principal. El análisiscompensadores para la polarización de transis- basado en bloques funcionales o etapas permitetores, sobre todo de potencia, los cuales modifi- tanto la comprensión más clara, como la posibi-can sus características con la variación de tem- lidad de sustituir alguna de estas etapas de acuer-peratura, de ahí la importancia de compensar en do con a las necesidades específicas de algunala polarización. otra aplicación.ELECTRONICA y servicio 77

×