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INTRODUCCIÓN SENSORES DECISIÓN REGULACIÓN EL REGULADOR Montoya.

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Presentación del tema: "INTRODUCCIÓN SENSORES DECISIÓN REGULACIÓN EL REGULADOR Montoya."— Transcripción de la presentación:

1 INTRODUCCIÓN SENSORES DECISIÓN REGULACIÓN EL REGULADOR Montoya.

2 SONDAS SENSORES INTEGR. ATRÁS

3 CONVERTIDORES CTRL AUTOMÁTICO CTRL INFORMATICO ATRÁS

4 DESCRIPCION SIST EVALUACIÓN ATRÁS

5 TERMOPAR RESISTENCIA TERMISTANCIAS CUARZO BIMETÁLICOS DILATACIÓN OPTICA PIRÓMETROS ATRÁSHOME

6 INTRODUCCIÓN SERIE MTS SERIE AD590 SERIE LM135 ATRÁSHOME

7 DIAGR. BLOQUES ETAPA MEDIDA ETAPA CONTROL ATRÁSHOME

8 INTRODUCCIÓN L os cambios meteorológicos son importantes en el empleo de las fuentes energéticas convencionales L a mayoría de las centrales como edificios trabajan sin tener en cuenta determinadas situaciones ambientales L a experiencia señala que la variación de temperatura en una central es importante como para modificar la necesidades de calefacción ATRÁS

9 LÍQUIDOS GAS ATRÁS

10 ATRÁSHOME ADELANTE RANGO ERROR -273 A A 4ºC

11 ATRÁSHOME RANGO ERROR -273 A A 4ºC

12 L os sensores están basados en un cristal de cuarzo, que es un material piezoeléctrico. E l método consiste en medir la frecuencia del oscilador, sometido a la temperatura que desea conocer, mediante un contador que emplea como reloj de referencia. A ptos para determinar, por ejemplo, puntos de ebullición de líquidos, o para emplearlos como referencia para calibración. ATRÁSHOME RANGO PRECISIÓN -80 A 250 0,04ºC

13 E n general, al aumentar la temperatura de un cuerpo, sometido a presión constante su volumen también aumenta. E l líquido más empleado es el mercurio, ya que tiene un comportamiento muy lineal y además, por ser un metal, tiene una buena conductividad térmica, dando una respuesta rápida. A provechando que el mercurio es un buen conductor eléctrico, existen termómetros que incluyen dos hilos de contacto, cerrándose el camino entre ellos cuando se alcanza una temperatura determinada. Aun que el contacto sólo permite el paso de una corriente del orden de miliamperios. ATRÁSHOME RANGO PRECISIÓN -200 A 600 0,01ºC

14 T odo cuerpo a temperatura superior al cero absoluto emite radiación electromagnética que depende de la temperatura del cuerpo y de su naturaleza. A partir de 500ºC, la radiación emitida es visible (rojo oscuro), mientras que por debajo de dicha temperatura sólo se recibe radiación en forma energía calorífica. ATRÁSHOME ADELANTE RANGO ºC ERROR -15 A 3870 DE 3% A 0,5%

15 ATRÁSHOME S e puede medir, pues, la temperatura de un cuerpo a base de detectar la energía que irradia, suponiendo conocida su emisividad (que puede encontrarse en distintas tablas). C aracterísticas comunes a todos los pirómetros de radiación, es que incluyen lentes ( y espejos) para poder medir la temperatura de superficies pequeñas sin perder por ello sensibilidad, y que cuando se desea alta sensibilidad, incorporan troceados (choppers) que interrumpen periódicamente la radiación incidente sobre el detector, que así da una señal alterna de salida, evitando las derivas térmicas de los amplificadores. RANGO ºC ERROR -15 A 3870 DE 3% A 0,5%

16 T ambién la dilatación de los sólidos se aplica tanto a la medida como al control de temperatura. Los bimetales se basan en esta propiedad. C onsisten en dos metales con distinto coeficientes de dilatación térmica unidos firmemente ( por ejemplo mediante soldadura autógena), y sometidas a la misma temperatura la pieza se deforma según un arco circular. R= 2e/(3( A - B )(T2-T1)) ATRÁSHOME RANGO ERROR -75 A 540 1%

17 L os sensores basados en fibras ópticas son un subproducto del desarrollo de esta tecnología en el campo de las comunicaciones. S on dos los tipos de sensores aplicados a la medida de temperatura: aquellos en los que la fibra es a la vez sensor, y aquellos en los que la fibra sólo sirve de guía óptica para llevar y recoger la luz del sensor. ATRÁSHOME ADELANTE RANGO PRECISIÓN -50 A 500 NE

18 L os del primer grupo aprovechan, por ejemplo, que un cambio de temperatura produce un desfase en la luz que se propaga a lo largo de la fibra, hecho que puede detectar mediante interferometría. L os termómetros que emplean un sensor distinto de la propia fibra han encontrado, por ahora, mayor aplicación industrial. Se han aplicado las fibras ópticas, por ejemplo, a la medida de luminiscencia de cuerpos a temperatura alta (pirometría), para recoger la luz emitida por estos cuando quedan fuera de la visual. ATRÁSHOME RANGO PRECISIÓN -50 A 500 NE

19 E n un conductor, el número de electrones disponibles para la conducción no cambia con la temperatura, sólo se altera su agitación. En un semiconductor, en cambio, aumenta el número de portadores al crecer la temperatura, reduciéndose la resistencia eléctrica (Coeficiente de temperatura negativo : NTC). E sta dependencia varía con la presencia de impurezas, y si el dopado se hace muy intenso, el semiconductor adquiere propiedades metálicas, con coeficiente de temperatura positivo (PTC). ATRÁSHOME ADELANTE RANGO ERROR -100 A 450 0,005%

20 L os materiales que se emplean para las NTC son óxidos metálicos dopados, que se mezclan y sinterizan en una atmósfera controlada, dándoles la forma y tamaños deseados. La porción de óxidos determina la resistencia y el coeficiente de temperatura: el de manganeso aumenta ambos, el de cobalto aumenta algo la sensibilidad, el del cobre reduce la resistencia, etc. P ara altas temperaturas se emplean óxidos de ytrio y circonio. ATRÁSHOME ADELANTE RANGO ERROR -100 A 450 0,005%

21 P ara las PTC hay dos tipos de comportamiento en la variación de la resistencia con la temperatura, según la composición y el dopado. Las de tipo cerámico presentan un cambio brusco de resistencia cuando se alcanza una temperatura determinada (Temperatura de Curie): son los >, empleados sobre todo en control. Las basadas en silicio dopado, presentan una variación más suave, y además suelen linealizarse con una resistencia en paralelo: son los > o >. ATRÁSHOME RANGO ERROR -100 A 450 0,005%

22 L os metales presentan un coeficiente de temperatura positivo, como resultado del cambio de dimensiones y de resistividad que experimentan al variar la temperatura. En un margen de temperaturas reducido, variable de unos a otros metales, el cambio de resistencia es proporcional al cambio de temperaturas. A diferencia de los sensores basados en la dilatación, el cambio de resistencia eléctrica de un conductor no permite obtener directamente de por sí una indicación ni una acción de control directa. ATRÁSHOME ADELANTE RANGO PRECISIÓN -260 A 960 0,01ºC

23 E l platino es el metal que ofrece un margen lineal más amplio (-200 a 850 ºC, e incluso superior con ciertas correcciones), con una sensibilidad aceptable y con una gran repetibilidad si tiene pureza suficientemente alta. P ara márgenes más reducidos se pueden emplear materiales más baratos: níquel. cobre y aleaciones de níquel y cobre P ara temperaturas altas se emplea wolframio. ATRÁSHOME RANGO PRECISIÓN -260 A 960 0,01ºC

24 R esulta pues, que en un circuito de dos metales distintos, con dos uniones a distinta temperatura, aparece una corriente (hay una conversión de energía térmica a energía eléctrica), o bien, si se abre un circuito, una fuerza (termo) electromotriz, que depende de los metales y de la diferencia de temperaturas de las uniones. Este es el efecto Seebeck, y constituye el fundamento de la medida de temperatura con termopares. ATRÁSHOME ADELANTE RANGO ERROR -270 A ,5% A 2%

25 A hora bien al medir la señal de un circuito de termopares hay que procurar que la corriente que circula por él sea mínima (una de las uniones se enfriaría y la otra se calentaría). L a adecuada disposición de una unión de referencia es una condición crítica. ATRÁSHOME ADELANTE RANGO ERROR -270 A ,5% A 2%

26 U na solución es el puente de Wheatstone. O tra alternativa es mantener la unión de referencia en un horno termostatado, y ajustar cero en el dispositivo de lectura, pero obviamente es una solución más cara. ATRÁSHOME ADELANTE RANGO ERROR -270 A ,5% A 2%

27 E n caso contrario, la unión no debe entrar en contacto con el medio, y se ofrecen normalmente dos alternativas: puede que esté soldada o no a la vaina (metálica). O tro factor importante en la aplicación de los termopares es la elección de la vaina y de la protección de la unión de medida. P ara tener medidas rápidas, y si el medio no es corrosivo, puede emplearse una unión sin recubrimiento alguno. ATRÁSHOME ADELANTE RANGO ERROR -270 A ,5% A 2%

28 E n el primer caso, la respuesta es más rápida, pero puede haber errores debido a interferencias eléctricas. S i la unión está aislada de la vaina, la respuesta es más lenta, pero está apantallada eléctricamente por ésta, y el termopar puede colocarse en contacto con un cuerpo que sea buen conductor eléctrico, sin peligro alguno. ATRÁSHOME ADELANTE RANGO ERROR -270 A ,5% A 2%

29 E n los termómetros destinados a medir temperaturas de medios tenemos los modelos :TPP, TPR, TJA y TJC. Se clasifican por: Inercia calorífica (5s pequeña capacidad, 60s inercia moderada, 180s gran inercia y más 180s no normalizada). Aislantes. Diámetro cables. Materiales cables. Camisas de protección. ATRÁSHOME ADELANTE RANGO ERROR -270 A ,5% A 2%

30 E JEMPLOS: TJA-0515 y TJC-051: Diámetro 1,2mm; aislante cerámico;relleno de camisa con polvo cerámco; cierre hermético de compuesto epóxido. Camisa 1. Para presiones próximas a la atmosférica. Camisa5. Temperaturas de 560ºC con presión de 14MPa.(vapores sobrecalentados). Camisa 6. Temperaturas de -50ºC. ATRÁSHOME RANGO ERROR -270 A ,5% A 2%

31 L a dificultad en el empleo de los transistores como sensores de temperatura es la de encontrar modelos con características suficientemente apareadas como para permitir su intercambio. E s un hecho conocido que las características de los transistores y de los circuitos integrados se degradan con la temperatura B ajo coste, su estabilidad en el tiempo, su sensibilidad y linealidad los hacían recomendables para esta aplicación. ATRÁSHOME

32 H abitualmente, se observa una dispersión de un modelo a otro –bastante importante de las tensiones base-emisor de los transistores para una polarización dada E n el caso de los transistores MTS102/3/5 de Motorola esta tensión está comprendida entre 580 y 620 mV a 25ºC, para una corriente de colector de 100 microamperios y un montaje en que el colector y base están conectados entre si. ATRÁSHOME RANGOºC PRECISIÓN -40 A A 10ºC

33 P ara tensiones de alimentación comprendidas entre 4V y 30V el circuito se comporta como un generador de corriente de mA/K. Un ajuste a láser de las resistencias del chip permite calibrar el circuito de manera que entregue una corriente de 298,2 A a 298,2ºK (+25ºC). E l AD590 de Analog Devices es, sin duda, el más conocido de todos los sensores de temperatura en circuito integrado. E ste circuito entrega una corriente de salida proporcional a la temperatura absoluta. ATRÁSHOME RANGOºC PRECISIÓN -55 A A 6ºC

34 E ste circuito de dos patillas se comporta como un diodo Zener cuya tensión de ruptura fuera proporcional a la temperatura, según la ley 10mV/ºK. C on los LM 134/234/334, los LM 135/235/335 y el LM 3911, National Semiconductor es la sociedad que dispone de la más amplia gama de sensores de temperatura. N os limitaremos aquí a la descripción del LM 135, cuyo margen de temperatura se extiende desde –55ºC hasta +150ºC. ATRÁSHOME RANGOºC PRECISIÓN -55 A A 3ºC

35 C asos: Neumáticos : Sensor de bulbo; Señal de 3 y 15 psi (SAMA); velocidad de respuesta 2s. Electronicos : Sensores RTD,termopar...; Señal de 4 a 20 mA (SAMA); Incorporan: compensación soldadura fría,linealizacción y aislamiento galvánico. L a medida efectuada puede quererse llevar a algún lugar distante, como un registrador, indicador o sistema de control. El transmisor efectúa esta función, y el tipo de transmisor empleado dependerá fundamentalmente del sistema de medida y del de control. ATRÁSHOME ADELANTE

36 C asos: Neumáticos- eléctricos: Sensor tipo bulbo; Señal de 4 a 20 mA; Regulación electrónica. Electricos- neumáticos: Sensor termopar,RTD...; Señal linealizada de 3 a 15 psi. Ambos en uno: Señal de 4 a 20mA a señal de 3 a 15psi o a la inversa ATRÁSHOME

37 L os factores que influyen son: Inercia térmica, ubicación del sensor, fuente de calor y área a regular, velocidad de respuesta (con sensibilidad del regulador) y equilibrio térmico. L a precisión de un sistema de regulación de la temperatura es el factor más influyente en el precio y su valor vendrá dado por la propia aplicación. E videntemente la precisión en la regulación nunca podrá ser mejor que la que pueda ofrecer el regulador.Se trata de obtener el máximo rendimiento. ATRÁSHOME ADELANTE

38 P ara obtener una buena regulación con un aporte calorífico mínimo, la conductividad térmica del sistema debe ser elevada, y la disipación de calor mínima. Para ello el sistema debe aislarse de cualquier estructura soporte. E s importante situar el sensor lo más cerca posible del área o elemento a regular. L a inercia térmica es el factor más influyente en la precisión del sistema. Para reducirla hay que emplear materiales y técnica que incrementen la velocidad de distribución de temperatura ATRÁSHOME ADELANTE

39 E n los sitemas todo/nada es importante la frecuencia de conmutación. El problema ser reduce con componentes eléctronicos con salida tiristor o triac en lugar de relé, pero el coste es algo mayor. L a regulación prporcional es adecuada cuando el sistema efectúa ciclos continuos de trabajo, pues minimiza riesgo de sobrecalentamiento. Presente el incoveniente de deriva térmica o descenso de la temperatura de consigna. Solución: reguladores PI. ATRÁSHOME

40 L as tarjetas de circuito impreso efectúan las funciones de forma independiente.(sistemamodular) (marca:Omega). E l mercado pone a disposición una serie de sistemas de adquisición y tratamiento de datos bajo forma de >, o bien en forma de circuito impreso. L os > son aparatos integrados con funciones de adquisición de datos, linealización,tratamiento, calibración, indicación y almacenamiento de datos. ATRÁSHOME ADELANTE

41 ¡¡¡TODOS ESTOS SISTEMAS SON PARA EL CASO CON ENTRADAS NUMEROSAS Y VARIABLES A CONTROLAR TAMBIÉN!!! ATRÁSHOME

42 H aciendo un análisis comparativo nos encontramos con que los semiconductores presentan una serie de ventajas muy importantes, para rangos de temperaturas que van desde –60ºC a 150ºC, destacándose sobre todo por un bajo coste y su linealidad. D estacamos dos técnicas para configurar un sensor de este tipo. Una de ellas es utilizar un transistor como diodo. Otro procedimiento variante del anterior consiste en la utilización de dos transistores idénticos y apareados, midiendo la diferencia entre las tensiones de las uniones base- emisor, con corrientes de colector diferentes. ATRÁSHOME ADELANTE

43 D e los diferentes C.I. monolíticos conocidos en el mercado, posiblemente los de uso más extendido sean el AD- 590 y los LM/ 135/235/335. S egún la primera idea se han desarrollado los transistores MTS 102/3/5 de Motorola, especificados ya no como transistores especiales que son, sino como sensores de temperatura. L a obtención de mejores resultados aconseja actualmente orientarse a los circuitos integrados monolíticos, en los que manteniéndose un bajo coste ofrecen características muy interesantes. ATRÁSHOME ADELANTE

44 E n nuestra aplicación hemos desechado el AD- 590 debido a las dificultades de suministro así como por problemas de vida. E l LM- 135 seleccionado, presenta además de un bajo coste unas características compatibles con nuestras especificaciones. ATRÁSHOME ADELANTE

45 ATRÁSHOME E n cuanto al encapsulado, interesa que las medida de temperatura del agua sean los más precisas y rápidas posibles. Con estos condicionantes se ha elegido el LM- 135-H, que se presenta con encapsulado TO-46. Para la medida de temperaturas ambientes se utilizará el LM- 135-Z, que se presenta con encapsulado tipo TO-92.(cte térmica más lenta, el ambiente cambia más lentamente).

46 E l controlador consta de dos sensores de temperatura, los cuales miden, respectivamente, la temperatura en ºK del medio ambiente y del agua que sale de la caldera y circula por el sistema de calefacción. A continuación mediante adaptadores se acondiciona la impedancia de los sensores al circuito y se convierte la temperatura medida a ºC, teniendo así la temperatura del aire T a y la del agua T H en ºC. ATRÁSHOME ADELANTE

47 L a temperatura teórica de consigna es comparada continuamente con la temperatura del agua del sistema de calefacción. P ara que el sistema no este continuamente oscilando con arrancadas y paradas continuas del quemador, se hace que el comparador funcione con una histéresis de 4ºC. ATRÁSHOME ADELANTE U n siguiente paso es generar la temperatura teórica de consigna T* H, la cual puede ser visualizada al igual que las temperaturas del aire ambiente y del agua del sistema de calefacción en el display digital.

48 ATRÁSHOME

49 l a etapa de medida está formada por los sensores térmicos para el aire y el agua respectivamente con los correspondientes circuitos de polarización y adaptadores. E n los extremos de los sensores se tendrá un tensión que equivaldrá al valor de la temperatura del medio, a razón de –10mV/ºK. Para que ese valor de tensión pueda ser leído en ºC, se conecta, en el caso del aire ambiente, a una unidad que además adapta la impedancia del sensor del circuito. ATRÁSHOME

50 l a etapa de control está formada por el generador de la temperatura teórica de consigna, el comparador, los limitadores de temperatura ambiente y temperatura máxima del agua, el amplificador y relé y el visualizador. E n cuanto al limitador de temperatura ambiente (CI-5) la entrada no inversora se ajustará a una tensión equivalente a 20ºC, (0,2V). ATRÁSHOME ADELANTE

51 ATRÁSHOME ADELANTE E l limitador de máxima temperatura de agua mediante una tensión equivalente a los 90ºC, (0,9V), hará que cuando la temperatura del agua supere los 90ºC el sistema no entre en funcionamiento hasta que la temperatura del agua no descienda hasta los 86ºC.

52 ATRÁSHOME

53 ATRÁSHOME Resumen: Menor tiempo de subida o alcance de respuesta--> Menor consumo de combustible en arranque. Temperatura de consigna más adecuada. Adaptación dinámica a lo largo del día. Desconexión y conexión automática de dos tipos: de seguridad y con el entorno. Monitorización del funcionamiento.


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