Una vez más, después de bastante tiempo vengo a compartir este proyecto con ustedes.
En este post vamos hacer uso de un termistor de ciertas características para su aplicación como sensor de temperatura.
En este post vamos hacer uso de un termistor de ciertas características para su aplicación como sensor de temperatura.
Pero antes, ¿Qué es un Termistor?
Es una resistencia sensible a los cambios de temperatura, para ser más precisos, un termistor cambia su resistencia interna con respecto a los cambios de temperatura que percibe, dependiendo del tipo de termistor que usemos eleva o disminuye su resistencia.
Para no entrar en detalles ni gráficas tan complicadas platicaremos brevemente los termistores más usados.
Termistor NTC (Negative Temperature Coefficient)
Disminuye su resistencia conforme aumenta la temperatura.
Termistor PTC (Positive Temperature Coefficient)
Aumenta su resistencia conforme aumenta la temperatura.
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Con la idea de no hacer tan complejo este post y todos podamos usar un termistor como sensor de temperatura, daremos paso a describir este proyecto que es muy fácil de hacer.
Lo primero, los termistores que hay en el mercado son de coeficiente negativo y coeficiente positivo, como ya lo mencionamos, y son de valores en ohms, kilo ohms, etc.
Pero, ¿Cómo empezar si quiero usar un termistor como sensor de temperatura?
Antes que todo preguntar en las tiendas de electrónica de su preferencia, consultar con su vendedor el valor y el tipo de termistor que tengan disponible.
En mi caso, voy hacer uso de un termistor de temperatura de coeficiente negativo (NTC), de 10kΩ a temperatura ambiente (aprox. 25 grados centígrados) que en una ocasión me prestaron para un proyecto que realice.
No cuento con la hoja de especificaciones de dicho termistor, pero a quien le interese dejo un link del datasheet de un termistor similar al que maneje, más que nada para que vean las características que tiene y los valores y rangos que maneja.
http://www.mouser.com/ds/2/427/ntcle203-105419.pdf
Diseño General del acondicionamiento del termistor como sensor de temperatura.
Un boceto del diseño general de todo el circuito.
Lo hago en hoja de cuaderno para que cada quien quiera diseñarlo en el software de su preferencia (En una futura publicación mencionare el diseño en el software de mi preferencia), pero bien, ¿cómo es que resulto ese diseño?
En el momento en que tengamos el termistor en nuestras manos (en mi caso, de 10KΩ y NTC), proseguiremos a caracterizarlo.
Sabemos que a cierta temperatura el termistor tiene cierta resistencia, y que dicha resistencia varía con respecto a la temperatura.
Lo que hice fue un procedimiento algo complicado más que nada por la paciencia que hay que tener.
Con ayuda de un calentador de laboratorio, agua, 3 multímetros y un termómetro digital, me di a la tarea de obtener el valor de la resistencia para cada grado centígrado del termistor en un rango que yo mismo definí.
Fui anotando cada resultado en una tabla para al obtener todas las mediciones; graficarlo y obtener una curva que lo caracterizara, además, esos datos me ayudarían a realizar algunos cálculos para hacer el diseño.
Este es una imagen de la grafica que caracteriza al termistor.
Hay dos formas de utilizar un termistor para censar temperatura que conozco.
1.- Por medio de un divisor de voltaje.
2.- Usando un Puente de Weahtstone.
Yo use la segunda opción, ya que a mi parecer es la que me permite obtener una respuesta similar a un sensor de temperatura LM35 (Semiconductor).
No describiré como funciona un puente de weahtstone, no es el objetivo de la publicación, solo describiré el procedimiento que usé para obtener el voltaje de alimentación y el valor de cada resistencia que componen al puente.
Depende de cada quien si quieren profundizar en el tema de puentes de weahtstone, hay mucha información en internet.
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1.- Se selecciona un máximo, un mínimo y una temperatura intermedia, con distancia de 25 Grados centígrados entre sí con su respectivo valor de resistencia.
Y por medio de la siguiente formula procederemos a calcular el valor de R1
R1=R3=6.74KΩ
Sabemos que la respuesta del LM35 es de 10mV/1°C
V0=250mV (25°C)
R4=9.82 KΩ, ya que es el valor del termistor a 25°C el cual estamos proponiendo para V0.
El valor de R2=28.32KΩ. Este valor corresponde a la resistencia del termistor en la temperatura mínima que propusimos 2°C.
Con estos datos continuaremos, ya que a partir de ellos obtendremos el valor de voltaje que debe suministrar nuestra fuente de alimentación para el puente de weahtstone.
Utilizando la siguiente formula sabremos cual es el valor.
Ahora sabemos cuál debe de ser el valor de nuestra fuente que alimenta al puente de weahtstone para que tenga una respuesta similar al LM35.
¿Pero cómo obtenemos ese voltaje?
A partir de un regulador de referencia.
Buscando en internet me encontré con un regulador que provee el voltaje que yo requiero para alimentar el puente, LM385Z
Antes que todo el manual de usuario del regulador.
http://www.ti.com/lit/ds/snvs741f/snvs741f.pdf
Usé una configuración que menciona el manual para proveer los 1.29 Volts al puente.
2.- Ahora, no podemos usar por si solo el regulador para suministrar a todo el puente, si el puente necesitara corriente, la ocuparía del regulador, por lo tanto habría una caída de voltaje y eso ocasionaría que el puente sufriera modificaciones, en instrumentación eso no es bueno, por lo tanto recurrimos a una fuente de corriente echa con un amplificador operacional y un transistor.
Hay muchas configuraciones en internet que pueden ocupar, yo encontré una, la implemente y funciono.
3.- Una vez que el puente esta alimentado con el voltaje necesario, si medimos entre las dos terminales del puente, habrá un voltaje que varía respecto a la temperatura, el detalle es que dicho voltaje no tiene un punto de referencia, hacemos uso de un amplificador de instrumentación, puede usarse un amplificador diferencial, pero es un tanto complejo armar y la idea de este proyecto es hacerlo fácil, use un amplificador de instrumentación que tengo disponible, AD620, el cual es un encapsulado de 8 pines el cual es programado con pocos componentes externos.
http://users.ece.utexas.edu/~valvano/Datasheets/AD620.pdf
Para ser más preciso, el amplificador de instrumentación funcionara en modo diferencial, esto es que restara las señales que lleguen a sus entradas, dando como resultado el voltaje deseado con un punto de referencia que puede ser manipulado fácilmente.
Lo que quiero decir es que nosotros podremos colocar nuestro multímetro a la salida del amplificador de instrumentación y una punta a GND y nos dará un voltaje, esa señal es la que entrara a uno de los puertos ADC con el que cuenta el microcontrolador.
Hasta ahora hemos acondicionado nuestro circuito de tal forma que a partir de un termistor obtenemos un voltaje que es 10mV/1°C, todo eso ha sucedido con componentes analógicos, a partir de este momento usaremos el poder de un microcontrolador para procesar la señal y obtener la respuesta que queremos por medio de un LCD (Liquid Crystal Display), use Arduino, por ser demasiado fácil de manipular, demasiado fácil de entender, de conseguir y sobre todo porque está muy de moda hoy en día.
Hay infinidad de información de cómo programar un arduino, de cómo usarlo, las características que tiene y sobre todo, la programación correspondiente para usar un sensor de temperatura y un LCD.
Usar toda la tabla de experimentación del Arduino UNO es incómodo, ocupa mucho espacio, solamente saque el microcontrolador y lo puse en el protoboard.
No abarcare nada de eso, pues sería muy extenso explicar a detalle todo.
Algunas imágenes del proyecto terminado, menciono que todo está elaborado en protoboard, quiero hacer un nuevo post con un diseño del mismo proyecto pero en PCB, explicando la manera de hacerlo.
Una comparativa entre el sensor LM35 y el Termistor (El multímetro nos da la temperatura del LM35 en mili volts, por lo cual si marca .198mV son 19.8°C)
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Menciono que el sensor de temperatura tiene un porcentaje de error bastante considerable, el hecho es el uso de resistencias de valores comerciales, mi recomendación es usar resistencias de precisión para obtener mejores resultados o por medio de software corregir ese porcentaje de error.
Espero que este post sea de utilidad para ustedes y si tienen alguna duda con gusto responderé.
Si encuentran fallas o tienen algún aporte, no duden en compartirlo con la comunidad.
Gracias.