Sensor de larga distancia con LM35

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO

FACULTAD INGENIERÍA MECATRÓNICA

INSTRUMENTACIÓN MECATRÓNICA
TEMA: IMPLEMENTACIÓN DE UN SENSOR DE
TEMPERATURA A LARGA DISTANCIA


Sangolquí, 21 de octubre del 2013

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
INSTRUMENTACIÓN MECATRONICA
1. TEMA
Implementación de un sensor de temperatura a larga distancia.
2. OBJETIVOS
2.1. GENERAL
 Realizar el diseño deun circuito que permita la medición de temperatura mediante
el uso de un sensor LM35 considerando las pérdidas de corriente en un cable de 150
metros de longitud y representarlas en un display mediante la utilización de un PIC.
2.2. ESPECÍFICOS
 Implementar las conexiones de los amplificadores operacionales como conversor
de voltaje-corriente y corriente-voltaje.
 Realizar el cálculo deganancia con un amplificador operacional a partir de la señal
de entrada obtenida desde el sensor.
 Conocer el comportamiento de un sensor LM35 con la ayuda de su hoja técnica.
 Analizar las pérdidas de corriente en un cable de 150 metros de longitud.
 Implementar la conexión de representación en un display con la ayuda de un PIC.
3. MARCO TEÓRICO
Sensor de temperatura LM35
El LM35 es unsensor de temperatura integrado de precisión, cuya tensión de salida es
linealmente proporcional a temperatura en ºC (grados centígrados). El LM35 por lo tanto tiene
una ventaja sobre los sensores de temperatura lineal calibrada en grados Kelvin: que el usuario
no está obligado a restar una gran tensión constante para obtener grados centígrados. El LM35
no requiere ninguna calibración externa oajuste para proporcionar una precisión típica de ± 1.4
ºC a temperatura ambiente y ± 3.4 ºC a lo largo de su rango de temperatura (de -55 a 150 ºC).
El dispositivo se ajusta y calibra durante el proceso de producción. La baja impedancia de salida,
la salida lineal y la precisa calibración inherente, permiten la creación de circuitos de lectura o
control especialmente sencillos. El LM35 puedefuncionar con alimentación simple o
alimentación doble (+ y -)
Requiere sólo 60 µA para alimentarse, y bajo factor de auto-calentamiento, menos de 0,1 ºC en
aire estático. El LM35 está preparado para trabajar en una gama de temperaturas que abarca
desde los- 55 ºC bajo cero a 150 ºC, mientras que el LM35C está preparado para trabajar entre
-40 ºC y 110 ºC (con mayor precisión).Características



Calibrado directamente en grados Celsius (Centígrados)
Factor de escala lineal de +10 mV / ºC










0,5ºC de precisión a +25 ºC
Rango de trabajo: -55 ºC a +150 ºC
Apropiado para aplicaciones remotas
Bajo coste
Funciona con alimentaciones entre 4V y 30V
Menos de 60 µA de consumo
Bajo auto-calentamiento (0,08 ºC en aire estático)
Baja impedancia de salida,0,1W para cargas de 1mA

Conversor de voltaje a corriente
Utiliza la siguiente configuración de los amplificadores operacionales

𝐼1 =

𝑉𝐼−𝑉𝑠
𝑅1

𝐼2 =

𝐼3 =

𝑉0−𝑉𝑠
𝑅2

𝐼4 =

Entonces tenemos las siguientes fórmulas:
𝐼1 = −𝐼2
𝑉𝐼 − 𝑉𝑠
𝑉𝑠 − 𝑉𝑜
=
𝑅1
𝑅2
𝑉𝑠 − 𝑉𝑜 =

𝑅2
(𝑉𝑖 − 𝑉𝑠)
𝑅1

𝑉𝑜 − 𝑉𝑠 =

𝑅2
(𝑉𝑠 − 𝑉𝑖)
𝑅1

Reemplazando en la siguiente ecuación tenemos que:
𝐼𝐿 =𝐼3 − 𝐼4 =
𝐼𝐿 =

𝑉𝑜−𝑉𝑠
𝑅3

𝑉𝑜−𝑉𝑠
𝑅3

(𝑉𝑠−𝑉𝑖)𝑅2
𝑅1.𝑅3

−

−

𝑉𝑠
𝑅4

𝑉𝑠
𝑅4

𝑉𝑠
𝑅4

𝐼𝐿 = 𝑉𝑠 (

𝑅2
1
𝑉𝑖. 𝑅2
− )−
𝑅1. 𝑅3
𝑅4
𝑅1. 𝑅3

Considerando que:
𝑅1 = 𝑅2
𝑅3 = 𝑅4
Tenemos que:
𝐼𝐿 = 𝑉𝑠 (

𝑅2
1
𝑉𝑖. 𝑅2
− )−
𝑅4. 𝑅2
𝑅4
𝑅2. 𝑅4

𝑰𝑳 = −𝑽𝒊 (

𝟏
)
𝑹𝟒

Donde:
1
= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛
𝑅4

Conversor de corriente a voltaje
Donde el A1 representa la etapaconversora y A2 produce cambio de signo y proporciona una
ganancia adicional.

𝑽𝒐 = (−𝑹𝑳. 𝑰𝒊)

−𝑹
= 𝑹𝑳. 𝑰𝒊
𝑹

Donde:
𝑅𝐿: 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛

4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
A partir de la medición realizada con el sensor LM35 se realiza el acondicionamiento de la señal
(amplificación), la conversión de la misma de voltaje a corriente para ser enviada por el cable de
150...