CONTROL AUTOMATICO DE TEMPERATURA - …

1 70 ELECTRONICA y servicioCONTROLAUTOMATICO DETEMPERATURACONTROLAUTOMATICO DETEMPERATURAO scar Montoya y Alberto FrancoEn este art culo presentamos uncircuito de CONTROL autom tico detemperatura, el cual, como es obvio,permite controlar la temperaturadentro de un rango m s o menosconstante para sistemas que as lorequieran. Aprovecharemos laoportunidad para revisar algunosaspectos de la operaci n de loscomparadores (utilizandoamplificadores operacionales) y de lostermistores, que permiten convertir loscambios de TEMPERATURA en cambios devoltaje. En este proyecto utilizamos uncircuito multivibrador monoestablepara activar un relevador, que es elque finalmente activa o desactiva a losdispositivos externos (ventilador,calefactor etc.)Introducci nEl circuito se puede utilizar en una gran varie-dad de aplicaciones; entre ellas podemos men-cionar el CONTROL de un ventilador com n, endonde controla sus tiempos de encendido y apa-gado dependiendo de la TEMPERATURA mecanismo se puede ajustar, incluso, entodo un sistema de aire podr encontrar muchas m s aplicacio-nes de este circuito de las que aqu podemosmencionar; lo importante es entender su opera-ci n completa, y es por ello que empezaremosexplicando los bloques funcionales de maneraindependiente, para finalmente observar la ope-raci n general de dicho y servicioAn lisis de los bloques funcionalesLa figura 1 muestra el diagrama a bloques delcircuito de un CONTROL autom tico de temperatu-ra; las partes que lo forman son: Detector de TEMPERATURA (nivel alto y nivelbajo).

2 Comparadores. Referencia de TEMPERATURA (para ajuste de en-cendido y apagado del circuito). Generador de impulso para activar el controlde encendido. Amplificador de salida (para el correcto mane-jo del dispositivo de CONTROL de salida). Dispositivo de CONTROL de salida, el cual se en-carga de activar o desactivar el elemento o sis-tema a controlar (el ventilador por ejemplo).TermistoresAntes de continuar con la descripci n de nues-tro circuito, es importante hacer un par ntesispara describir un dispositivo en el cual es la basepara hacer autom tico el CONTROL de temperatu-ra: el termistor es un tipo de semiconductor dedos terminales que funciona como un transduc-tor de tipo TEMPERATURA -resistencia (el transduc-tor es un dispositivo que convierte fen menosf sicos, como presi n, TEMPERATURA , luz etc., ense ales el ctricas). Es realmente muy sencillo yf cil de aplicar; y aunque no es tan popular comootros dispositivos semiconductores, es igual deeficiente si se le sabe componente tiene una amplia gama deaplicaciones que abarca desde el CONTROL y la me-dici n de TEMPERATURA , hasta la regulaci n decircuitos electr nicos, como en el caso que tra-tamos.

3 Para comprender mejor c mo se logra elcontrol por medio de este dispositivo, haremoslas siguientes consideraciones:1) La corriente que circula por cualquier conduc-tor est afectada, de uno u otro modo, por ) As , en un voltaje determinado, la corrienteque circula por alg n conductor a una tem-peratura de por ejemplo 100 grados cent gra-dos, ser apenas tres cuartas partes de la co-rriente que fluir a por el mismo conductor a25 grados cent ) Con esto podemos afirmar que un aumentode 75 grados cent grados, origina un incremen-to de 1:3 veces la resistencia del ) Debido a esto, todo material conductor tieneuna constante llamada coeficiente de tem-peratura de resistencia , que indica qu tantocambia la resistencia del material con la va-riaci n de la altoDetector de TEMPERATURA (transductor)ComparadorGenera dor depulsos de disparoAjuste de temperaturaAmplificadorde salidaDispositivo decontrol externoDetector de TEMPERATURA (transductor)Nivel BajoDiagrama a bloques del sistema de CONTROL autom tico de temperaturaFigura 172 ELECTRONICA y servicioUna de las formas en que se puede utilizar untermistor es como divisor de voltaje, ya quela variaci n de voltaje es inmediata con la va-riaci n de la resistencia del termistor; y es pre-cisamente este principio el que se utiliza eneste ya comentamos, este dispositivo es rela-tivamente sencillo.

4 La resistencia var a en unvalor conocido (dato proporcionado por el fa-bricante). La mayor a de los termistores tienenun coeficiente negativo de TEMPERATURA (NTC:negative temperature coefficient), pero tambi nhay los que tienen coeficiente positivo de tem-peratura (PTC).Aun cuando el termistor se considera comouna resistencia, lo que lo distingue de estos dis-positivos es el material del cual est resistencias normalmente contienen car-b n, mientras que los termistores est n hechosa partir de elementos como el cobalto, n quel, utilizar este tipo de componentes y po-der incorporarlos en nuestro circuito, debemosconocer las caracter sticas del termistor quemarca el fabricante. Esto no siempre es posible,debido a que en los sitios donde se venden es-tos componentes, o no tienen estas hojas, o losvendedores no se toman la molestia de buscarentre sus cat logos la informaci n; as que esmejor tomar un camino la figura 2 se muestra el s mbolo del termis-tor en sus dos posibilidades, las de caldeo indi-recto y de caldeo directo; estos ltimos son losque encontramos normalmente en el sticas del termistor Resistencia en fr o.

5 Indica la resistencia medi-da a una TEMPERATURA ambiente normal (25 gra-dos cent grados por ejemplo). Pero si se va atrabajar a una TEMPERATURA distinta, entoncesdeber medirse la resistencia que presenta estedispositivo a esa TEMPERATURA . Resistencia en caliente. Podemos determinaresta resistencia al generar una variaci n detemperatura mediante alg n elemento calefac-tor. Para un dispositivo NTC, la resistencia encaliente es menor que la resistencia en fr o,mientras que para un elemento PTC, la resis-tencia en caliente es mayor que la resistenciaen fr o. Resistencia en funci n de la TEMPERATURA . Es lacaracter stica que presenta normalmente el fa-bricante, en forma de una gr fica como la mos-trada en la figura mbolo de un termistora) De caldeo directob) De caldeo indirectoTermistorElemento calefactorSe le llama de caldeo directo , porque la TEMPERATURA queincide sobre el termistor es la del medio le llama de caldeo indirecto , porque el caldeo (aplicaci n de calor) es producido principalmente por un elemento calefactor el ctrico incorporadodentro del 210M1M100K10K1K100101-100 0 100 200 300 Gr fica caracter stica t pica de resistencia-temperaturaen un termistor ( ) TEMPERATURA ( C)Figura 373 ELECTRONICA y FdR11R10+ 12VA la carga(RL)+-R19R20D5Q2BC547 Relevador2 P2T 12 VDiagrama esquem tico general3555+-VCCTR2(NTC)+12V+-TR1(NTC)+ R7R1R247K 47K 47K VR110K 47K 47K 47K ,B.

6 LM324R14R15R16R18R17VR210K47K 47K 474 ELECTRONICA y servicioOperaci n del circuitoCon las ideas b sicas sobre la operaci n de loselementos ya descritos podemos analizar demanera completa el la figura 4 se muestra el circuito propues-to para el CONTROL autom tico de TEMPERATURA ,donde podemos identificar con facilidad los di-ferentes bloques que se proponen en el diagra-ma que se present antes. Este circuito requierede una alimentaci n de 12 volts regulados (estose puede lograr mediante un regulador 7812).La primera etapa del circuito, constituida porlos divisores de voltaje formados por las resis-tencias de R1 a R4; por el potenci metro VR1 yel termistor, componen el detector de tempera-tura. En la figura 5A se muestra esta etapa aisla-da junto con el comparador para una mejor com-prensi podemos apreciar, las resistencias R1a R4 son del mismo valor, dejando la posiblevariaci n en el valor de salida (hacia los compa-radores) al potenci metro y al potenci metro VR1 sirve, como se podr darcuenta, para ajustar el valor de referencia paraque el termistor funcione con su TEMPERATURA enfr o.

7 Este valor del potenci metro es susceptiblede cambio, ya que el termistor puede tener unvalor en fr o tal, que el potenci metro no alcan-ce a compensar este valor de algunos c lculos sencillos podemos de-terminar, por ejemplo, si aumenta la resistenciadel potenci metro, el voltaje de referencia au-menta; por el contrario, si la resistencia dismi-nuye, tambi n lo hace el voltaje de referencia(figura 5B).El termistor tiene un coeficiente negativo deresistencia, lo cual indica que a mayor tempera-tura, menor resistencia. Con esto podemos con-cluir que si aumenta la TEMPERATURA , disminuyela resistencia y el voltaje de referencia y si, porel contrario, disminuye la TEMPERATURA , la resis-tencia aumentar provocando tambi n un incre-mento en el voltaje de referencia (terminal ne-gativa del comparador).Inicialmente este circuito se encuentra a tem-peratura normal (ambiente de operaci n normal,por ejemplo, 20 grados cent grados); la salida delos comparadores es cero, esto es, tiene un ni-vel de salida BAJO.

8 Al momento en que seincrementa la TEMPERATURA , los valores en la en-trada de los comparadores var an, sobre todo enlas entradas de referencia negativas que son lasque est n conectadas a los termistores. Esta va-riaci n de TEMPERATURA provoca una conmuta-ci n en la salida del comparador (el intervalo+12VR2R1R3R4VR1 TermistorNTC+12V+-+12V47K 47K VR1 RREFVREFS alidaSi VR1=10K i =12V47K+47K+10K=12V104K VRE F= iRREF= ( ) ( 57K )12V104K VREF VR1 = VREF = 6 VABRREF= Resistencia equivalente dereferenciaRREF= 47K +VR1 Figura 575 ELECTRONICA y serviciopara que se d la conmutaci n se ajusta con elpotenci metro VR1).La siguiente etapa utiliza la salida del com-parador para trasladar esta conmutaci n haciael monoestable (figura 6).Cuando la salida del comparador es BAJA, eldiodo zener no se polariza, por lo que el transis-tor Q1 est apagado manteniendo la salida de laetapa en estado ALTO (1 l gico).

9 Por el contrario, si la salida del comparadores ALTA, el diodo zener se polariza, con lo queprovoca que el transistor llegue a su estado desaturaci n y por lo tanto de conducci configuraci n del transistor es un inver-sor; debido a esto, la salida es virtualmente co-nectada a tierra, as que sta tiene un estadoBAJO (0 l gico).El diodo zener se utiliza para garantizar queel transistor se mantenga en los estados de sa-turaci n y corte, es decir, para estar en funci nde encendido y salida, como ya analizamos, es la salidainversa del comparador; es la que activa al cir-cuito monoestable hecho con un temporizador555 (figura 7). La forma en que est conectadoeste circuito hace que no s lo dependa de laconstante de tiempo normal en este tipo de cir-cuitos (T = x R9 x C1), sino que tambi n de-penda del estado en que se encuentra el compa-rador B (terminal 7 de LM324). Inicialmente,cuando el circuito est encendido con la tempe-ratura normal, las salidas de los comparadoresA y B, as como la salida del monoestable, sonBAJAS.

10 Con esto, el transistor T3 est apagado yprovoca que T4 est encendido; por lo tanto, lacarga est conectada a la fuente de alimenta-ci incrementarse la TEMPERATURA se genera undisparo en el monoestable que proviene desdeel comparador v a Q1. La salida del monoestable(terminal 3 del 555), tiene entonces un nivelALTO, lo que resulta en una conducci n del tran-sistor Q3 y provoca que Q4 est en corte. En estemomento los interruptores se abren, por lo queel relevador desconecta la carga de la fuente dealimentaci n. El circuito monoestable mantieneese estado y tiene salida s lo cuando la tempe-ratura cae por debajo del nivel bajo de tempera-tura determinado por el comparador B, el cualdebe cambiar a BAJO y nuevamente encender lacarga (conectar a la fuente de alimentaci n).Es importante insistir que el primer compa-rador se ajusta (mediante VR1) para la tempera-tura en la que el dispositivo a controlar (un ven-tilador, por ejemplo) est conectado.