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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
ESCUELA DE INGENIERÍA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL DE
TEMPERATURA INTEGRAL PARA INVERNADEROS
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO EN
ELECTRÓNICA Y CONTROL
MARTIN EDUARDO GARCÍA ALDAS
OMAR FABRICIO LASLUISA ABRIL
DIRECTORA: ING. ANA RODAS
Quito, Julio 2002
DECLARACIÓN
Nosotros, García Aldas Martín Eduardo -y Lasluisa Abril Ornar Fabricio,declaramos, bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de nuestra autoría;que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificaciónprofesional; y, que he hemos consultado las referencias bibliográficas que seincluyen en este documento.
La Escuela Politécnica Nacional, puede hacer uso de los derechoscorrespondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley, Reglamentode Propiedad Intelectual y por la normatividad institucional vigente.
161artín García
AGRADECIMIENTOS
A Dios y a la Virgen por la vida que
me han dado, a mi Madre Ketty y a
mi hermano Carlos por su amor,
comprensión y sacrificio, a mi
abuelito Luis y a toda mi familia por
su cariño y apoyo, a Silvia por su
amor, a mis buenos amigos por su
amistad, a mí Padre Eduardo por
sus bendiciones, a la Ing. Ana
Rodas por su guía y ayuda en el
desarrollo de este proyecto y a
todos quienes hicieron posible que
se cumpla este sueño.
MA3RT1N
CONTENIDO
CAPÍTULO 1.
CONTROL CLIMÁTICO EN INVERNADEROS
1.1 LOS INVERNADEROS 1
1.2 CARACTERÍSTICAS QUE DEBE CUMPLIR UN INVERNADERO 3
1.3 IMPORTANCIA DEL CONTROL CLIMÁTICO DE CULTIVOS
EN INVERNADEROS 5
1.3.1 VENTAJAS DEL CONTROL CLIMÁTICO EN INVERNADEROS 5
1.3.2 DESVENTAJAS DEL CONTROL CLIMÁTICO EN INVERNADEROS 7
1.3.3 PARÁMETROS A CONSIDERAR EN EL CONTROL CLIMÁTICO 8
1.3.3.1 Humedad relativa 8
1.3.3.3 CO2 20
1.4 CONTROL DE TEMPERATURA EN INVERNADEROS 11
1.4.1 EFECTOS DE LA TEMPERATURA 13
1.4.1.1 Exceso de Temperatura 14
1.4.1.2 Déficit de Temperatura 14
1.4.1.2.2 Heladas,..,. 15
1.5 MEDICIÓN DE TEMPERATURA 17
1.5.1 SENSORES DE TEMPERATURA 17
1.5.1.1 Termómetros de Resistencia 18
1.5.1.2 Termistores 22
1.5.1.3 Termopares 24
1.5.1.4 Sensores de Temperatura de Estado Sólido 26
1.6 SELECCIÓN DE LOS SENSORES DE TEMPERATURA 27
1.7 CONTROL DE TEMPERATURA 29
1.7.1 EQUIPO FINAL PARA EL CONTROL DE TEMPERATURA.............. 29
1.7.2 SISTEMAS DE CALEFACCIÓN 30
1.7.2.1 Calefacción por Agua Caliente-Tuberías 31
1.7.2.2 Calefacción por Aire Caliente - Caloventores 32
1.7.2.3 Empleo de Pantallas Térmicas 33
1.7.3 SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO 34
1.7.3.1 Enfriamiento por Ventilación Natural o Pasiva 35
1.7.3.2 Enfriamiento por Ventilación forzada o Mecánica......... 35
1.8 SISTEMA DE CONTROL INTEGRAL DE TEMPERATURA DEL
SUELO Y DEL AMBIENTE EN EL INVERNADERO 36
CAPITULO 2.
EQUIPO DE CONTROL
2.1 ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES 40
2.1.1 ACONDICIONADOR PARA Ptl 00 40
2.1.1.1 Puente de Wheatstone 41
2.1.1.2 Amplificador de Instrumentación 44
2.1.1.3 Etapas de Amplificación 47
2.1.2 ACONDICIONADOR PARA LM335 49
2.1.2.1 Alimentación del SensorLM335 49
2.1.2.2 Seguidor de Voltaje 51
2.1.2.3 Amplificador Diferencial 52
2.1.2.4 Etapa de Amplificación 54
2.1.3 CONVERSOR VOLTAJE/CORRIENTE 55
2.2 ELECCIÓN DEL CONTROLADOR DE TEMPERATURA 60
2.2.1 COMUNICACIÓN DEL Micro-PLC S7-200 61
2.2.2 INSTALACIÓN DEL Micro-PLC S7-200 63
2.3 ELEMENTOS FINALES DE CONTROL 65
2.3.1 ENFRIAMIENTO 65
2.3.1.1 Ventilación Natural 66
2.3.1.2 Ventilación Forzada 68
2.3.2 CALENTAMIENTO. 70
2.3.2.1 Calefacción en el Suelo 71
2.3.2.2 Calefacción en el Ambiente 73
CAPÍTULO 3.
SOFTWARE DE CONTROL
3.1 PROGRAMA DE INTERFAZ EN ENTOUCH 76
3.1.1 COMPONENTES DEL ESfTOUCH 76
3.1.1.1 WindowMaker 76
3.1.1.2 Application Manager 77
3.1.1.3 WindowViewer 78
3.1.1.4 Tags (Variables) 78
3.1.1.4.2 Clasificación de los Tagnames 79
3.1.1.5 Animación 81
3.1.2 DISEÑO DE PANTALLAS 82
3.1.2.1 Declaración de Variables 82
3.1.2.1.1 Tags Definidos en Ja Aplicación 82
3.1.2.2 Pantalla de Inicio 86
3.1.2.3 Pantalla de Ingreso 86
3.1.2.4 Pantalla Principal de Temperatura 90
3.1.2.4.1 Pantalla de Gráficos del Suelo 91
3.1.2.4.2 Pantalla de Históricos del Suelo 92
3.1.2.4.3 Pantalla de Control del Sítelo 93
3.1.2.4.4 Pantalla de Seteo del Suelo 95
3.1.2.4.5 Pantalla de Gráficos del Ambiente 96
3.1.2.4.6 Pantalla de Históricos del Ambiente 97
3.1.2.4.7 Pantalla de Control del Ambiente 98
3.1.2.4.8 Pantalla de Seteo del Ambiente 99
3.1.2.4.9 Pantalla de Alarmas 100
3.2 PROGRAMACIÓN DEL PLC 102
3.2.1 PROGRAMA PRINCIPAL... 106
3.2.1.1 Variables Usadas 108
3.2.1.2 Subrutinas 111
3.2.2 SUBRUTJNADEINICIALIZACIÓN 112
3.2.3 SUBRUTINA DE ESCALAMIENTO.... 112
3.2.4 SUBRUTINA CONTROL AUTOMÁTICO.. 114
3.2.4.1 Control Automático del Ambiente 114
3.2.4.1.2 Siibrutina Aumento deTemperattira 118
3.2.4.2.2 Subiiitína Disminución de Temperatura 120
3.2.4.2 Subrutina Control Automático del Suelo 121
3.2.5 SUBRUTESÍA CONTROL MANUAL 122
3.2.5.1 Control Manual del Ambiente..... 122
3.2.5.2 Control Manual del Suelo 124
3.2.6 SUBRUTINA DE RESET 124
CAPITULO 4.
PRUEBAS Y RESULTADOS
4.1 PRUEBAS DE CALIBRACIÓN DE SENSORES 126
4.1.1 CALIBRACIÓN DEL RTD 126
4.1.2 CALIBRACIÓN DEL LM335 128
4.2 PRUEBAS DE CONTROL DEL AMBIENTE 151
4.2.1 PRUEBAS DE CALENTAMIENTO 131
4.2.2 PRUEBAS DE ENFRIAMIENTO 133
4.3 PRUEBAS DE CONTROL DEL SUELO 136
CAPITULO 5.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
5.2 BECOMENDACIONES
140
143
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
ANEXO A HOJAS DE DATOS DÉ LOS SENSORES
ANEXO B NORMAS ASTM
ANEXO C HOJAS DE DATOS^pL PLC Y MÓDULO EM231
ANEXO D HOJAS DE DATOS||®L CABLE PC/PPI'.- • Vv -":' _.-''"
ANEXO E HOJAS DE DATOS J5EL AMPLIFICADOR LF3 47
RESUMEN
En los últimos años se ha venido desarrollando en el Ecuador el sector Agrícola,
especialmente la producción de cultivos bajo invernaderos. Esta modernización ha
tomado como punto de referencia sistemas diseñados en el exterior, cuyos costos
de implementación en el país sean elevados.
Con el fin de satisfacer las necesidades de la agroindustria ecuatoriana y desarrollar
tecnologías adaptadas a nuestro país, la Escuela Politécnica Nacional por medio del
Departamento de Electrónica y Control en conjunto con el Departamento de Física
ha decidido desarrollar un proyecto de automatización de invernaderos, para
controlar todas las variables que intervienen en el óptimo desarrollo de un cultivo,
tales como: temperatura, humedad, luminosidad, C02l etc.
El presente trabajo es una parte del proyecto "INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO
DE TECNOLOGÍAS PARA EL CONTROL DE PARÁMETROS FÍSICOS DE
CULTIVO BAJO INVERNADERO" y se centra en el Control Integral de la
Temperatura del Suelo y del Ambiente en un Invernadero para lo cual se ha
implementado un sistema basado en un PLC, mientras que la interfaz de
comunicación Hombre - Máquina se ha desarrollado en el software de desarrollo
industrial InTouch.
Como resultado se ha conseguido mantener la temperatura del ambiente y del suelo
dentro de los rangos conocidos como óptimos para el desarrollo del cultivo en
invernaderos.
PRESENTACIÓN
La medición y el control de variables juega un papel muy importante, tanto desde el
punto de vista del funcionamiento correcto del proceso como del balance adecuado
de materias primas o de productos finales.
La implantación del control automático de procesos industriales es, hoy en día una
actividad que tiene cada vez más un carácter multidisciplinario y en la que
intervienen aspectos técnicos, científicos y económicos. De este modo el
movimiento y transformación de las materias tienen lugar "automáticamente", sin
intervención humana.
En el campo de la Agricultura se ha visto necesario la automatización de los
cultivos. Así es como la Escuela Politécnica Nacional se ha propuesto intervenir en
este campo, mediante un proyecto que permite implantar un invernadero prototipo
que se encuentra ubicado en el edificio de Ingeniería Civil, como módulo de prueba
en el que se procederá a instalar todo el equipo que sea necesario para la
automatización y control.
Los procesos biológicos del suelo son controlados, en gran medida, por la
temperatura de éste y por su humedad, siendo un hecho conocido que cada especie
vegetal tiene sus propios requerimientos de temperatura. La temperatura de un
suelo es una de sus propiedades más importantes ya que, entre ciertos límites,
controla las posibilidades para la germinación de las semillas, el crecimiento de las
raíces y la formación del suelo; mientras que la temperatura del ambiente determina
el intercambio de energía aire-suelo y la evaporación de la humedad.
Para ei desarrollo de este trabajo se han estructurado en varios capítulos: el primero
trata sobre el marco teórico en el que se basa este estudio, en todas las áreas que
lo involucra.
El segundo capítulo versa sobre el diseño y construcción del hardware a utilizarse
para la medición de las señales y su respectivo control, así como la transmisión
hasta el PLC Simatic 224, el que evalúa las señales de entrada y ejecuta el
programa de control enviando las señales de salida a los actuadores.
En el tercer capítulo se habla sobre el programa de control que se encuentra
cargado en el PLC, el que realiza el control en tiempo real; además mediante el uso
del paquete de software InTouch se ha elaborado una interfaz visual, la que permite
al operador realizar el control general de la temperatura ya sea del suelo o del
ambiente, mediante el computador que se encuentre conectado al PLC.
El capítulo cuatro trata sobre las pruebas y resultados obtenidos en el desarrollo de
esta investigación.
A continuación se presenta el capítulo cinco, en el cual se encuentran las
conclusiones y recomendaciones a las que se ha llegado al finalizar el presente
trabajo.
CAPITULO 1.
CONTROL CLIMÁTICO EN INVERNADEROS
Los cultivos bajo invernaderos han permitido obtener productos de buena calidad,
en todas las épocas del año, ya que permiten evitar el efecto de los diferentes
factores climáticos que dañan el cultivo, como son las lluvias, las heladas,
granizadas, etc; las mismas que determinan variaciones en la temperatura,
humedad, radiación, luminosidad y C02 que afectan directamente a los cultivos.
En los últimos años son muchos los productores agrícolas que han iniciado la
instalación de artilugios que permiten la automatización de la apertura de las
ventilaciones, radiómetros que indican el grado de radiación en el interior del
invernadero, instalación de equipos de calefacción, etc, con lo que logran
controlar los parámetros que inciden en el proceso normal de un cultivo. Por ello
en eí presente capítulo se exponen aquellos parámetros más relevantes que
intervienen en el control climático de los invernaderos, así como una breve
descripción de los sistemas para la gestión del clima que se pueden encontrar
actualmente.
1.1 LOS INVERNADEROS
Invernadero es un espacio aislado artificialmente del medio ambiente mediante
una estructura de aluminio o madera cubierta de materiales transparentes,
principalmente plásticos, que no permiten el paso de la radiación solar. El
invernadero posee un microclima apropiado para el óptimo desarrollo de una
plantación específica; por lo tanto, dependiendo del tipo de cultivo deben
controlarse en el invernadero la temperatura, humedad relativa y ventilación
apropiadas, para alcanzar alta productividad, a bajo costo, en menos tiempo, y
con menor impacto ambiental.
Para construir un invernadero es muy importante tomar en cuenta que éste debe
cumplir las siguientes condiciones básicas:
• Proteger las plantas de la luz UV.
• Proteger el cultivo de las inclemencias del tiempo tales como
Lluvias, Granizo, Heladas, Viento etc.
• Mantener la temperatura adecuada.
Con el control de las variables dentro del invernadero se logrará:
• Aumento de la productividad.
• Reducción de costos.
• Incremento de la calidad del cultivo.
Figura 1.1. Invernadero con protección de la luz ultra violeta.
1.2 CARACTERÍSTICAS QUE DEBE CUMPLIR UN
INVERNADERO
Un invernadero es una instalación que debe cumplir con determinadas
condiciones sin las que no podrá realizar las funciones para las cuales se
construyó, pudiendo resultar poco rentable su desempeño. Entre las
características más importantes que debe cumplir se puede mencionar:
a) Orientación
Los factores que determinan la orientación que debe tener un invernadero son la
luz y dirección del viento siendo la luminosidad el factor más importante a tener
en cuenta puesto que de ella depende el correcto desempeño de importantes
funciones que cumplen las plantas como por ejemplo la fotosíntesis. Es
recomendable ubicar el invernado a lo largo en dirección norte - sur para así
obtener ia mayor cantidad de luz solar.
b) Diafanidad
La luz es fuente de energía, tanto para que la planta realice sus funciones vitales
(fotosíntesis, respiración, crecimiento, reproducción, etc.), como para su
transformación en calor. Los materiales que se utilicen como cubierta del
invernadero deben tener una gran transparencia a las radiaciones luminosas para
cumplir con su fin.
c) Calentamiento Rápido
El aire en el interior del invernadero debe calentarse con rapidez, para conseguir
durante el día mayor número de horas con temperatura óptima y reducir el gasto
de calefacción.
d) Efecto Invernadero
El material de cubierta no debe dejar escapar el calor acumulado en e! interior y,
sobre todo, su resistencia a enfriarse debe ser mayor a medida que la
temperatura desciende.
e) Ventilación Fácil
En los invernaderos la ventilación es necesaria, particularmente en las horas que
la temperatura se eleva por encima de las máximas permitidas por los cultivos.
Por lo tanto, las instalaciones deben tener ventilación y su mecanismo de apertura
y cierre debe ser rápido.
f) Estanqueidad del Agua Lluvia
Tanto la cubierta como las juntas de los espacios de ventilación deben ser
capaces de estancar el agua de lluvia ya que si se localizan goteras fijas sobre
determinadas plantas, éstas se ven dañadas gravemente.
g) Resistencia a los Agentes Atmosféricos
Todo invernadero es una instalación frágil que debe tener resistencia suficiente
para afrontar la fuerza del viento, la acción destructora del granizo, y otras
inclemencias del clima exterior. Esto se consigue con un buen anclaje, una
estructura bien calculada y material de cubierta resistente a dichos agentes
atmosféricos.
h) Economía
La explotación de todo invernadero tiene un fin lucrativo; por tanto, si aumentan
demasiado los gastos fijos de amortizaciones, interés y conservación, la
rentabilidad puede disminuir a límites en que estos gastos sean factores
limitantes. El invernadero debe ser económico, de conservación fácil y barata, así
como de fácil montaje. Es muy importante que se pueda ampliar la superficie
cubierta sin necesidad de modificar la estructura.
Í) Mecanización Fácil
La mecanización del invernadero es factor de gran importancia; la instalación
debe ser apta para poder incorporar los medios de calefacción, humidificación,
ventilación, trabajo, etc., sin grandes modificaciones en la estructura y en la
superficie de cultivo.
1.3 IMPORTANCIA DEL CONTROL CLIMÁTICO DE CULTIVOS
EN INVERNADEROS
La importancia del cultivo en invernaderos radica en que permite mantener las
diferentes variables climáticas como temperatura, humedad, radiación y
luminosidad dentro de los límites adecuados según las necesidades de los
diferentes cultivos.
Al tener un control climático del invernadero se evidencia ciertas ventajas y
desventajas con respecto a un cultivo expuesto al medio ambiente.
1.3.1 VENTAJAS DEL CONTROL CLIMÁTICO EN INVERNADEROS
a) Cultivos Fuera de Época
Con los invernaderos se pueden lograr cultivos en fechas que normalmente no se
pueden hacer al aire libre, o si se hacen, los resultados son poco rentables. Con
ayuda de un control, se podría cultivar sin importar la época del año.
b> Aumento de Producciócion
Se ha demostrado que |as
c) Manejo de Variables
Al ser e, invetero un espacio cerra*, facilita ,a ^
de cima para manejo relativamente sencillo de ,a temperatura, humedadradiación, etc.
d) Mejora de Calidad en los Cultivos
Los diferentes productos obtenidos en los cultivos bajo cubierta presentan mejor
aspecto, ya que no están expuestos a factores del medio exterior como polvo,
insectos, y otros más; además, por estar los tejidos más tiernos, presentan mejor
calidad al consumidor manteniendo los niveles más óptimos de sabor y aroma.
e) Mayor Precocidad
Si se logra un buen control de los diferentes factores de la producción vegetal,
también se logra un adelantamiento en el ciclo de crecimiento y desarrollo del
cultivo, lo que desemboca en un atempranamiento de los cultivos.
f) Control de Plagas y Enfermedades
Las diferentes plagas y enfermedades son controladas de mejor manera, ya que
se puede programar el ambiente para el óptimo contro. de todos los parásitos.
Mediante el control de clima dentro del invernadero se puede cortar el c.clo
evolutivo de algunos tipos de plagas y así reducir el
insecticidas.uso de pesticidas e
g) Ahorro de Agua de Riego
Mediante e, control y focalizaoión del riego se logra una optimizado, del uso de
este vital recurso para el desarrollo de la planta.
h) Protección Contra Riesgos Climáticos
Los diferentes daños que se pueden producir por el viento, heladas granizo
sequ.a y otras más se minimizan notablemente y se evita correr el riesgo depérdida de la producción.
i) Mayor Comodidad y Seguridad de Trabaj o
Los diversos trabajos que realizan las personas dentro del invernadero son mucho
más agradables al desarrollarse en un ambiente controlado y protegido del clima
externo.
1.3.2 DESVENTAJAS DEL CONTROL CLIMÁTICO EN ESTVERNADEROS
La principal desventaja del control climático de los cultivos bajo invernaderos es el
relacionado con el aspecto económico, ya que necesita de una fuerte inversión
inicial en comparación con cultivos en el exterior; esto se debe a que el
equipamiento necesario para realizar el control es costoso, además se debe
tomar en cuenta que existen ciertos componentes tales como el plástico y las
estructuras de madera que tienen un tiempo limitado de uso.
Otro factor que se debe tener muy en cuenta es que se necesita de una mayor
preparación en cuanto a los diferentes conocimientos que deben tener los
agricultores y/o encargados en general, para un adecuado manejo tanto del
cultivo, así como del sistema de control.
1.3.3 PARÁMETROS A CONSIDERAR EN EL CONTROL CLIMÁTICO
El desarrollo de los cultivos, en sus diferentes fases de crecimiento, está
condicionado por cuatro factores climáticos: temperatura, humedad relativa, luz y
CO2. Para que las plantas puedan realizar sus funciones es necesaria la
conjunción de estos factores dentro de unos límites mínimos y máximos, fuera de
los cuales las plantas cesan su metabolismo, pudiendo llegar a la muerte.
1.3.3.1 Humedad relativa
La humedad es la masa de agua en unidad de volumen o en unidad de masa de
aire. La humedad relativa es la cantidad de agua contenida en el aire, en relación
con la máxima que sería capaz de contener a la misma temperatura. Existe una
relación inversa de la temperatura con la humedad por lo que a elevadas
temperaturas, aumenta la capacidad de contener vapor de agua y por tanto
disminuye la HR. Con temperaturas bajas, el contenido en HR aumenta.
La HR del aire es un factor que puede modificar el rendimiento final de los cultivos.
Cada especie tiene una humedad ambiental idónea para vegetar en perfectas
condiciones: al tomate, al pimiento y berenjena les gusta una HR sobre el 50 -
60%; al melón, entre el 60 - 70%; al calabacín, entre el 65 - 80% y al pepino entre
el 70 - 90%. Para controlar la humedad relativa se usa:
• Ventilación natural y/o forzada.
• Nebulización fina (Fog Systems).
• Pantalla evaporadora (Cooling Systems).
1.3.3.2 Luz
A mayor luminosidad en el interior de, invernadero se debe aumentar la
temperatura, ,a HR y e, CO2, para que ,a fotosíntesis sea máxima; por e, contrario
s. hay poca luz las necesidades de los factores antes indicados pueden disminuir.'
Para mejorar la luminosidad natural se usan los siguientes medios:
• Materiales de cubierta con buena transparencia.
• Orientación adecuada del invernadero.
• Materiales que reduzcan al mínimo las sombras interiores.
• Aumento del ángulo de incidencia de las radiaciones sobre las
cubiertas.
• Acolchados del suelo con plástico blanco.
En verano para reducir la luminosidad se emplean:
• Blanqueo de cubiertas.
• Mallas de sombreo.
• Acolchados de plástico negro.
Es interesante destacar el uso del blanqueo ya que esta labor está en función del
desarrollo del cultivo y de las temperaturas, y tiene efectos contradictorios que hay
que conocer para hacer un correcto uso. Hay que saber que la planta sombreada
se ahila y se producen abortos de flores en determinadas especies sensibles a la
luz (especialmente tomate, pimiento y berenjena), por lo que el manejo del riego y
de la solución nutritiva tiene que ir unido al efecto que produce el blanqueo. Los
plásticos sucios o envejecidos provocan el mismo efecto que el blanqueo.
10
1.3.3.3 CO2
El anhídrido carbónico de la atmósfera es la materia prima imprescindible para la
función clorofílica de las plantas. El enriquecimiento de la atmósfera del
invernadero con CO2 ayuda a muchos cultivos como hortalizas y flores.
La concentración normal de CO2en la atmósfera es del 0,03%. Este índice debe
aumentarse a límites de 0,1-0,2%, cuando los demás factores de la producción
vegetal sean óptimos, si se desea el aprovechamiento al máximo de la actividad
fotosintética de las plantas. Las concentraciones superiores al 0,3% resultan
tóxicas para los cultivos.
En los invernaderos en los que no se aplique anhídrido carbónico, su
concentración alcanza el máximo al final de la noche y el mínimo a las horas de
máxima luz que coinciden con el mediodía. En un invernadero cerrado por la
noche, antes de que se inicie la ventilación por la mañana, la concentración de
C02 puede llegar a límites mínimos de 0,005-0,01%, que los vegetales no pueden
absorber y la fotosíntesis es nula. En el caso que el invernadero esté cerrado
durante todo el día, en épocas demasiado frías, esa concentración mínima sigue
disminuyendo y los vegetales se encuentran en situación de extrema necesidad
en C02.
Los niveles aconsejados de C02 dependen de la especie o variedad cultivada, de
la radiación solar, de la ventilación, de la temperatura y de la humedad. El óptimo
de asimilación está entre los 18 y 23 °C de temperatura, descendiendo por encima
de los 23 - 24° C.
El C02 produce un efecto de fertilización sobre los cultivos hortícolas, que consiste
en el aumento de precocidad en aproximadamente un 20% y aumento de los
rendimientos en un 25-30%, mejorando la calidad del cultivo así como la de su
cosecha.
11
La tasa de absorción de CÜ2 es proporcional a la cantidad de luz recibida y a la
concentración de la misma, por lo tanto el período más importante para la
realización de la fotosíntesis que se realiza con un buen nivel de luminosidad es el
mediodía, pues es la parte del día en que se dan las máximas condiciones de
iluminación.
Para el enriquecimiento del ambiente en un invernadero se utilizan los siguientes
mecanismos;
Aumentar la ventilación natural para aprovechar directamente el CÜ2 de la
atmósfera.
Recircular los gases procedentes de ia combustión de la calefacción en el
caso de utilizarse calderos.
Inyectar COa puro previo almacenamiento en bombonas.
Para la disminución del excedente de C02 en el ambiente se realiza;
• Ventilación forzada mediante extracción.
1.4 CONTROL DE TEMPERATURA EN INVERNADEROS
El control de la temperatura en invernaderos es el parámetro más importante a
tener en cuenta en el manejo del ambiente dentro del mismo ya que es el que más
influye en el crecimiento y desarrollo de las plantas. Normalmente la temperatura
óptima para las plantas se encuentra entre los 10°C. y 20°C.
Para el manejo de la temperatura es importante conocer las necesidades y
feútactQfves de la^o iecje cultivada. Así mismo se deben aclarar los siguientes
12
conceptos de temperaturas, que indican los valores a tener en cuenta para el buen
funcionamiento del cultivo y sus limitaciones:
Temperatura mínima letal,- Aquella por debajo de la cual se producen daños en
la planta.
Temperaturas máximas y mínimas biológicas.- Valores por encima o por
debajo del cual no es posible que la planta alcance una determinada fase
vegetativa, como floración, fructificación, etc.
Temperaturas nocturnas y diurnas.- Indican los valores aconsejados para un
correcto desarrollo de la planta.
La temperatura en el interior del invernadero está en función de la radiación solar,
comprendida en una banda entre 200 y 4000 mm. La misión principal del
invernadero será la de acumular calor durante las épocas invernales y sacarlo en
épocas de verano.
Tabla 1.1. Exigencias de temperatura para distintas especies.
T mínima letal
T mínima
biológica
T óptima
T máxima
biológica
0-2 (-1)
10-12 10-12
13-16 16-18
21-27 23-27
T máxima letal 33-38 33-35
O (-1) 0-1
10-12 10-12 13-15 11-13
17-22 18-18 18-21 17-20
22-27 20-25 25-30 23-28
43-53 31-35 33-37 33-37
El calentamiento del invernadero se produce cuando el infrarrojo largo,
procedente de la radiación pasa a través del material de cubierta, esta radiación
es absorbida por las plantas, los materiales de la estructura y el suelo. Como
consecuencia de esta absorción, éstos emiten radiación de longitud más larga
que tras pasar por el obstáculo que representa la cubierta, se emite hacia el
exterior y hacia el interior, calentando el invernadero.
El calor se transmite en el interior del invernadero por irradiación, conducción,
infiltración y por convección. La conducción es producida por el movimiento de
calor a través de los materiales de cubierta del invernadero. La convección tiene
lugar por el movimiento del calor por las plantas, el suelo y la estructura del
invernadero. La infiltración se debe al intercambio de calor del interior del
invernadero y el aire frío del exterior a través de las juntas de la estructura. La
irradiación, por el movimiento del calor a través del espacio transparente.
Además existe un efecto fundamental si hay una cosecha o residuos de ésta en e!
invernadero, pues la temperatura del aire sobre el cultivo es más elevada que la
temperatura superficial del suelo durante el día, pero más baja durante la noche;
mientras que la temperatura del aire sobre un suelo desnudo es más baja que la
temperatura de la superficie del suelo durante el día, pero más alta durante la
noche.
1.4.1 EFECTOS DE LA
Un invernadero es un refugio creado esencialmente para proteger a las plantas de
las temperaturas muy bajas o muy altas. Por lo tanto es conveniente analizar los
problemas que se presentan tanto con el exceso, así como con el déficit de
temperatura.
14
1.4.1.1 Exceso de Temperatura
Cuando la temperatura del invernadero sobrepasa los límites máximos de
temperaturas biológicas soportadas por los diferentes cultivos, se producen
problemas que pueden causar hasta la muerte del vegetal.
Los efectos producidos sobre las plantas por el exceso de temperatura son;
• Deshidratación de los Tejidos.- Al aumentar la temperatura aumenta la
transpiración, la planta necesita mayor cantidad de calorías para evaporar
mayor cantidad de agua, calor que toma del ambiente que le rodea, por lo que
se enfrían los órganos o partes aéreas del vegetal expuestos al calor
atmosférico, haciendo una función termoreguladora.
• Deficiente Reproducción.- No se produce una correcta germinación del polen
para que pueda pasar a través del pistilo y llegar a los ovarios, y así lograr la
fecundación.
• Menor Desarrollo.- Al producirse un exceso de temperatura la planta puede
deshidratarse fuertemente a consecuencia de una extrema transpiración,
paralizando todas sus funciones, pudiendo llegar a un estado de
deshidratación irreversible del cual no se puede recuperar.
1.4.1.2 Déficit de Temperatura
Cuando la temperatura disminuye tanto que sobrepasa los límites de temperatura
mínima biológica, como en las heladas, los vegetales empiezan a sufrir diferentes
daños, que pueden llevarlos a la muerte. Entre los efectos del déficit de
temperatura se puede mencionar:
• Deficiente Transpiración.- cuando la temperatura es muy baja, no permite una
transpiración normal, por lo que la absorción radicular de agua es muy intensa,
produciendo la eliminación del exceso de agua en forma de minúsculas
gotitas.
15
• Menor Desarrollo.-Al producirse bajas temperaturas ya sea en el suelo o en el
ambiente, disminuye el crecimiento del vegetal ya que se produce una
disminución de la absorción de las sales minerales de la solución del suelo,
mientras que el proceso de fotosíntesis queda enormemente reducido,
requiriendo la planta acudir a sus materiales de reserva para realizar su
metabolismo.
En vista de las afecciones producidas debido a las bajas temperaturas causadas
por las heladas, es conveniente tratar este fenómeno más a fondo.
1.4.1.2.1 Heladas
Para el productor, la presencia de heladas constituye uno de los mayores
problemas que enfrenta, ya que ocasiona daños parciales o totales en la cantidad
y calidad de los productos.
Se conocen dos tipos de helada; la "metereológica", que es aquella que se
manifiesta cuando la temperatura del aire desciende a un valor igual o inferior a O
°C a 2 m sobre el suelo, lo que causa daños de consideración a la mayoría de
cultivos. El segundo tipo de helada es conocida como "agrícola" y consiste en el
descenso de la temperatura hasta el punto de ocasionar daños parciales o totales
en los tejidos de las plantas; varía según el cultivo, variedad, fase de desarrollo en
la que se encuentra y la localidad geográfica. Se produce con cielo despejado,
viento leve o calma.
Efectos en las Plantas.- Los daños en los cultivos son de carácter físico debido a
la destrucción de los tejidos internos que tienden a contraerse cuando ocurre el
congelamiento, esto sucede por la formación de cristales de hielo en los espacios
intercelulares y el paso de agua desde el interior de la célula hacia estos
espacios, donde se condensa sobre los cristales de hielo formados.
Disminución del Rendimiento.-La helada mata o daña los órganos vegetativos,
es más peligrosa cuando se produce en el inicio del crecimiento vegetativo
16
cuando las plantas son todavía pequeñas y susceptibles, puesto que la capa de
aire frío se encuentra a pocos centímetros del suelo, cuando es muy intensa
pueden malograrse los cultivos. Este fenómeno afecta también a hojas, tallos,
flores, ( impidiendo que lleguen a formar frutos ) y frutos en formación.
Existen diversos métodos para prevenir o controlar las heladas, clasificados en
activos y pasivos.
Métodos Pasivos.- No constituyen un método de control de heladas, son
medidas preventivas previas a la siembra de los cultivos, con el afán de minimizar
los daños que pueden sufrir las plantas; entre ellos se mencionan los siguientes:
• Selección del lugar.- Evitar sembrar en lugares bajos o en depresiones del
terreno donde pueda "asentarse" el aire frío; son aconsejables lugares en los
cuales el aire pueda fluir libremente.
• Manejo del cultivo.- En sitios propensos a heladas, se recomienda utilizar
variedades resistentes, por ejemplo plantas que florezcan y fructifiquen en
épocas de menor riesgo, así como también la realización de podas que
pueden retrasar la floración.
• Época de siembra.- Seleccionar correctamente la fecha de siembra para que
el cultivo desarrolle sus fases más sensibles (inicio, crecimiento, floración-
fructificación) durante el período con bajo riesgo de heladas.
• Manejo del suelo.- se recomienda mantener el suelo húmedo, libre de
malezas, nivelado y compactado.
Métodos Activos.-Son aquellos que se aplican cuando se han presentado las
condiciones para una helada, o el servicio metereológico ha dado la alarma
respectiva, entre ellos se cita los siguientes:
• Mezclar el aire.- En las noches de helada, el aire que está en contacto con la
tierra se enfría, mientras el aire superior se calienta. Se puede realizar una
mezcla del aire superior con el inferior con el propósito de aumentar la
temperatura utilizando ventiladores o máquinas de viento.
17
• Calentamiento del aire,- Es el método más práctico, efectivo pero costoso;
consiste en reemplazar el calor perdido por la tierra por calor emitido por
calentadores o pequeñas estufas distribuidas de manera uniforme,
• Aplicación de agua.- Se puede proteger mediante el riego por aspersión, que
debe continuar todo el tiempo que dure la helada hasta que la temperatura del
aire supere O ° C, y el hielo formado sobre la superficie de ios cultivos se haya
derretido.
• Aislamiento térmico.- Consiste en proteger los cultivos, con diferentes
materiales que sean malos conductores de caior tales como: cartones,
plásticos, cubiertas de madera, etc.
Se debe tener en cuenta que una de las afecciones primordiales en los cultivos
bajo invernaderos, es el desarrollo de enfermedades, ya sea por exceso o por
déficit de temperatura. Al producirse un desequilibrio térmico se produce el
desarrollo de bacterias y hongos que se hospedan en los cultivos destruyendo los
mismos.
1.5 MEDICIÓN DE TEMPERATURA
Con el fin de realizar el control de temperatura en un invernadero para que los
cultivos tengan un desarrollo óptimo, se tiene como primer paso que medir la
temperatura del mismo para determinar si está bajo o sobre el rango de referencia
para el cultivo.
1.5.1 SENSORES BE TEMPERATURA
La medida de temperatura constituye una de las mediciones más comunes en los
procesos industriales. Las limitaciones del sistema de medida quedan definidas
en cada tipo de aplicación por la precisión, por la distancia entre el elemento de
medida y el aparato receptor, y por el tipo de instrumento indicador. Los
instrumentos de temperatura utilizan diversos principios pero en este caso se
analizarán los sensores de temperatura que son utilizados para medir la
18
temperatura en invernaderos. Los sensores a los que se hará referencia se basan
en el principio de variación de la resistencia de materiales conductores y
semiconductores (sondas de resistencia y termistores); fem creada por la unión
de dos metales distintos (termopares) y finalmente el de variación de las
características de un semiconductor con la temperatura (por ejemplo la variación
del voltaje de ruptura directa). La Figura 1.2 muestra el campo de medida de
algunos instrumentos usados para medir temperatura.
íri del Agua
-ZT3 -
B U L B O DE MERO URO
BULBO C"EG^SBULBO O E VAPOR,
VID ROY B METÁLICO
SON DA D E RESBTEMCW. DE NÚ U EL
30 H DA & E RESETEHClft. E' E P LAT1KO
TEP1IBTO R--,1"1
PUEDEUTILEl^PjBEPEPJD KO SE RECOMIENDA
COBR&COMSTANTAH
HIERRO -00 MSTAKTAK
CROMEL-ALUHELPLATINO -PLATIXO ROO O
RADIACIÓN BAJO CAMPO
ALTO CAMPOpiROMETRjoüPTOQI •— ESP ECTRO FOTÓMETRO
Figura 1.2. Campo de medida de los instrumentos de temperatura.
1.5,1.1 Termómetros de Resistencia
Los termómetros industriales de resistencia son en principio bobinas de alambre
arrolladas dentro o alrededor de soportes de material aislante capaz de soportar
la temperatura para la cual fue diseñado el termómetro. Los termómetros
industriales de resistencia son construidos casi siempre de platino, cobre o níquel;
en la Figura 1,3 pueden verse las curvas de resistencia relativa de los metales
mencionados en función de la temperatura. Cuando un material cambia de
19
resistencia en función de una variación de temperatura, el cambio se denomina
coeficiente de temperatura de la resistencia del material. Este coeficiente se
expresa en ohms por grado de temperatura, a una temperatura dada, y es positivo
para la mayoría de los metales.
O 200 5'GÍ) SOQ¿ '"C
Figura 1.3. Curvas de resistencia de varios metales en función de la temperatura.
Los metales que se emplean en la fabricación de termómetros de resistencia
tienen un alto grado de linealidad sobre el rango de temperatura de la resistencia
para la cual se diseñó cada uno en particular. La relación entre la resistencia y ía
temperatura se puede expresar matemáticamente en la siguiente forma:
Donde
a
Resistencia a una temperatura de referencia en ohms
Resistencia a una temperatura 71, en ohms
Coeficiente de resistencia del material usado
En ios casos en que el coeficiente de resistencia - temperatura no sea lineal, a
menudo se aplica la siguiente ecuación general;
20
Y, mientras más se desarrolle la ecuación, tanto mas exacta será la curva
particular de resistencia y temperatura. Los coeficientes a, b, c, d, etc., se pueden
calcular con base en tres o mas valores de resistencia y temperatura, espaciados
uniformemente, a lo largo del rango de temperatura deseado.
Tabla 1.2. Características de las sondas de resistencia.
Metal Resistividad Coeficiente Intervalo útil
(jH/cm temperatura de
D/D °C temperatura
Platino 9.38 0.00392 -200 a
950
Níquel 6.38 0.0063a -150a
Cobre 1.56
0.0066
0.00425
300
-200a
120
Costo R.sonda a Precisión
relativo 0°C
n °c
Alto 25,100, 0.01
300
Medio 100 0.5
Bajo 10 0.1
La Tabla 1.2 muestra las características principales de los materiales usados para
construir sondas de resistencia. El platino usado generalmente en las sondas de
resistencia es apreciado por la precisión y estabilidad, pero su costo es muy
elevado por considerarse un metal precioso; el níquel es mas barato que e! platino
y posee una mayor variación de resistencia por grado, sin embargo, tiene como
desventaja la falta de linealidad de la curva resistencia - temperatura y la variación
del coeficiente de resistencia según el fabricante. El cobre tiene una variación de
resistencia uniforme, es estable y barato, pero tiene como inconveniente su baja
resistividad. A menudo, cuando se usa este tipo de sensores en ambientes donde
pueden deteriorarse es necesario usar algún tipo de protección; generalmente con
este motivo se usan tubos de protección y vainas metálicas que mantienen en su
21
interior al sensor y por medio de cables que salen por la cabeza de la protección
se puede hacer las mediciones; como se observa en la Figura 1.4.
oí b} tufac de protección
c)
Figura 1.4. Tipos de protección para los termómetros de resistencia.
Los termómetros de resistencia están diseñados normalmente para proporcionar
respuestas rápidas, al igual que precisas, con e! objeto de dar un control exacto
de procesos en los que se deben mantener rangos reducidos o pequeñas
diferencias de temperatura. Cada tipo de termómetro de resistencia es
intercambiable en un proceso sin compensación o recalibración, ya que cada tipo
se calibra a una curva estándar de resistencia - temperatura.
1.5.1.2 Termistores
Los termistores son resistencias térmicamente sensibles. Se trata de
semiconductores cuya resistencia eléctrica varia con la temperatura y, desde el
punto de vista industrial, son útiles para la detección automática, la medición y el
control de energía física. En realidad, los termistores permiten medir temperaturas
de hasta un grado centígrado, lo cual no es posible con un termómetro de
resistencia normal o con elementos de termopar comunes.
Los termistores tienen grandes coeficientes negativos de temperatura, en
contraste con los termómetros metálicos de resistencia, que tienen pequeños
coeficientes positivos de temperatura. Los grandes coeficientes negativos de
temperatura y sus características no lineales de resistencia hacen que ios
termistores realicen funciones especiales de control. En la Figura 1.5 se indican
los cambios de resistencia para dos tipos de termistores en comparación con el
platino.
Figura 1.5. Comparación de la variación de resistencia de un termistor con el
platino.
La relación de resistencia y temperatura para los termistores se puede expresar
matemáticamente, de la siguiente manera:
donde:
R , Resistenci a en ohms a la temperatura T, en grados Kelvin
R0'- -Resistencia en ohms a la temperatura TQ3 en grados Kelvin
f3 Constante, en grados Kelvin
e Base neperiana
23
Se puede considerar que p es constante a lo largo de un rango limitado de
temperaturas, y su valor depende de la composición y la construcción del
semiconductor. Cuando los termistores tienen un envejecimiento adecuado,
poseen una buena estabilidad. Los termistores envejecen con mayor lentitud
cuando funcionan en un vacío o están protegidos con un recubrimiento de vidrio
delgado, en estos casos la estabilidad de la relación resistencia - temperatura
depende tanto de la construcción como de las condiciones de uso.
El tiempo de respuesta de los termistores puede variar desde una fracción de
segundo hasta minutos, dependiendo del tamaño de la masa detectora y la
capacidad térmica del termistor, y varia inversamente con el factor de disipación.
Se debe tener en cuenta el hecho de mantener una corriente de medición tan baja
como sea posible, con el objeto de evitar el calentamiento de la unidad detectora
y lograr que cualquier cambio de resistencia dependa tan solo de las variaciones
de temperatura del área circundante. En la Figura 1.6 se tiene la forma de
presentación de algunos termistores.
ffrj
Figura 1.6. Termistores de uso general.
Los termistores son muy útiles para compensar cambios de temperatura de otros
componentes y para aplicaciones en las que su tamaño y su simplicidad mecánica
son factores esenciales. Son relativamente baratos y no poseen el amplio rango
de precisión de los detectores térmicos de resistencia.
En el caso de utilizarse un termistor se debe considerar la norma ASTM E-879
que trata sobre las Especificaciones Estándar para Termistores para Laboratorio
24
Clínico y Medidas de Temperatura y define: "las especificaciones que cubren los
requerimientos para todos los tipos de termistores con coeficiente de temperatura
negativo que intenten ser usados para laboratorios clínico, medidas de
temperatura, control o ambos, cubriendo un rango de -10 a 105 °CJ).1
1.5.1.3 Termopares
Según la norma ASTM E-344 un termopar es: "dos termoelementos que están
unidos para producir una fuerza electromotriz cuando las junturas están a
diferente temperatura"2. Por lo tanto un termopar consiste en dos conductores
metálicos diferentes, unidos en un extremo denominado casi siempre unión
caliente o detectora, y que van conectados a algún instrumento de medición de
fem (fuerza electromotriz), o sea, un milivoltímetro en el extremo frío de los
conductores. La fem se compara normalmente con una referencia, por ejemplo, el
punto de fusión del hielo. En la Figura 1.7 se representa esquemáticamente un
termopar. Los termopares son, en realidad, detectores que miden temperaturas
diferenciales, lo que significa simplemente que miden la diferencia de temperatura
que existe entre el extremo de la unión caliente y la unión de referencia.
Uníéft viva o
|unl6n calienta) conexiónA J"*IJ"K
Figura 1.7. Diagrama de un sistema termopar típico.
El termopar se basa en el efecto descubierto por Seebeck en 1821, de la
circulación de corriente en un circuito formado por dos metales diferentes cuyas
1 Norma ASTM E-879 Especificaciones Estándar para Termistores para Laboratorio Clínico 3' Medidas deTemperatura2 Norma ASTM E-344 Definiciones Estándar de Términos Relativos para Medición de Temperatura.
25
uniones (unión caliente y unión de referencia) se mantienen a distinta
temperatura, como se observa en la Figura 1.8. Esta circulación de corriente
obedece a dos efectos termoeléctricos combinados, el efecto Peltier que provoca
la liberación o absorción de calor en la unión de los dos metales distintos cuando
una corriente circula a través de la unión y el efecto Thomson que consiste en la
liberación o absorción de calor cuando una corriente circula a través de un metal
homogéneo en el que existe un gradiente de temperaturas.
Altatemperatura
Metal A!i
Metal B
Bajatemperatura
Uniones(alambres torcidos
y soldados ounidos por presión
Figura 1.8. Diagrama básico del termopar.
Los alambres de termopares se escogen de manera que produzcan una fem
grande que varíe linealmente con la temperatura. Puesto que no existen
termopares con un comportamiento perfecto, todas las curvas de fem se desvían
de una línea recta o respuesta lineal hasta cierto grado. Algunas curvas
características de termopares se tienen en la Figura 1.9.
ti 2CÜ 3000
Figura 1.9. Curvas características fem - temperatura de los termopares.
26
Como se muestra en la Figura 1.9 existen diferentes tipos de termopares, los
cuales están definidos en la norma ASTM E-344 (Definiciones Estándar de
Términos Relativos para Medición de Temperatura) que especifica los termopares
siguientes: E, B, J, K, R, S, O T. Adicionalmente para su normalización se utiliza
la norma ASTM E-230 ( Tablas Temperatura - f.e.m. para Estandarización de
Termopares) que entrega tablas con la relación entre temperatura y fuerza
electromotriz para todos los tipos de termopares.
En aplicaciones industriales, la elección de los materiales empleados para fabricar
un termopar depende del rango de temperatura que se va a medir, del tipo de
atmósfera a la que estará expuesto el material y de la precisión requerida en la
medición.
1.5.1.4 Sensores de Temperatura de Estado Sólido
Un diodo de silicio ordinario es sensible a la temperatura. Para una corriente
constante, su voltaje de polarización directa de ánodo a cátodo varía de manera
inversa a la temperatura. Esta dependencia de la temperatura puede usarse para
medir el cambio de la temperatura de un medio conteniendo al diodo, o de un
dispositivo que está en contacto térmico con el diodo
Actualmente se puede encontrar en el mercado el LM335, un sensor de
temperatura de estado sólido que pertenece a una familia de dispositivos que
posee una sensibilidad de 10 mV/°K. Se usa en el caso de aplicaciones en las
que se necesita medir temperaturas comprendidas entre -10 y 100°C; su diseño
es similar al Zener de dos terminales. El estilo de encapsulado y el modelo se
encuentran en la Figura 1.10. Este dispositivo puede funcionar por encima de un
rango de corriente comprendido entre 400 y 5 pA. En la hoja de datos
correspondiente al LM335, que se puede ver en el Anexo A , se observa que la
sensibilidad es de 10 mV/°K.
Encap sitiadoplástico TO-.92
ÁDJ 4-
-a / LM335
* -if
^J
fiotón tte revístén Botón de r&vixlün
27
a) b)
Figura 1.10. LM335: a)Encapsu!ado y b) representación simbólica usada.
El voltaje de salida del LM335 en función de la temperatura es una relación lineal,
como se muestra en la Figura 1.11. y la pendiente de la recta es igual a ia
sensibilidad del sensor.
Voltaje <VT)
A
Figura 1.11. Gráfica del voltaje en función de la temperatura del LM335.
1.6 SELECCIÓN DE LOS SENSORES DE TEMPERATURA
Considerando los datos referentes a la temperatura de los cultivos en un
invernadero, tratados anteriormente, se ha llegado a la conclusión que lo
apropiado será tomar como rango de medición de O a 50 °C. Los sensores
2S
escogidos deben ser capaces de soportar las condiciones de trabajo y en caso de
ser necesario deben tener la protección requerida para su buen desempeño.
Un aspecto importante para escoger uno u otro sensor es principalmente la
linealidad de la característica de temperatura, especialmente para el rango
escogido previamente (O a 50°C). Las condiciones de temperatura en un
invernadero no son muy críticas desde el punto de vista que en un ambiente
cerrado no existen cambios demasiado bruscos de temperatura, por este motivo
el tiempo de respuesta de los sensores no es un parámetro crítico. Finalmente
uno de los puntos que puede influir en la decisión de manera radical es el precio
de los sensores que se quiere usar.
Haciendo un análisis de las características de los sensores tratados, y buscando
satisfacer las necesidades propias del proyecto, se ha llegado a la conclusión que
los sensores mas apropiados para medir la temperatura del ambiente y del suelo
son: el sensor LM335 (sensor de estado sólido) y el PtlOO (termómetro de
resistencia) respectivamente.
El LM335 tiene una característica linea! y resulta ideal para mediciones de O a
50°C. El PtlOO es un termómetro de resistencia cuyo elemento sensor esta hecho
de platino y tiene una resistencia de 100 Q a una temperatura de 0°C. El sensor
no tiene una característica lineal en todo su rango de trabajo que es de -200 a
950 °C, pero tiene un comportamiento básicamente lineal para el rango de O a
50°C.
Una vez que han definido los elementos de medida, el siguiente paso es
acondicionar las señales de los sensores y obtener los transmisores de
temperatura cuyo diseño se tratará en el siguiente capítulo.
29
1.7 CONTROL DE TEMPERATURA
Una vez medida la temperatura se tiene que compararla con un valor de
referencia, determinar el error y tomar la acción de control para que actúen los
equipos finales de control, en este caso los sistemas de calefacción y
enfriamiento.
1.7.1 EQUIPO FINAL PARA EL CONTROL DE TEMPERATURA
El control climático maneja adecuadamente todos los sistemas instalados en el
invernadero; sistema de calefacción, ventilación y el suministro de fertilización
carbónica, para mantener los niveles requeridos de iluminación, temperatura,
humedad relativa y nivel de C02, y así conseguir la mejor respuesta del cultivo y
por tanto mejoras en el rendimiento, calidad del producto y calidad del cultivo.
El control de temperatura consiste en calentar, enfriar y mantener el ambiente del
invernadero dentro de rangos establecidos de acuerdo al cultivo. Para esto
existen diferentes sistemas, como:
• Empleo adecuado de los materiales de cubierta.
• Hermetismo del invernadero, evitando pérdidas de calor.
• Empleo de pantallas térmicas, cuyo uso permite mantener de 2 a 4° C más de
temperatura en el interior del invernadero, con el consiguiente ahorro de
energía; habilita la condensación del vapor de agua evitando la pérdida de
radiación de longitud de onda larga, pese al inconveniente del goteo sobre la
planta. Dichas pantallas están justificadas en el caso de utilización de
sistemas de calefacción.
• Capas dobles de polietileno de 150 galgas o de polipropileno, que se pueden
emplear como pantalla térmica, para evitar condensaciones sobre cubierta,
con el inconveniente de pérdida de luminosidad en el interior. Se emplea
mucho en invernaderos sin calefacción.
30
• Invernaderos más voluminosos que permiten mayor captación de la luz y al
mismo tiempo mayor pérdida de calor por conducción. La mayor inercia
térmica de volúmenes grandes, permite un mejor control del clima.
• Propio follaje de las plantas, ya que almacenan radiación.
• Sistemas de calefacción por agua caliente o por aire caliente.
De estos los que mejores resultados presentan, son los sistemas de calefacción
por agua caliente o por aire caliente.
Los sistemas de enfriamiento usados comúnmente en los invernaderos son:
• Ventilación Natural.
• Ventilación Forzada.
• Conductos aéreos de aire frío.
1.7.2 SISTEMAS DE CALEFACCIÓN
El calor cedido por la calefacción puede ser aportado al invernadero básicamente
por convección o por conducción. Por convección al calentar el aire del
invernadero y por conducción si se localiza la distribución del calor a nivel del
cultivo.
Los sistemas de calefacción aérea o de convección más utilizados se pueden
clasificar en:
• Tuberías aéreas de agua caliente.
• Aeroíermos.
• Generadores de aire caliente.
• Generadores y distribución del aire en mangas de polietiieno.
31
Los sistemas de distribución de calor por conducción se basan en tuberías de
agua caliente, las diferencias entre ellos se encuentran en la temperatura del
agua y su localización;
• Suelo a nivel de cultivo.
• Tuberías enterradas.
• Banquetas.
1.7.2.1 Calefacción por Agua Caliente - Tuberías
Es el sistema de calefacción aérea más tradicional y se basa en la circulación de
agua caliente o vapor procedente de un foco calorífico (caldera, bomba de calor,
etc.) por una red de tuberías. En la caldera el agua se calienta a 80-90° C y las
tuberías fijas o móviles se colocan a unos 10 cm sobre el suelo.
La distribución del calor dentro del invernadero usando un sistema de calefacción
central por agua caliente se puede hacer de dos formas diferentes:
• Por termofusión, con tubos de diámetro grande, con una ligera pendiente
unidescendiente.
• Por impulsión de bombas o aceleradores con tubería de diámetro menor y una
temperatura en el agua de retorno más elevada que en el caso anterior.
Los sistemas de calefacción del suelo por agua caliente consiste en aplicar calor
en la base de la planta, con lo que la temperatura del aire del invernadero es
mucho más uniforme en comparación con la calefacción tradicional por tubo
caliente colgado del techo. Se puede utilizar agua entre 30 y 40 ° C y por tanto es
una forma de aplicación de energías alternativas como la geotérmica, calor
residual industrial y solar a baja temperatura que representan un ahorro de
energía, pues los costos de bombeo de agua son mayores, debido a que la caída
de temperatura del agua de calefacción en el invernadero es menor en los
sistemas a baja temperatura. Se precisa bombear mayor cantidad de agua para
ceder la misma cantidad de calor, por lo que los costos de instalación son
32
elevados. Sin embargo se pueden usar materiales económicos como el
polietileno en lugar de tuberías más caras como de acero o aluminio.
1.7.2.2 Calefacción por Aire Caliente — Caloventores
En este caso se emplea aire para elevar la temperatura de los invernaderos;
consiste en hacer pasar aire a través de focos caloríficos y luego impulsarlo
dentro de la atmósfera del invernadero. Existen dos sistemas:
• Generadores de combustión directa. Un ventilador lanza una corriente de aire
al interior de la cámara de combustión del generador, con lo que en su salida
el aire ya caliente arrastra consigo gases de ia combustión, que pueden crear
problemas de fitotoxicidad debido a sus componentes azufrados.
• Generadores con intercambiador de calor. La corriente de aire no pasa
directamente a través de la cámara de combustión, sino que se calienta
atravesando una cámara de intercambio. Por otra parte, la cámara de
combustión elimina los gases que se producen en ella a través de una
chimenea.
Los generadores de aire caliente pueden instalarse dentro o fuera del
invernadero; si están fuera, el aire caliente se lleva hasta intercambiadores que
están colocados dentro del invernadero. Cuando los generadores están
colocados dentro del invernadero, los ventiladores aspiran el aire del mismo y lo
expulsan directamente a la atmósfera del invernadero. También puede
distribuirse por medio de tubos de plástico perforado, que recorren en todas las
direcciones el invernadero.
En el caso de que el generador de calor esté en el exterior, el aire del invernadero
retorna al generador con la ayuda de unos conductos termo-aislantes, donde se
calienta y es impulsado de nuevo por medio de otros conductos. Normalmente el
combustible empleado es gasolina o propano, y los equipos están dotados de un
sistema eléctrico de encendido con accionamiento a través de un termostato.
Los sistemas de calefacción por aire caliente tienen la ventaja de que requieren
menor inversión económica y dan mayor versatilidad al poder usarse como
sistema' de ventilación, con el consiguiente beneficio para el control de
enfermedades.
Como inconvenientes se tiene que una deficiente distribución del calor, creando a
veces turbulencias internas que ocasionan pérdidas caloríficas y que su costo de
funcionamiento es alto; adicionalmente, si se averian, la temperatura desciende
muy rápido en el interior.
1.7.2.3 Empleo de Pantallas Térmicas
Se puede definir una pantalla como un elemento que, extendido a modo de
cubierta sobre los cultivos, tiene como principal función variar el balance
radiactivo tanto desde el punto de vista fotosintético como calorífico. El uso de
pantallas térmicas consigue incrementos productivos de hasta un 30% gracias a
la capacidad de gestionar el calor recogido durante el día esparciéndolo y
manteniéndolo durante la noche, periodo en el que las temperaturas bajan
sobremanera en los invernaderos. Las pantallas también son útiles como doble
cubierta que impide el goteo directo de la condensación de agua sobre las
plantas en épocas de excesiva humedad. Se las usa para:
a) Protección exterior contra:
• El exceso de radiación con acción directa (UV) sobre las plantas,
quemaduras.
. El exceso de temperatura (rojo, IR cercano).
• Viento, granizo, pájaros.
34
b) Protección interior:
• Protección térmica, ahorro energético (IR),
• Exceso contra el enfriamiento convectivo dei aire a través de la cubierta.
• Humedad ambiental y condensación.
Existen distintos tipos de pantallas, la mayoría tiene una base tejida con hilos
sintéticos y láminas de aluminio. La composición, disposición y grosor de los hilos
es variable, ofreciendo distintas características. También existen pantallas en las
que se tejen directamente las láminas del material reflectante entre sí o con otro
tipo de lámina plástica (poliéster, polipropileno, etc.); otro tipo es adaptando el
sistema de las mallas de sombreo tradicionales, sustituyendo la llamada rafia de
polipropileno o polietileno por aluminio.
Así mismo, las pantallas pueden ser abiertas o ventiladas y cerradas o no
ventiladas en lo referente al paso del aire. Las abiertas presentan la ventaja de
ser muy útiles en verano al permitir la evacuación del exceso de temperatura y
ofrecer propiedades térmicas, reflejando gran parte de la radiación IR durante la
noche. Las pantallas cerradas limitan las pérdidas por convección dei calor en el
aire y reducen el volumen de aire a calentar con lo que el ahorro de cara a la
calefacción es mayor.
1.7.3 SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO
Los sistemas de enfriamiento reducen el excedente de calor que existe dentro del
invernadero haciendo circular el aire caliente hacia el exterior. Para conseguir
hacer pasar aire frío dentro de la atmósfera del invernadero y reducir la
temperatura, al sacar el aire caliente se debe lograr que todas las aberturas
efectivas del invernadero (superficie real de la cobertura que queda abierta)
representen como mínimo el 25% de la superficie del suelo cubierta por la
estructura.
35
Los sistemas de ventilación se clasifican en los siguientes tipos;
• Ventilación Natural o Pasiva.
• Ventilación Forzada o Mecánica.
1.7.3.1 Enfriamiento por Ventilación Natural o Pasiva
Como su nombre lo indica los sistemas de enfriamiento por ventilación natural se
basan en el ingreso de corrientes de aire generadas por el viento, las mismas que
contribuyen a reducir las altas temperaturas y a reducir el nivel higrométrico.
La ventilación natural se da de las siguientes maneras:
• Colocando aberturas cenitales, principalmente en el techo del invernadero,
cuando sea posible. Estas aberturas son imprescindibles en modelos de
invernaderos con tres o más módulos, o a su vez con anchuras superiores a
los 20 m.
• Tratando de que las aberturas laterales superen la altura que pueda alcanzar
el cultivo en el interior del invernadero. Esto se consigue con estructuras altas
(Se recomienda 3.8 m o más a la cumbrera y 2.5 m o más en los laterales).
Debe acotarse que la ventilación cenital es la más recomendable ya que a
efectos de aireación es hasta ocho veces más efectiva que otra situada
lateralmente de igual superficie.
1.7.3.2 Enfriamiento por Ventilación forzada o Mecánica
Los procedimientos de ventilación forzada se basan en el ingreso de aire frío
proveniente del medio externo del invernadero mediante el uso de ventiladores.
Con este tipo de ventilación se logra conseguir únicamente una temperatura
idéntica a la que se encuentra el exterior del invernadero, pero se caracteriza
36
porque su control es mucho más preciso que el que se logra con la ventilación
pasiva.
En la práctica es recomendable el uso de un tejido Arpileno en los laterales de los
invernaderos, es decir en dónde se ubican los ventiladores, pues permite
controlar el flujo de entrada de aire para ventilación y evitar el ingreso de
impurezas.
1.8 SISTEMA DE CONTROL INTEGRAL DE TEMPERATURA DEL
SUELO Y DEL AMBIENTE EN EL INVERNADERO
El sistema de control integral de temperatura del suelo y del ambiente para un
invernadero se ha diseñado para ser instalado en un invernadero prototipo para
investigación, ubicado en el balcón del primer piso del edificio de Ingeniería Civil,
el mismo que tiene una estructura de madera y está recubierto por plástico de
polietileno que evita el paso de las radiaciones ultravioleta. Presenta las
siguientes medidas:
Ancho: 1.8m
Largo: 6.0 m
Altura 1: 2.3 m ( lado exterior del balcón )
Altura 2: 2.87 m ( lado interior del balcón )
En la Figura 1.12 se puede observar la forma y medidas del invernadero prototipo
creado para esta investigación; es importante mencionar que el lado exterior del
módulo esta constituido por una pared.
37
23 m
2.87m
Figura 1.12. Invernadero creado para el proyecto.
El cultivo se ha desarrollado en una cama de madera ubicada en el centro del
invernadero cuyas dimensiones son las siguientes:
Ancho:
Largo:
Altura 1:
Altura 2:
0.7 m
4.9 m
30 cm
23 cm
En la cama se ha colocado una capa de tierra con una altura promedio de 20 cm,
en la Figura 1.13 se puede observar la cama del cultivo sus respectivas
dimensiones.
Figura 1.13. Cama de cultivo del invernadero.
Para la adquisición de datos de temperatura tanto del suelo como del ambiente se
utilizarán los sensores PtlOO y LM335 respectivamente. El PtlOO se ha ubicado a
2 cm de profundidad del suelo en la mitad de la cama; mientras que para la
medición de la temperatura del ambiente se ha decidido utilizar dos LM335, para
de éstas dos medidas obtener una medida promedio más real de la temperatura
del ambiente del invernadero. En la Figura 1.14 se muestra la ubicación de los
sensores utilizados en el desarrollo de este proyecto.
Figura 1.14. Posición de los sensores en la cama de cultivo.
Los datos adquiridos mediante los sensores son acondicionados y transmitidos
hacia el módulo de entradas análogas EM231 compatible con el PLC Simatic S7-
224, el que se encarga de analizar los datos recibidos y ejecutar las acciones de
control que van a ser realizadas por el equipo final de control. Simultáneamente
se ha desarrollado una interfaz de comunicación mediante el programa InTouch
7.1 que permite al operador de sistema tener conocimiento del estado de las
variables además de tomar acciones de seteo y control del sistema.
Para el control de la temperatura del suelo se ha decidido utilizar el método de
calentamiento por tuberías mediante agua caliente. Se tiene un tanque de
almacenamiento que está conectado a una bomba de agua mediante tubería que
evita la pérdida de calor llamada Hidro 3, esta tubería llega hasta un calefón de
gas que calienta el agua para ser enviada hacia una tubería de hierro galvanizado
ubicada sobre la superficie del cultivo, para a la salida de ésta tener una conexión
de retorno hacia el tanque mediante tubería Hidro 3 (ver Figura 2.20).
Para el control de la temperatura del ambiente se ha instalado dos sistemas:
enfriamiento y calentamiento.
El equipo de enfriamiento esta compuesto de dos sistemas, el primero es una
ventana ubicada en el lado exterior del invernadero, la misma que tiene las
siguientes medidas:
Marco: Ventana:
Ancho: 128 cm Ancho: 128 cm
Largo: 210 cm Largo: 122 cm
La apertura y cierre de la ventana es controlada mediante un brazo mecánico que
es movido por medio de un motor, el que cesa su movimiento por la acción de dos
fines de carrera que indican si la ventana está abierta o cerrada. El segundo
sistema (ver Figura 2.19) está constituido por un ventilador ubicado en una pared
lateral del invernadero a una altura de 80 cm,
El sistema de calentamiento para el ambiente (ver Figura 2.21) constituye un
calefactor que está ubicado en la pared interior del invernadero a una altura de
100cm .
Todo el sistema de control se ha instalado en un panel de control ubicado al
exterior del invernadero en donde se encuentran: ei PLC, el módulo de entradas
análogas, los breakers de protección térmica, los relés de control para el
ventilador, bomba y motor, y finalmente un contactor para el calefactor. Es
importante mencionar que cada uno de estos elementos se encuentran
empotrados en rieles Din y sus respectivas conexiones se han realizado con el
cable adecuado y mediante borneras.
CAPITULO 2.
EQUIPO DE CONTROL
La adquisición de datos para un determinado proceso se logra mediante
sensores, pero algunos sistemas requieren señales normalizadas (sean de voltaje
o de corriente), razón que obliga necesariamente a realizar un acondicionamiento
de las señales que provienen de los elementos sensores. Existen sensores para
varias magnitudes físicas: humedad, radiación, Ph, caudal, temperatura, etc. En
este caso interesa conocer los sensores de temperatura que puedan servir para
mediciones en invernaderos, y el tipo de acondicionamiento para obtener un
transmisor de temperatura cuya señal de salida pueda ser acoplada y leída sin
problemas por un PLC o un microcontrolador, el que procesará la información y
permitirá la acción sobre los elementos finales de control.
2.1 ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES
Para realizar el control de temperatura del ambiente y del suelo, se han diseñado
dos circuitos de acondicionamiento. Para la temperatura del suelo un Ptl 00 y para
la temperatura del ambiente LM335. Los acondicionadores de temperatura serán
diseñados para entregar salidas de voltaje entre O - 10 V y salidas de corriente
entre 4 - 2 0 mA, para temperaturas que van entre los O y 50°C. Cada circuito
diseñado ha sido implementado en una placa diferente, para aislar las señales de
los dos sensores y ubicarlos en sitios diferentes de acuerdo a la localización de
los sensores.
2.1.1 ACONDICIONADOR PARA PtlOO
Los cambios de temperatura producen en el PtlOO variaciones de resistencia, los
valores de resistencia para la calibración se encuentran en tablas especificadas
41
en ia norma ASTM E-1137 (Especificaciones Estándar para Termómetros de
Resistencia Industriales) la cual cubre los requerimientos para los PtlOO en el
rango de O a 100 °C con una resistencia nominal de 100 Q a O °C. Estas
especificaciones cubren también los PtlOO convenientes para todo o parte del
rango de temperatura entre -200 a 650 °C. La relación temperatura-resistencia y
tolerancia son especificadas como físicas, rendimiento y requisitos de prueba.
U L,
l\. \
^AOPJU U
PtlOO
1UUÍ2
NJxTérmica ")
V119.66Q
Circuitoacondicionador
de señal
u v4mA
Vout
i r\\rI U V20mA
Figura 2.1. Diagrama de bloques del sistema de medición del sensor PtlOO.
Mediante el diagrama de bloques mostrado en la Figura 2.1 se analizará de forma
general el sistema de medición de temperatura con un PtlOO. En la Figura 2.2 se
muestra el acondicionador de señal que tendrá las siguientes etapas:
Puente - AmplificadorDe
Instrumentación
—Amplificador
Figura 2.2. Diagrama de bloques del acondicionador del Pt100.
2.1.1.1 Puente de Wheatstone
La variación de la resistencia de una sonda se puede medir usando un puente de
Wheatstone dispuesto en montajes denominados de dos hilos, de tres hilos o de
cuatro hüos, según sean los hilos de conexión que dispone el sensor para
conectarse al puente. Los montajes de dos hilos son los más sencillos pero
presentan inconvenientes, y se usan cuando la lectura no necesita ser demasiado
exacta. La conexión de cuatro hilos esta negada para este caso pues se dispone
de un PtlOO, de tres terminales. Por consiguiente, debido a los hilos de conexión
y porque se desea tener el menor error posible en la medición, se usará una
conexión como se muestra en la Figura 2.3.
+12V
R1
Figura 2.3. Conexión del PtlOO de tres hilos en el puente de Wheatstone.
La conexión de tres hilos realizada para el PtlOO se encuentra establecida en el
apéndice de la norma ASTM E-644 (Métodos Estándar para Pruebas de
Termómetros de Resistencia Industriales) en donde se indica la conexión para
termómetros de resistencia con tres hilos.
Los RTD's generalmente tienen errores en la medición debido a los cambios de
temperatura por autocalentamiento; para evitar estos problemas lo recomendable
es hacer circular por el sensor corrientes bajas para que no influyan directamente
en el calentamiento del elemento sensor. Para calcular los valores de resistencia
del puente se considera una corriente de circulación pequeña, y se obtiene los
valores de cada elemento mediante los cálculos presentados a continuación.
PUENTR
•'-PUENTE
Si Rí = IQKQ. entonces R} »R•PtlOO
J\ +Apíloo ~ J\ r,
T _ 1 9777/12 PUENTE ~~ *-.¿*iit¿l.
Para obtener los valores de resistencias restantes, se recurre a la ecuación de
equilibrio del puente:
R ÍL
Considerando iguales los valores de R-\ R2
D - - - n i Q Q n „JV3 ~ n 1 "
Para simplificar la relación del puente podemos considerar que el puente se
equilibre (la salida de voltaje sea igual a cero) cuando la temperatura sea 0°C,
entonces;
(aO°C)=100Q
La ecuación de equilibrio del puente no toma en cuenta la carga producida por [os
cables de conexión, pero se tiene que con un sensor de tres hilos la resistencia
presente en los cables influye de igual manera sobre la resistencia R3l y sobre la
resistencia del PI100. Además el tipo de conexión implementado está avalado por
el fabricante para obtener mediciones con el menor error posible. Partiendo del
mismo criterio para calcular las resistencias del puente, se encuentra los valores
de voltaje VT en el puente cuando la temperatura varia desde O a 50°C.
44
xFcc
Cuando T-0°C la resistencia del sensor es 100Q y si T =50°C la resistencia del
sensor es aproximadamente 120H, entonces;
120O 100Qx!2F
= 50°C) =
La salida pedida para el acondicionador está entre O y 10V, por lo tanto la
ganancia total, será:
Gr = — = 425,833T 23.4806/nF
Para asegurar un margen de calibración podemos considerar una ganancia GT
más alta.
2.1.1.2 Amplificador de Instrumentación
Básicamente, los amplificadores de instrumentación tienen las características
siguientes: alta impedancia en sus entradas diferencial, bajo corrimiento del
voltaje de entrada offset, baja corriente de polarización, ganancia fijada por medio
de una o dos resistencias externas, y una alta relación de rechazo en modo
común. Para proporcionar una elevada impedancia de entrada, el amplificador de
instrumentación se aprovecha de una de las características de los amplificadores
conectados como "seguidores de emisor11; esto es, su elevada impedancia de
entrada; además, se puede observar que las dos entradas (no invertida e
invertida), están balanceadas. En la práctica, sin embargo es muy difícil balancear
45
el amplificador cuando se emplean elementos discretos. Pequeñas diferencias
desbalancean el conjunto. También se hacen amplificadores de instrumentación
empleando en la entrada un par diferencial en base a FETs. La Figura 2.4
muestra el esquema de un típico amplificador de instrumentación.
Una razón importante para emplear un amplificador en modo diferencial o un
amplificador de instrumentación es la de eliminar ruido o voltajes continuos que
pueden estar contaminando la señal deseada; es decir, la señal que
verdaderamente se desea amplificar. La ganancia del amplificador puede
encontrarse a partir de:
r,=a+^F;-DR
Si el amplificador está equilibrado, es decir, sí RsR4 = RaR6 y si RI = R2í entonces:
Por tanto, la ganancia del amplificador completo puede controlarse por medio del
resistor RQ.
Para esta aplicación se considera una ganancia fija del amplificador de
instrumentación. A continuación se muestra el cálculo de los elementos del
amplificador, tomando los valores de R4, R5, R6, R3 iguales a 10KQ, ya que con
eso se logra balancear la entrada del amplificador, adicionalmente se logra
eliminar el ruido al obtener una alta relación de rechazo en modo común.
Gj = 45 (Ganancia del amplificador de instrumentación)
=> Si I\ RS =
Gi = 1 + 2TT =
*
= 6SOD
44
=
+12V
VT
V1
4 U1ATL084
11
-12V
R1
-12V
R3
'
1
U2A
T108<
\a
•
R4
/h
R5
-12V
1
2 H
3 *
4
+1
U3A
^ - 1
2V
R6
4
+12V
Vol
Figura 2.4. Amplificador de instrumentación.
Ar-t4 /
2.1.1.3 Etapas de Amplificación
Las etapas de amplificación posteriores se desarrollaron mediante amplificadores
no inversores, pues al usar la entrada positiva del operacional como entrada el
amplificador tiene una impedancia de entrada muy alta. Se usa dos amplificadores
para dar la ganancia fina! al acondicionador, el primero tiene la ganancia fija y; el
segundo usa un potenciómetro que permite regular la ganancia y también queda
como up elemento de calibración. Los esquemas de los amplificadores usados se
presentan-en las Figura 2,5.
Rf
-12V
Rs
\
U4ATL08¿
Vol+Vo2
4
+12V
a)
POT1
-12V
Rs
\
U4ATL084
Vo2 Vo34
+Í2V
b)
Figura 2.5. a) Amplificador no inversor para la primera etapa de amplificación.
b ) Amplificador de ganancia variable.
Los cálculos realizados para el diseño de los amplificadores se presentan a
continuación. Para el amplificador con ganancia fija se considera una ganancia de
dos (2) y para el variable una ganancia máxima de seis (6).
G2 = 2 (Ganancia del primer amplificad or )
,Rs
Si Rs - lOJGn ^> Rf = IOKQ.
Para el amplificador variable que servirá para la calibración del acondicionador, se
tiene:
G3 = 6 (Ganancia del segundo amplificador)
/- 1 POTi £r=>G, =1 + - =63 Rs
Si Rs
=> pon = 5<xm
Con ello si la temperatura es 0°C la salida del puente será de O V, la del
amplificador es de O V y por lo tanto la salida total será de O V, mientras que
cuando la temperatura sea de 50°C la salida del puente será de 26.4806 mV, la
dei amplificador es de 1 OV ,
Para hacer un transmisor de corriente se necesita que la salida a O V sea de 4 mA
y a 10 V sea 20 mA, para lo cual se usará un conversor Voltaje / Corriente
descrito luego del acondicionador del LM335 porque los dos lo necesitan por
igual.
49
2.1.2 ACONDICIONADOR PARA LM335
El LM335 da un voltaje de salida que varía de 2.73 V a 0°C hasta 3.23 V a 50°C
por lo que debe ser amplificado y desviado para obtener la salida dei
acondicionador de O a 10 V, en la Figura 2.6 se explica mediante un sencillo
diagrama de bloques el efecto del acondicionamiento.
iru
KTemp. y
V
50°C
LM335
¿. lo V
KVTérmlco /
V
3.23V
Circuitoacondicionador
de señal
u v4mA
Vout
10V20mA
Figura 2.6. Diagrama de bloques del sistema de medición de temperatura.
La primera etapa del acondicionador usa un amplificador diferencial que tiene por
entradas la lectura del sensor y una referencia de 2.73 V, estas entradas pasan
inicialmente a través de seguidores de voltaje para no cargar el amplificador.
Debido a la referencia, el voltaje de salida del amplificador diferencial se
encuentra entre O y el valor dado por la ganancia a la salida del amplificador, la
salida es nuevamente amplificada usando un amplificador no inversor, el primero
de ganancia fija y el segundo permite una ganancia variable que es muy
importante para la calibración del acondicionador.
2.1.2.1 Alimentación del Sensor LM335
Las hojas de datos del LM335 indican que necesita tener una circulación de
corriente para su funcionamiento. Con el fin de mantenerlo funcionando
independientemente de la distancia existente entre el acondicionador y el sensor,
se diseñó una fuente de corriente constante exclusiva para el sensor. En la
Figura 2.7 se muestra la fuente de corriente constante para el funcionamiento dei
sensor LM335,
50
>
Figura 2.7. Fuente de corriente que alimenta al sensor LM335.
La fuente de corriente tiene un amplificador operacional que actúa directamente
sobre el transistor Q1 manteniendo su funcionamiento en la región activa, la
corriente que suministra está dada por el valor del diodo zener y la resistencia
limitadora RL, de acuerdo a la relación;
LSENSORYLRr
La resistencia R2 polariza el diodo zener para obtener entre sus terminales el
considerando que la corriente lz para que el zener funcione es 10 mA, se tiene:
Vcc
t
R =127—
10/77,4
Rz =
Vcc I2VR
_ A
= UmA
51
La corriente de 12mA asegura un correcto funcionamiento del zener que tiene un
Vz de 5.6V, partiendo de este valor la corriente de salida para el sensor es:
Vz 5.6V
¿SENSOR
La corriente máxima que debe circular por el sensor para su funcionamiento es
10mA de acuerdo a las especificaciones del fabricante, por lo tanto la corriente
aplicada no afectará al desempeño del sensor. Además el sensor y el
acondicionador pueden estar a una distancia considerable sin tener ningún
inconveniente.
Conectando la fuente de corriente, el sensor comienza a registrar lecturas de
voltaje que tienen relación directa con la temperatura del medio circundante. En
algunos casos el voltaje de salida del LM335 necesita un ajuste, por esta razón el
fabricante recomienda conectar un potenciómetro de la manera mostrada en la
Figura 2.8.
POT1
Figura 2.8, Conexión del potenciómetro de ajuste del LM335.
2.1.2.2 Seguidor de Voltaje
Este circuito es también llamado seguidor unitario y permite aislar la señal de
salida dei sensor de temperatura LM335; un seguidor de voltaje se construye
mediante un amplificador operacional (como se muestra en la Figura 2.9 el cual
tiene una ganancia igual a uno (1) sin inversión de fase o polaridad. Otro seguidor
52
de voltaje se usa con el mismo objetivo para la señal que proviene del
potenciómetro de referencia.
Vi
-1
1
2
3
>"
>V
U1A
1 TL084
\
«• ^ 4-S'\T
4
•M2V
Figura 2.9. Seguidor de voltaje con amplificador operacional.
2.1.2.3 Amplificador Diferencial
Los amplificadores diferenciales o de diferencias amplifican la diferencia entre dos
señales que están directamente acopladas. Estos amplificadores se obtienen
fácilmente usando uno o más operacionales con realimentación lineal. En la
Figura 2.10. se muestra un amplificador diferencial implementado que utiliza un
operacional.
R1 R2
4- v v
Vref
o)7 VT R3
~ ^ s, *,
-ij
12 p^
3 H
4
ÍV
USA1 TL08'
^^^ 1 c
+12V
R4
Vol
Figura 2.10. Diagrama del amplificador diferencial donde se representa el voltaje
en modo común.
53
Las características esquematizadas de estos amplificadores son impedancia de
entrada infinita, impedancia de salida cero, sin compensaciones o desviaciones
de CC, cero ruido en el amplificador y un factor constante de ganancia sin error de
ganancia, y completo rechazo de señales comunes a ambas entradas (rechazo
infinito de modo común). Se supone un amplificador operacional ideal, se aplican
las siguientes ecuaciones:
donde 62 es la lectura del sensor (Vf) y 61 la referencia (Vref = 2.73V), emc es el
voltaje en modo común que pueden tener las dos entradas. Combinando estas
ecuaciones para obtener la salida, se tiene;
R, R4 l+ /Ré- _ 2-, ' —_L--
^3
Si _2_ = _± |a ecuación anterior se reduce a en =—(e^-e,}. Las relaciones der> n ' U 7-, \ I /1 3 -¿H
los resistores —=- y —^- deben igualarse cuidadosamente, con el objeto de
asegurar el rechazo en modo común de las señales. Además el valor de estas
resistencias fija la ganancia para el amplificador diferencial. Tomando en cuenta
las precauciones hechas y tomando las fórmulas finales, se puede realizar el
cálculo de la siguiente manera:
e2-e}
Tomando en cuenta que el amplificador diferencial restará las dos entradas antes
de amplificarlas, este resultado a 50°C será 0.5V ( 3.23V menos 2.73V). Si R1 =
R3 y R2 - R4 y con una ganancia de 1 0 se tiene:
Si R=lQKCl
2.1.2.4 Etapa de Amplificación
La etapa de amplificación utilizará un amplificador no inversor como se muestra
en la Figura 2,11, este amplificador solo necesitan un operacional y se
caracteriza, como se dijo con anterioridad, por la alta impedancia de entrada.
POT1
-12V
Rs
+Vol
U4ATL08'
4
+12V
+Vo2
Figura 2.11. Amplificador no inversor.
La ganancia para un amplificador no inversor está dada por los valores de las
resistencias de realimentación y se calcula de la siguiente manera:
ponRs
55
Utilizando una ganancia igual a 2,5 para asegurar la posibilidad de calibración y si
disponemos de un potenciómetro de 500 KQ, se tiene:
POTl^=^Rs
P POTlRs = = = ,
G-l 1.5
2.1.3 CONVERSOR VOLTAJE / CORRIENTE
En aplicaciones que tienen como objetivo la excitación de bobinas y la transmisión
de señales por líneas largas, algunas veces es conveniente convertir un voltaje en
una corriente de salida. Además estas aplicaciones necesitan que esta corriente
de salida se mantenga constante independientemente de los cambios en la
resistencia de carga. El problema que se plantea no es muy complicado
considerando que se debe trabajar con los voltajes de salida de los
acondicionadores (salidas de O a 10V), Con este antecedente se usará para la
parte final del diseño convertidores de voltaje a corriente (CVI) que en este caso
será de 4 a 20 mA. La Figura 2.12 muestra el circuito del CVI usado para el
transmisor de temperatura.
El circuito utilizado es un conversor de corriente a voltaje cuya carga estará
referida a tierra; la etapa del amplificador operacional logra elevar el offset de la
corriente a 20mA, luego con la relación de impedancias del terminal negativo se
obtiene el control de la ganancia y finalmente utiliza un transistor pnp que trabaja
en la región activa normal para convertir las variaciones de voltaje en corriente.
-40 56
Una vez establecidos los parámetros de los elementos la salida depende solo del
voltaje de entrada y tiene una característica lineal.
Vref
Figura 2.12. Conversón de voltaje a corriente.
Los parámetros para el correcto funcionamiento del CVI se calculan a
continuación. Considerando que se trata de un amplificador diferencial se tiene:
v+ = -7m + - Ve
i-
v_ =
= v-en el operaciona!
•Ve=R2.Vcc+R-] Vref
, - (Fcc - Ve) = R} - (7/n - Vref}
57
Fbc-Fe
Yin =
Vfer = -2.5F
R, I
La ganancia del sistema será 625.Considerando que el transistor trabaja en la
región activa normal se asume VCOiector- emisor =3V, y se calcula [a carga que puede
manejar para la peor condición con una corriente de 20mA, obteniendo 350
ohmios. Además para garantizar que el transistor trabaje normalmente damos
valores para R4 = 330Q y R5 = 1 .8KD Por lo tanto R3 = 1 0OQ, así:
^ = 6.25
Si R, =
Los transmisores de corriente, tanto para el PtlOO como para el LM335 se
muestran a continuación. Se usarán circuitos integrados TL084 polarizados con
+Vcc y -Vcc que contienen cuatro amplificadores operacionales en un solo
encapsulado.
<*'<
+12V
+12V
-12V
+12V
U1A
TL0
84
3
+12V
+1
2V
I l
Rl
<
R2
<
10K \K
<
<
\
I s, R3
<
(
RT
D
100 <
(> > \ >
1
..
^
2
<
~vj
^
*^^
1^"^
1^
+12V
^ 1
R22
1.5K
v R
22
^
680
-12V 1
2 3
>• >
UIA
1
TL0
84
^^ ^~\
, R
22
1.5K
^
10K
+12V
UIA
U084
2V
10K
PO
T
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3 2
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L\ i
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1 v
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s/\/
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0K
TR
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ISO
R P
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A E
L S
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SO
R D
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A P
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Doc
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Rev R
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V+
12V
3 2
LM
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6 5
-12V •
^
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AR
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SO
R D
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EM
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RA
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RA
LM
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o 20
02
Do
c1
|5he
et
1
oí
1
3e
v Reí
60
2.2 ELECCIÓN DEL CONTROLADOR DE TEMPERATURA
El controlador es la parte inteligente de un proceso y de él depende prácticamente
todo el funcionamiento del sistema. Las herramientas que tenemos en este campo
son variadas, pero las más usadas actualmente debido a los avances
tecnológicos son por ejemplo los PLCs, microcontroladores y tarjetas de control
que usan las PCs como parte fundamental ya sea para la programación o interfaz
entre el controlador y el usuario.
Debido a los objetivos que se quiere alcanzar se ha elegido como controlador un
Micro-PLC S7-200. En la Figura 2.13 se tiene una vista general del PLC usado.
.EO&<teTO£trcto
w
Tcc mirwUiTerminal ifo saítaas
SdoclcrRUM.'STÜP
T a n írir
Figura 2.13. Micro-PLC S7-200 (descripción de algunas de sus partes).
El Micro-PLC S7-200 puede programarse mediante un computador que debe
tener instalado el programa STEP 7-MicroAA/IN 32. La comunicación del PLC y el
computador ya sea para su programación o configuración, se realiza usando un
cable serial PC/PPI que viene incorporado con el PLC. Una vez que se descarga
el programa en el PLC este actúa como un equipo autónomo (en este caso el PLC
funciona sin comunicarse con ningún otro dispositivo); o puede comunicarse con
otros PLCs y programas de instrumentación mediante el mismo cable serial u
otros componentes específicos diseñados por lo general para trabajos en redes.
61
El Micro-PLC S7-200 usado tiene incorporado una CPU 224, posee 8 entradas y
10 salidas digitales; un puerto de comunicación serial y socket de ampliación
(para comunicación con módulos adicionales); un interruptor de tres posiciones
(STOP, TERM y RUN) que permiten seleccionar el estado del programa y una
fuente de +24V para alimentación del PLC y uso general. La fuente de +24V,
también sirve para alimentar los módulos que se requieran conectar al PLC para
aumentar su capacidad de trabajo, por ejemplo, módulo de entradas y salidas
digitales adicionales; módulo de entradas y salidas analógicas; módulos para
termopar y RTD y módulos de comunicación. Internamente el PLC contiene una
memoria EEPROM donde se almacena la programación y una memoria RAM que
contiene los valores actuales de los contadores, temporizadores; entradas y
salidas. También tiene incorporado un reloj en tiempo real (RTC) para las
aplicaciones que lo requieran.
2.2.1 COMümCACIÓN DEL Micro-PLC S7-200
La comunicación entre el computador y la CPU S7-200 se realiza mediante el
cable PC/PPL El cable PC/PPI se pueden utilizar para conectar el PLC a
numerosos dispositivos compatibles con el estándar RS-232.
El cable PC/PPI es aislado, con un puerto RS-232 que tiene 5 interruptores DIP
para ajustar la velocidad de transferencia y configurar otros parámetros más. El
cable PC/PPI soporta velocidades de transferencia comprendidas entre 600 bit/s y
38.400 bit/s determinada mediante los interruptores DIP dispuestos en la carcasa
del cable, y cuya configuración de la velocidad de transferencia correcta, se
establece por la Tabla 2.1, que muestra las velocidades de transferencia y las
posiciones de los interruptores DiP. Los datos técnicos del cable PC/PPI se
indican en el Anexo D.
62
Tabla 2.1. Posición de los interruptores DIP en el cable PC/PPI para seleccionar
la velocidad de transferencia.
Velocidad de transferencia
(en bit/s)
38400
19200
9600
4800
2400
1200
600
Interruptor DIP
(1 = arriba)
000
001
010
011
100
101
110
Cambio de Inversión
(ms)
0.5
1
2
4
7
14
28
En este caso se ha determinado como velocidad de trasmisión 9600 (bit/s), en el
cable PC/PPI, configurada tanto en el PLC como en el computador, como se
puede ver en la Figura 2.14.
K;
D - V 6 Í T
1 ^ PT=
Figura 2.14. Comunicación del PLC usando el cable PP!.
63
El cable PC/PPI se encuentra en modo de transmisión cuando los datos se envían
del puerto RS-232 (PC) al RS-485 (PLC). En cambio, se encuentra en modo de
recepción al estar inactivo, o bien cuando los datos se transmiten del puerto RS-
485 (PLC) al RS-232 (PC). El cable cambia inmediatamente de modo de
recepción a transmisión cuando detecta caracteres en el canal de transmisión del
RS-232. El cable cambia nuevamente a modo de recepción cuando el canal de
transmisión del RS-232 está inactivo durante el tiempo de inversión del cable.
Este tiempo depende de la velocidad de transferencia seleccionada con los
interruptores DIP del cable, la misma que se puede observar en la Tabla 2.1.
2.2.2 INSTALAC1ÓN DEL Micro-PLC S7-200
Los sistemas de automatización S7-200 (Micro-PLCs) son fáciles de instalar. Se
pueden montar bien sea en un armario eléctrico, utilizando los orificios de sujeción
revistos paralelo, o bien en un raíl normalizado (DIN), usando ganchos de
retención. Sus pequeñas dimensiones permiten ahorrar espacio. Para la
instalación y montaje se deben tomar en cuenta ciertas recomendaciones para la
óptima operación del sistema, las cuales se describen en los anexos.
Figura 2.15. Disposición del montaje del PLC S7-224 con el módulo de ampliación
EM231.
En este caso, el sistema de automatización PLC S7-224 implementado está
dispuesto en un armario eiéctrico sobre un raí, DIN, montado en forma honzonta,,
64
además posee un módulo de ampliación de entradas análogas EM 231,
conectado al PLC mediante un cable plano con el correspondiente conector
incorporado en el módulo de ampliación. Este sistema se puede observar en la
Figura 2.15.
El módulo de ampliación EM 231, se caracteriza por recibir las señales de cuatro
entradas analógicas, las cuales pueden ser normalizadas a los estándares de 4 a
20 mA o O a 10 V, la elección del estándar se realiza mediante los interruptores
DIP incorporados en el módulo. Cabe señalar que dicho módulo es alimentado
mediante una fuente de 24 VDc, la cual es proporcionada por el mismo PLC.
Además el cableado ha seguido las normas especificadas en el manual de ayuda
del PLC S7-224 que se encuentran en el Anexo D.
A continuación se presenta, en la Figura 2.16 el plano de conexiones del PLC
con los elementos de adquisición de datos, así como los actuadores para el
control de temperatura.
P-
i>o o.» &.? aa » a. fot a& M • ai 10 "Ufe') * u «H
PLC S7-224
65
Conversor Wl
| SA A* A- RB B* &- i*S O G~ RD D' D-
EM 231
±: No atildado
b)
Figura 2.16. a) Plano de conexiones de actuadores. b) Plano de conexiones de
los sensores.
2.3 ELEMENTOS FINALES DE CONTROL
Por las características de control de temperatura requeridas, ya mencionadas en
el capítulo primero, es necesario implementar actuadores que cumplan con la
función de calentar y enfriar la temperatura del ambiente, para lo cual se utilizan
niquelinas y ventilación natural y forzada respectivamente; mientras que para el
control de la temperatura del suelo es necesario un actuador que eleve la
temperatura, para lo que se consigue con tuberías de calentamiento.
2.3.1 ENFRIAMIENTO
El intercambio de aire entre el interior y el exterior del invernadero incide de una
manera clara en el clima de cultivo. No solamente cambia el balance de energía, y
por lo tanto la temperatura del aire, sino que también afecta el contenido de vapor
de agua y de anhídrido carbónico.
66
Como se ha mencionado anteriormente la ventilación es un método para disminuir
la temperatura del invernadero, existiendo dos tipos de ventilación: natural y
forzada; considerando las características físicas del invernadero en el cual se
desarrolla este proyecto se ha visto necesaria la implementación de los dos tipos
de ventilación, tratados a continuación.
2.3.1.1 Ventilación Natural
La ventilación natural ha sido implementada usando una ventana por la cual
ingresa el aire fresco al invernadero, cuya área real es de aproximadamente 1m2.
La determinación del valor del área de la ventana se realizó tomando en cuenta
que dicho valor debe ser el 20% de la superficie efectiva del invernadero o
superficie de cultivo, por lo tanto se toma en cuenta las dimensiones de la cama
de cultivo, la misma que se muestra en la Figura 2.17.
490 cm
70 cm
Figura 2.17. Cama de cultivo del invernadero.
Largo =
Ancho =
4,9 m
0.7 m
Área efectiva = Largo * Ancho = 3.43 m2
Área ventana - 20% (Área efectiva)
Área ventana = 20%(3.43 m2)
Área ventana = 0,2 * (3.43 m2)
Área ventana = 0.686 m2
Por tal motivo y como ya se mencionó en el capítulo primero la ventana tiene 0.54
m de alto y 1.28 m de ancho encontrándose una superficie de 0.6912 m2 con lo
cual se cubre la superficie requerida en los cálculos.
Para controlar la ventilación natural del invernadero, es necesario abrir o cerrar la
ventana; con este objetivo se ha instalado un motor monofásico, el mismo' que
puede girar en los dos sentidos. La Figura 2.18 muestra el esquema de un motor
monofásico reversible en donde se observa que en el devanado auxiliar tiene
conectado un capacitor que se utiliza para el arranque.
Figura 2.18. Motor reversible de arranque por condensador.
El capacitor generalmente es electrolítico y su valor está en el orden de 75 a
330uF dependiendo de la potencia del motor. Puesto que es posible que el voltaje
en el condensador de un circuito RLC sea considerablemente mayor que el voltaje
aplicado, deben tomarse precauciones para asegurar que no se presenten
voltajes destructivos. Los capacitores utilizados son generalmente de bajo costo y
proporcionan un par de arranque que es cuatro veces el nominal.
La ventana consta de una estructura corrediza de aluminio cubierta con el mismo
material plástico de polietileno que recubre el resto del invernadero, acoplada a
un brazo mecánico que permite la apertura o cierre de la ventana, accionamiento
producido por medio del motor que ensamblado al brazo mediante poleas permite
reducir la velocidad y aumentar el torque del motor para cumplir con el propósito
deseado, esto es, abrir o cerrar la ventana.
La ventana tiene un movimiento vertical, por esta razón el motor utilizado debe
generar el torque necesario para vencer el peso de la ventana al momento de
cerrarla. El motor seleccionado tiene una potencia de Vi HP y trabaja en
condiciones normales con un voltaje de 110V. Tomando en cuenta estas
especificaciones y realizando mediciones, se encontró que la corriente nominal
del motor es de aproximadamente 2.5 A; por lo tanto, considerando en el
arranque una corriente de hasta seis veces mayor que la nominal se tendría en el
momento del arranque 15 A, lo que determinó que se coloque como protección
del motor un breaker de 15A.
Se debe mencionar que la ventana está ubicada en la parte lateral exterior del
invernadero para aprovechar el ingreso de la mayor cantidad de aire fresco.
2.3.1.2 Ventilación Forzada
La ventilación forzada se realiza usando un ventilador que permite un control más
preciso de la temperatura del invernadero que el que puede lograrse con la
ventilación natural.
69
La tasa de ventilación recomendable es como mínimo los % del cambio total de
aire por minuto, por lo tanto se debe calcular el volumen del invernadero para
poder dimensionar el ventilador. Se reconoce que un ventilador es dimensionado
por la cantidad de aire que puede ingresar por minuto, para lo cual se utiliza los
CFM ( cubic feet per minute) ó pies cúbicos por minuto, como unidad. Además
para garantizar un apropiado dimensionamiento del ventilador es recomendable
usar factor de seguridad que puede ser del 50%.
V invernadero = Largo x Ancho x Altura promedio
Largo = 6 m (19.2 pies )
Ancho = 1.8 m ( 5.9 pies )
Altura promedio = 2.5 m ( 8.2 pies )
v invernadero = 928.9 pies
CFMvent¡[ac¡ón = 0.75 X (V invernadero x 1 -5)
CFM ventilación = 0.75 X ( 928.9 X 1.5 )
CFM ventilación = 1045.01
El ventilador a utilizarse es de 1250 CFM, el mismo que tiene 18 pulgadas de
diámetro, y está formado por un motor de V£ HP, con una protección de 15 A.
Se ha colocado el ventilador en la pared correspondiente al ancho del
invernadero, a media altura, tal como se observa en al Figura 2.19, ya que se
desea una mejor distribución del aire fresco, y por consiguiente una distribución
homogénea de la temperatura en el interior del invernadero; además se evita la
ventilación a nivel de los cultivos, pues afectarían al desarrollo de los vegetales.
70
Figura 2.19. Posición del ventilador en el invernadero.
2.3.2 CALENTAMIENTO
La calefacción del invernadero se puede efectuar por dos medios: a través del
ambiente o a través del suelo, o bien a través de ambos elementos.
El aire tiene una inercia térmica débil y, por lo tanto, el calor se difunde en su
masa casi exclusivamente por convección: Al contrario, el suelo tiene una gran
inercia y el calor se transmite casi exclusivamente por conducción. Por lo general,
los sistemas térmicos actúan sobre el ambiente, tanto para bajar como para subir
la temperatura, mientras que sobre el suelo sólo actúan para subirla, porque al
tener la temperatura una relación inversa con la humedad se debe considerar que
al ser alta la temperatura la humedad va a ser baja; por consiguiente, se activaría
el sistema de riego para aumentar la humedad consiguiendo así disminuir la
temperatura del suelo. Por lo tanto no es necesario implementar un sistema de
enfriamiento para el suelo.
71
2.3.2.1 Calefacción en el Suelo
Como se mencionó en ei primer capítulo existen varias técnicas para el control de
temperatura, una de ellas es la calefacción. En este proyecto se ha decidido
¡mplementar el método de calefacción por agua caliente mediante tuberías
radiantes, las mismas que estarán ubicadas a nivel del suelo o enterradas.
La aplicación del calor al suelo debe tener en cuenta cuatro parámetros
importantes: el mecanismo de transferencia del calor, la capacidad de
almacenamiento de calor del suelo, el cambio de las propiedades físico-químicas
del suelo inducidas por el calor, y los efectos fisiológicos del calor.
Mecanismo de transferencia de calor.- Para este caso el calor será transmitido
de las tuberías por radiación, mientras que en el suelo será por conducción.
Capacidad de almacenamiento de calor del suelo.- El suelo presenta
problemas de almacenamiento de calor ya que su coeficiente de transmisión es
muy bajo y por ende es renuente a recibirlo.
Cambio de las propiedades físico-químicas del suelo.- Al estar el suelo a una
temperatura menor a la mínima biológica la composición físico-química del mismo
varía, provocando cambios en los nutrientes que necesita la planta para su
desarrollo.
Efectos fisiológicos del calor.- Al estar la temperatura en un valor no adecuado
el vegetal disminuye la absorción de nitratos y fósforo que necesita para su
desarrollo.
Por lo tanto se ha definido que para el calentamiento del suelo se van a utilizar
tuberías de hierro galvanizado de 1/2 pulgada, con los siguientes tamaños: 4.7 m
de largo y 5 mm de grosor, la misma que conducirá agua caliente.
El agua es almacenada en un tanque reservorio de 7 galones de capacidad que
está conectado a la entrada de una bomba pasando por una llave de protección
mediante tubería Hidro 3 que evita pérdidas de calor porque tiene un
revestimiento interior que anula su fuga. A la salida de la bomba se extiende una
tubería Hidro 3 que se conecta a la entrada de un calefón que calienta el agua; a
su salida se conecta una tubería que lleva agua caliente hasta llegar a la
superficie de la cama del cultivo en donde se enlaza a una tubería de hierro
galvanizado que realiza la función de irradiación. De esta tubería de hierro se
retorna hacia el tanque mediante tubería Hidro 3 cerrando el circuito de
circulación. La tubería Hidro 3 que se ha usado es de % de pulgada. En la Figura
2.20 se observa un esquema explicativo del sistema implementado.
Tanque deAlmacenamiento
Tubería Hidro 3Bomba
Figura 2.20. Sistema de calefacción del suelo.
La bomba utilizada envía 8 litros por minuto y se caracteriza por ser para agua
caliente; es alimentada con 110 V, y con una corriente nominal de 2.5 A; por lo
tanto se usa una protección de 15 A.
El calefón usado es de 5 litros por minuto con llama piloto, es decir la llama
principal se enciende si ingresa al calefón un caudal de 5 litros por minuto.
Cuando la bomba envía agua a! calefón este calienta el caudal de ingreso a una
temperatura que es aproximadamente igual a la temperatura inicial del agua mas
25°C.
La distribución de la tubería de hierro galvanizado sobre el cultivo, es en forma de
espiral. La temperatura del agua circulante al ingreso de la tubería está en el
rango de 60 a 70 ° C y en el entorno es de aproximadamente 40 ° C. El actuador
implementado para el control de la temperatura del suelo se ha instalado sobre la
superficie del cultivo ya que si se enterraba las tuberías se corría el riesgo de que
las raíces crecieran y las alcanzaran, pudiendo llegar a quemarse. Además, de
esta manera se logra un actuador que de manera indirecta calienta la temperatura
ambiente del invernadero.
Se debe mencionar que este tipo de instalaciones de calefacción por agua
caliente son costosas y su uso se limita generalmente a cultivos hidropónicos,
cultivo de plantas ornamentales en macetas, y para la realización de semilleros.
2.3.2.2 Calefacción en el Ambiente
La calefacción del ambiente del invernadero se logra mediante métodos ya
descritos en el primer capítulo, por lo tanto para el desarrollo de este proyecto se
ha decidido utilizar niquelinas de calefacción para elevar la temperatura del
ambiente, que aprovechan la transferencia de calor a! ambiente directamente
desde una superficie caliente en el menor tiempo posible. El aire tiene una inercia
térmica muy débil; por consiguiente se calienta rápidamente ya que el calor es
difundido en su masa casi exclusivamente por convección.
74
Figura 2.21. Posición del calefactor en el invernadero.
Además debe considerarse que el acondicionamiento térmico del ambiente debe
realizarse mediante una distribución homogénea de la temperatura en el interior
del invernadero, especialmente en el ambiente circundante a las plantas, y es por
ese motivo que el generador de calor esta ubicado en el centro del invernadero,
junto a la pared lateral interior como se muestra en la Figura 2.21.
La base de niquelinas genera una potencia de 1200 W, por lo cual se utiliza un
contactor AC1 con una bobina de 110 V y una protección de 20 A.
En general los sistemas de calefacción por electricidad no se utilizan en los
invernaderos porque, en las condiciones actuales, los otros sistemas son más
económicos, a pesar de que permiten una regulación automática y reducen la
mano de obra, pero los gastos de instalación y consumo de energía son elevados.
CAPÍTULO 3.
Los sistemas de control y automatización industrial se encuentran basados en
equipos que necesitan de una programación previa para poder realizar las
diferentes operaciones; para ello utilizan paquetes de software que tienen
diferentes características propias de sus aplicaciones, las que permiten el
monitoreo y control de las distintas variables de un proceso.
En este caso; el proceso de automatización se ha realizado con el uso del PLC
Simatic S7-224, el que necesita ser programado con el paquete de software
STEP7 - WIN32. Adicionalmente se ha visto la necesidad de la utilización de una
interfaz que permita al usuario o controlador ubicado en un sitio fuera del
invernadero, tener un conocimiento de cual es el estado del proceso, para poder
realizar los cambios que sean necesarios de acuerdo a los requerimientos del
control de la temperatura en Invernaderos. Se ha optado por la utilización del
programa INTOUCH 7.1, el cual permite visualizar en la pantalla del computador
las variables a controlar, el estado de los actuadores, así como diferentes
parámetros, los mismos que son leídos directamente del PLC. Dicha presentación
se realiza mediante pantallas especialmente diseñadas para este proyecto, las
que presentan la opción de realizar el control mediante órdenes directas desde el
computador, o automáticamente de acuerdo a los datos recibidos del PLC,
Por los antecedentes mencionados los puntos a tratarse en este capítulo son:
• Programa de Interfaz en InTouch.
• Programa de Control en el PLC.
76
3.1 PROGRAMA DE INTERFAZ EN INTOUCH
Para el desarrollo de este proyecto, en lo que concierne al programa de ¡nterfaz
se ha creído conveniente la utilización del InTouch 7.1, para aprovechar sus
características, como por ejemplo: es una Interfaz Humano - Máquina (HMI) que
provee de una simple visión integral, todo el control e información de los recursos;
es habilitado para ingenieros, supervisores, y operadores, para ver e interactuar
con el trabajo de una operación completa mediante unas representaciones
gráficas de aquellos procesos de la producción.
3.1.1 COMPONENTES DEL INTOUCH
El programa InTouch es un software que está constituido por tres partes
principales; Window Maker (Creador de Ventanas), Window Viewer (Visualizador
de Ventanas), y Application Manager ( Creador de Aplicaciones).
La creación de una aplicación en InTouch se realiza mediante el Application
Manager en donde se define su nombre, dirección, y una breve descripción, para
luego pasar a editar sus diferentes características en el Window Maker.
3.1.1.1 Window Maker
Es el componente del InTouch en donde se crean todas las pantallas de ¡nterfaz,
desde su diagrama hasta su animación; pudiendo establecer conexiones con
sistemas de entrada y/o salida, además de otras aplicaciones. Cabe señalar que
el InTouch posee muchas herramientas que facilitan la elaboración de dichas
pantallas, tal es el caso de la base de archivos gráficos Factory Suite.
77
Figura 3.1. Window Maker.
3.1.1.2 Application Manager
El Application Manager es el encargado de organizar las diferentes aplicaciones
creadas en el Window Maker, por lo que permite crear nuevas aplicaciones, abrir,
exportar, importar y correr aplicaciones existentes, configurar alarmas distribuidas
y cargar o descargar bases de datos de una aplicación.
Es importante mencionar que el InTouch posee otras herramientas que son muy
utilizadas en el desarrollo de aplicaciones, las mismas que por su importancia se
describen a continuación.
D :i : . ¡ . . íí-'l- -_mrTTT • I
Hsw InTocch appícalkín - Hsw InToi
J
NUM
Figura 3.2. Application Manager.
78
3.1.1.3 Window Viewer
Constituye el componente del InTouch que se encarga de ejecutar la aplicación,
en donde se visualizan en modo animado las pantallas y programas creados en el
Window Maker por los usuarios, además se realizan los registros de datos,
alarmas y reportes, pudiendo ser estos datos obtenidos de otros programas o
aplicaciones, o a su vez puede ser generador de dichos datos para que se
produzca un intercambio dinámico.
Special
Startr4
Mflk Valve
Synip Valve
Deve!opn¡t-ri'[
Figura 3.3. Window Viewer.
3.1.1.4 Tags (Variables)
Para el desarrollo de los HMI el InTouch utiliza diferentes variables, denominadas
Tags, los que representan un dato en particular y pueden ser usados en vínculos
de animación, registros históricos, alarmas, scripts, o para el envío y recepción de
datos con otros programas y aplicaciones, tal como el Exce!, o desde un PLC.
Existen diferentes tipos de tags: discretos, análogos, internos, externos,
históricos, etc, estos se muestran en el diccionario de tags (Tagname Dictionary),
que se lo encuentra en el menú Speciai.
79
Entre las versatilidades que presentan los tags, se encuentra el enlace que se
realiza con los objetos gráficos creados y su correspondiente animación. Por
ejemplo el caso del calefón, que presenta una animación de encendido y apagado
de la llama principal utiliza un tag 1/0 discreto que pasa de 1L a OL
3. L1,4.1 Clasificación de los Tagnames
De acuerdo a la función que se pretenda dar a los tags es necesario definir sus
propiedades de valores y de empleo; por lo tanto a continuación se describen los
diferentes tipos de tags.
I/O Tagnames (Variables de Entrada y Salida)
Son las variables que se encargan de leer o escribir hacia o desde otras
aplicaciones, pudiendo ser éstas: entradas y salidas de un PLC, procesos de
cómputo y datos de diferentes programas. Esta transmisión de información se
realiza por medio de diferentes protocolos de comunicación como son el DDE
Dynamic Data Exchange (Intercambio Dinámico de Datos de Microsoft) o por
medio del Wonderware Suitünk (propio del InTouch). Se clasifican en Discretos,
Enteros, Reales y de Mensaje,
Memory Tagnames (Variables de Memoria)
Son utilizados para crear valores constantes o procesos de simulación, así como
cálculos o acciones para otras ventanas; son definidas dentro del InTouch.
Discrete Tagnames (Variables Discretas)
Son las variables que representan un valor discreto, 1L (verdadero o encendido) o
0L (falso o apagado).
Real Tagnames (Variables Reales)
Son aquellas que representan un valor en punto flotante entre -3.4E38 y 3.4E38
con una resolución de 64 bits.
Message Tagnames (Variables de Mensaje)
Constituyen una cadena de caracteres tipo con una longitud máxima de 131
caracteres de tipo string, pudiendo ser números, letras, signos y símbolos).
Entire Tagnames (Variables Enteras)
Son aquellas que representan un valor de 32 bits entre -2.147.483.648 y
2.147.483.647.
Tagnames Misceláneos
Existen otros tipos especiales de tags, que pueden realizar funciones más
complejas tal como crear registros históricos, monitoreo y sistemas de alarmas
dinámicas, las que han sido usadas en este proyecto son: Group Var, Hist Trend,
Real Time Trends y Historical Trends
Group Var: Se utilizan para crear un sistema de alarmas dinámicas, registros e
impresión de un grupo de alarmas creadas.
Hist Trend: Permiten crear tendencias históricas.
Real Time TrendsfTendencias en Tiempo Real): Permite visualizar las diferentes
variaciones de un tag determinado en tiempo real, mediante un panel en el que se
puede observar hasta cuatro gráficos diferentes.
Historical Trends (Tendencias Históricas): Una de las propiedades más
representativas del InTouch es que permite la representación dinámica de
diferentes datos de archivos históricos para distintos gráficos de un panel de
tendencias; estas bases de datos pueden ser propias de InTouch o de cualquier
base de datos, ya que un dato histórico queda registrado en una base de datos
con una fecha y hora de realización.
Alarmas Distribuidas: El InTouch presenta las funciones de alarmas distribuidas,
las que le permiten al usuario reconocer algún evento. En este caso las alarmas
sirven para reconocer acciones de control, datos fuera de rango, su fecha y hora
de activación.
3.1.1.5 Animación
La definición de animación es la acción de "adquirir vida" mediante una actividad
como movimiento, desaparición, cambio de color, de tamaño, o de posición.
Todas estas acciones se realizan gracias al enlace de dicho objeto con una
variable o a la evaluación de una condición: al cambiar el valor de dicha variable o
condición pone en ejecución los diferentes lazos de animación para permitir dar
vida a la animación. El InTouch permite realizar dos tipos diferentes de enlaces de
animación: los Touch Links que son vínculos que permiten al usuario ingresar
datos al sistema, y los Display Links que son vfnculos de salida.
La animación de un gráfico u objeto, después de su creación, se realiza mediante
una pantalla a la cual se puede acceder dando doble clic en el objeto o mediante
el menú Special con la opción Animation Link, es ahí donde se escoge el tipo de
animación que se desea dar al objeto y se lo vincula. Además es posible escoger
varios tipos de animaciones simultáneamente; para finalizar es necesario
presionar el ¡cono OK cerrando el cuadro de animación.
3.1.2 DISEÑO DE PANTALLAS
La interfaz creada para visualizar el proceso de Control de Temperatura del Suelo
y del Ambiente de un Invernadero, está compuesto por las siguientes pantallas:
• Inicio
• Ingreso
• Registro
• Configuración de Usuarios
• Cambio de Clave
• Pantalla Principal;
• Gráficos
• Históricos
• Control
• Seteo
- Seteo Manual
• Error
• Alarmas
• Ayuda
3.1.2.1 Declaración de Variables
Para el HMÍ creado como interfaz de este proyecto se han definido 55 tags, de los
cuales 9 son predefinidos por el InTouch mientras que los restantes 46 tags
fueron creados para esta aplicación. A continuación se muestra una tabla donde
están descritos los tags empleados:
3,1.2.1,1 Tags Definidos en la Aplicación
En primer lugar se muestran los tags propios del InTouch utilizados en esta
aplicación;
S3
Tabla 3.1. Tags propios del InTouch usados en la aplicación.
TAGNAME TIPO FUNCIÓN
SAccessLevel Entero Nivel de acceso
SChangePassword Discreto Cambio de clave
SConfigurUsers Discreto Configurar usuarios
SDateString Mensaje Fecha
SOperator Mensaje Operador
SOperatorEntered Mensaje Operador ingresado
SPasswordEntered Mensaje Clave ingresada
$System Gtoup Var Grupo de alarmas de sistema
STimeString Mensaje Hora
A continuación se muestra una tabla en la cual se encuentran los tags definidos
para la elaboración de este proyecto:
Tabla 3.2. Tags definidos para esta aplicación.
TAGNAME TIPO ÍTEM FUNCIÓN
HDWDataDir I/O Message DataDk
HDWDBDir I/O Message DBDir
HDWDuration I/O Message Duration
HDWEiror I/O Message Error
HDWFilename I/O Message
HDWMerval I/O Message Interval
HDWStartDate I/O Message StartDate
HDWStartTime 170 Message StaitTime
S4
TAGNAME
HDWTags
HDWTagsl
HDWTags2
HDWStatus
TIPO ÍTEM
I/O Message Tags
170 Message Tagsl
I/O Message Tags2
I/O Discrete Status
FUNCIÓN
AUX FIN DE CARRERA I/O Discrete VIOLO
ACCIONAMIENTO AMB I/O Discrete V101.1
ACCIONAMIENTO SUE I/O Discrete V101.2
MANUAL VENTILADOR I/O Discrete V101.3
MANUAL CALOVENTOR I/O Discrete V101.4
MANUAL BOMBA
VENTANA
BOMBA
VENTILADOR
CALOVENTOR
TEMP AMBIENTE1
TEMP AMBIENTE2
I/O Discrete V101.5
Discrete V101.6
I/O Discrete Q0.7
I/O Discrete Ql.O
I/O Discrete Ql.l
I/O Real AIWO
I/O Real AIW2
TEMPJ3UELO2 370 Real AIW4
TEMP_AMBrENTE>flN I/O Real VW6
TEMP_AMBIENTE_MAX I/O Real VW8
TEMP SUELO SETEO I/O Real VW10
Indicador ventana abierta ocerradaBit de accionamientomanual o automático delambienteBit de accionamientomanual o automático delsueloControl ventilador modomanualControl caloventormodomanualControl bomba modomanualBit de apertura o cierre deventanaBomba control detemperatura del sueloVentilador control detemperatura del ambienteCaloventor control detemperatura del ambienteTemperatura ambientesensor 1Temperatura ambientesensor 2Temperatura suelo
Temperatura del ambientemínima para el controlTemperatura del ambientemáxima para el controlTemperatura del sueloseteada para el control
85
TAGNAME
HDWWriteFüe
HistTrend
HistTiendl
HistTrend2
HistTrendPanMins
HistTrendPenScale
HistTrend2PanMins
HistTrendZPenScale
HDWTemp20
HDWTemp21
DOWN
UP
TEMP_AMBIENTE
MÁXIMA
MÍNIMA
SETEO
SETEO SUELO
TIPO
I/O Integer
HistTrend
HistTrend
HistTrend
MemoryIntegerMemoryrntegerMemoryIntegerMemoiyIntegerMemoiyMessageMemoryMessageMemoryDiscrete
MemoryDiscrete
ÍTEM FUNCIÓN
SETEO AMBIENTE
MemoryReal
MemoiyReal
Botón de movimiento haciaarriba en la pantalla dealarmasBotón de movimiento haciaahajo en la pantalla dealarmasTemperatura promedio delambiente del invernaderoTemperatura máximaambiente para el seteoTemperatura mínimaambiente para el seteoVariable utilizada para lapresentación, de los valoresde seteo de la temperaturadel suelo
Variable utilizada para lapresentación de los valoresde seteo de la temperaturadel sueloValor de seteo de latemperatura del ambiente
3.1.2.2 Pantalla de Inicio
Es una pantalla informativa, en la cual se muestran los datos generales del
proyecto. Incluye un icono, mediante el cual se accede a la pantalla de Ingreso del
sistema.
Figura 3.4. Pantalla de Inicio del Sistema.
3.1.2.3 Pantalla de Ingreso
La pantalla correspondiente al Ingreso muestra dos paneles, que cumplen
funciones diferentes: el panel superior, que permite ingresar los datos
correspondientes a las funciones asignadas a cada uno de los iconos, y el panel
inferior que sirve para visualizar los datos del sistema.
87
I N ' i l i r S O A I
•REGISTRO
REGISTRARSE
USUARIO
FECHA
norte
1 7/05/02
ACCESO-
:HORA
0
10:38:39
;
Figura 3.5. Pantalla de Ingreso al Sistema.
El panel superior está constituido por cuatro iconos que cumplen las siguientes
funciones:
Registro
Al presionar el icono de registro se presenta una pantalla con el mismo nombre,
en la cual se pueden ingresar tanto el nombre del usuario (variable asignada al
tag SOperatorEntered); como su correspondiente clave, (variable asignada al tag
$PasswordEntered)¡ Cabe señalar que por razones de seguridad, al escribirse la
clave el cursor no se mueve, ni se visualiza ningún tipo de carácter de retorno, es
decir no se ve lo que se escribe; es importante resaltar que InTouch diferencia las
letras mayúsculas de las minúsculas.
Al ingresar el nombre de usuario al sistema, así como su clave, en el panel inferior
de visualización de la pantalla de ingreso se muestran el nombre del usuario y su
nivel de acceso si la clave correspondiera a dicho usuario.
REGISTRO
| USUARIO!
i CLAVE |; _ _ -_.,.-, .-„.-, .-rn-r.-i- - -„---,. '
ACEPTAR
Figura 3.6. Pantalla de Registro.
Configuración — Cambio de Clave
El nivel de acceso es una propiedad definida para cada usuario del sistema, la
misma que establece el nivel jerárquico; que se utiliza para proteger el sistema y
su información, así como todos los recursos a personas ajenas al mismo. El nivel
de acceso está relacionado con el tag predeterminado por el InTouch
correspondiente al $Accessl_evel, el que determina el mayor nivel a 9999 y el
menor a 1, pudiéndose determinar niveles dentro de este rango. Por lo tanto, el
usuario que tenga un nivel de acceso mayor al determinado para cierta actividad
tendrá habilitado dicho icono, caso contrario no se habilitará.
Para esta aplicación se han definido tres usuarios diferentes como se muestra a
continuación:
Usuario ; MANAGER
Clave: TEMPERATURA
Nivel de Acceso : 9999
Restricciones : Ninguna, es el único operador del sistema que tiene acceso a
todos los recursos del sistema; por lo tanto es el único cuyo nivel de acceso le
permite realizar la configuración de usuarios (variable asignada al tag
89
$ConfigureUsers) mediante el icono de Configuración; y el cambio de clave de
todos los usuarios del sistema (variable asignada al tag $ChangePassword) por
medio del icono Cambio de Clave de la pantalla de Ingreso.
Usuario : OPERADOR
Clave ; CONTROL
Nivel de Acceso ; 5000
Restricciones : Tiene acceso a todos los recursos del sistema, visualización y
control, por lo tanto puede realizar el control y monitoreo de las variables; su única
restricción se refiere a la configuración de usuarios, y al cambio de clave de los
mismos.
Usuario: VISITANTE
Clave : TOUR
Nivel de Acceso : 1500
Restricciones : Puede ingresar al sistema hasta su pantalla principal pero sólo en
modo de visualización, ya que no tiene acceso a las pantallas correspondientes al
monitoreo y control.
Configure Users
'User Ñame:
AdminisíratorMANAGERNoneOPERADORVISITANTE Add
Password; . |Wonderware
Access Cevel: :.p399 ^:'\a 3.7. Pantalla de Configuración de Usuarios.
90
Change Passwoíd
New1 Pass^oíd
Veiifi) Hew Passwoíd:
Figura 3,8. Pantalla de Cambio de Clave.
Salir
Al hacer clic en el icono Salir se retorna a la pantalla de inicio, vaciando las
variables $OperatorEntered y $PasswordEntered para que el sistema tenga un
nivel de seguridad, y evite el ingreso de falsos operadores.
Simultáneamente en el pane! inferior de la pantalla de Ingreso se muestran tanto
la fecha como la hora de registro de los diferentes usuarios al sistema.
3.1.2.4 Pantalla Principal de Temperatura
Es la pantalla que muestra los valores de Temperatura del Suelo y del Ambiente
del invernadero, los diferentes valores de seteo, y las diferentes herramientas de
visualización y de control del sistema.
La pantalla principal está dividida en tres bloques , al lado izquierdo se encuentran
los iconos correspondientes a la temperatura del suelo, en la parte inferior central,
se encuentran los iconos de alarma, inicio y ayuda, mientras que al lado derecho
se ubican las herramientas correspondientes a la temperatura ambiente del
invernadero.
El panel correspondiente a la temperatura del suelo presenta los valores de la
temperatura deí suelo y su valor de seteo; así como los iconos de acceso para los
gráficos en tiempo real, históricos, y control.
El panel central presenta los iconos de acceso a las pantallas de alarmas,
ingreso y ayuda.
91
Finalmente en el panel derecho se presentan los valores de la temperatura
ambiente, y sus valores de seteo máximo y mínimo, así como los iconos de
acceso para las pantallas de gráficos en tiempo real, históricos y control.
Figura 3.9. Pantalla Principal de Temperatura en Invernadero.
3.1.2.4.1 Pantalla de Gráficos del Suelo
Esta pantalla está dividida en tres partes: la primera presenta el gráfico en tiempo
real de la temperatura del suelo y su valor de seteo, la segunda parte muestra el
valor de la temperatura del suelo en valor numérico y mediante un panel métrico,
además del valor numérico de la temperatura del suelo de seteo; la tercera parte
muestra los iconos que permiten el ingreso a los recursos propios de la
temperatura del suelo, tal como Históricos, Control, Pantalla Principal y ayuda.
11.0
Figura 3.10. Pantalla de Gráficos de la Temperatura del Suelo.
3.1.2,4.2 Pantalla de Históricos del Sítelo
La pantalla de históricos muestra los gráficos de la temperatura del suelo y su
valor de seteo generados por los históricos almacenados en la base de datos
correspondiente creada por el InTouch. El panel de gráficos históricos en su parte
inferior presenta una herramienta que permite un análisis más pormenorizado del
histórico ya que se puede escoger los parámetros de visualización y su
correspondiente enfocamiento mediante el zoom.
'.'.". O!•,M!«.0
Figura 3.11. Pantalla de Históricos de la Temperatura del Suelo.
Al igual que el panel de gráficos en tiempo real muestra los valores numéricos
tanto de la temperatura del suelo como de su valor de seteo, además de un icono
que permite imprimir el archivo de datos del histórico; finalmente presenta los
iconos de acceso de los recursos de la temperatura del suelo, tal como: Gráficos,
Control, Pantalla Principal y ayuda.
! A B C ]123456789
-loJ
$Date STirne TEMP SUELO SETEO03/05/02 15:30:46 18.0177803/05/02 15:31:01 18.0177803/05/02 15:31:16 18.01778Q3/Q5/02 15:31:31 11.0002703/05/02 15:31:47 11.0002703/05/02 15:32:02 11.0002703/05/02 15:32:1703/05/02 15:32:3303/05/02 15:32:48
D !iTEMP SUEL02
13.0870213.0317
13.0431512.9782912.9248812.91725
Figura 3.12. Archivo de Históricos de la Temperatura del Suelo.
Una de las herramientas más importantes de esta pantalla es que permite
almacenamiento del archivo generado en la base de datos correspondiente al
histórico, como un archivo .CSV el que se puede abrir en cualquier hoja de cálculo
como Excel, tal como se muestra en la Figura 3.12,
5.1.2.4.3 Pantalla de Control del Suelo
Esta es la pantalla que permite realizar el control de la temperatura del suelo,
mediante la asignación del valor de seteo; está dividida en cuatro paneles: gráfico,
de seteo, de control y de comunicación.
Panel Gráfico.- Muestra el gráfico de un invernadero con los actuadores usados
para el control de la temperatura del suelo y del ambiente. Los diagramas de los
actuadores están animados de tal manera que cuando el elemento
correspondiente está en funcionamiento, se realiza la acción de parpadeo
respectiva.
94
Panel de Seteo.- En este panel se muestra el valor de la temperatura del suelo
mediante un panel métrico, y un indicador cuyo valor es leído desde el sensor
colocado en el invernadero junto al circuito de acondicionamiento que va al PLC.
Seguidamente se observa el valor de seteo el mismo que se puede variar
presionando el icono con el nombre de Seteo.
. m; 1 A, U M¡n.!"í<\l;'KA OH. ;;W 1.0
O
O
5.0
V.M on4,0
AMBIENTEGRÁFfCOt HISTORÍC05 KANB.
Figura 3.13. Pantalla de Control de la Temperatura del Suelo.
Panel de Control.- Mediante este panel se puede controlar los diferentes
actuadores utilizados para el control de la temperatura del suelo mediante
operación: AUTOMÁTICO O MANUAL. El modo automático es el que se acciona
inmediatamente inicializado el programa desde el PLC, y activa los actuadores si
la temperatura del suelo es menor que el valor de la temperatura de seteo, y lo
desactiva si sucede lo contrario. El modo manual presenta la opción de encender
o apagar los actuadores a criterio del controlador. Los iconos de control de los
diferentes actuadores están activos únicamente si el sistema se encuentra en
modo manual.
95
Panel de Comunicación.- Se encuentran los iconos correspondientes a las
pantallas que muestran los diferentes recursos que pertenecen a la temperatura
del suelo, además se incluye el icono que permite el paso hacia la pantalla de
control de la temperatura del ambiente, para mayor facilidad del control del
sistema.
3.1.2.4.4 Pantalla de Seteo del Sítelo
Muestra los diferentes valores de seteo para la temperatura del suelo
aconsejados para distintos tipos de cultivos. Para elegir el valor deseado se debe
escoger el nombre del cultivo y se asigna el valor a la variable correspondiente.
Si se desea asignar valores diferentes a los establecidos en la pantalla se debe
escoger el icono de manual, mostrando la pantalla correspondiente al seteo del
suelo manual, la que permite asignar un valor de seteo específico que desee el
operador.
VALORES DESÉTgO SUELO \- -— '"~~ "
96
SETEO SUF.LU MANUAL
VALOR DE SETEO
ACEPTAR
0,0
-v? AYUDA
b)
Figura 3.14. a). Pantalla de Seteo de la Temperatura del Suelo, b) Pantalla de
Seteo Manual.
3.1.2.4.5 Pantalla de Gráficos del Ambiente
Esta pantalla está dividida en tres paneles: el primero presenta el gráfico en
tiempo real de la temperatura del ambiente y sus valores de seteo; el segundo
panel muestra el valor de la temperatura del ambiente en valor numérico y
mediante un panel métrico, además de los valores numéricos de las temperaturas
máxima y mínima de seteo; el tercer panel muestra los iconos que permiten el
acceso a las diferentes herramientas propias de la temperatura del ambiente, tal
como Históricos, Control, Pantalla Principal y ayuda.
.'.MIíil-NHiVt
Figura 3.15. Pantalla de Gráficos de la Temperatura del Ambiente.
97
3.1.2.4.6 Pantalla de Históricos del Ambiente
La pantalla de históricos muestra los gráficos de la temperatura del ambiente y
sus valores máximo y mínimo de seteo, generados por los históricos almacenados
en la base datos correspondiente creada por el InTouch. En su parte inferior
presenta una herramienta que permite un análisis más pormenorizado del
histórico como el cambio de límites de visualizacion y su respectivo enfocamiento
mediante el recurso zoom.
Al igual que el panel de gráficas en tiempo real, muestra los valores numéricos de
la temperatura del ambiente como de sus valores de seteo , y presenta los iconos
de acceso de los recursos de la temperatura del ambiente, tal como: Gráficos,
Control, Pantalla Principal y ayuda.
Una de las herramientas más importantes de esta pantalla es que permite
imprimir el archivo almacenado en la base de datos correspondiente al histórico y
almacenar los datos generados, guardando los valores de la temperatura del
ambiente y sus valores de seteo, como se muestra en la Figura 3.16.
»*«• .
*• ZcnmSi Ií«n55!
«llCTH U.UJC 4-4 4 ItlU»
AMVMtNTC D HE
n i
21.3
11.0
:>KV.V
Figura 3.16. Pantalla de Históricos de la Temperatura del Ambiente.
98
_ - A 1 B_í.j3
"ÁSM
B
-í-8al10
U12131415IB17TB.19-20212223•74-
ÍDate íTime05/03/02 15:30:4805/03/02 15:31:00Q5/Q3J02 15:31:1205/03/02 15:31:2405/03/02 15:31:36G5/03JÜ2 15:31:4805/03/02 15:32:0005/03/02 15:32:1205/03/02 15:32:2405/03/02 15:32:3605/03/02 15:32:4805/03/02 15:33:0005/03^)2 15:33:1205/03/02 15:33:24Q5/D3/D2 15-33:3605/03JÜ2 15:33:4805/03/02 15:34:0005/03/02 15:34:1205/03/02 15:34:2405/03/02 15:3-1:3605/03/02 15:34:4805/03/02 15:35:00ns/ns/n? is-as-i?
cTEMP AMBIENTE MAX
49.4907149.4907149.4907149.4907149.4907149.4907149.4907149.4907149.4907149.4907149.4907149.4907149.4907149.4907149.4907149.4907149.4907149.4907149.4907149.4907149.4907149.49071¿B 49fl71
,DTEMP_AMBIENTE TEMP^
17.5428217.6954217.7583617.8442
17.9510217.B480117.5591817.6331917.5553617.6687117.5180317.6496417.7450117.8327517.8384818.1379518.1665618.1684718.0483
18,2333218.0406718.214241fl311íi?
E -1AMBIENTE MIN
25.6475825.6475825.6475825.6475825.6475825.6475825.6475625.6475825.5475825.6475825.6475825.6475825.6475825.6475625.E475825.6475825.6475825.8475825.6475825.6475825.6475825.647587ñfi47fífl
Figura 3.17. Archivo de Históricos de la Temperatura del Ambiente.
3.1.2.4.7 Pantalla de Control del Ambiente
Esta pantalla es igual a ia de control de la temperatura del suelo y realiza las
mismas funciones. Está dividida en cuatro paneles: gráfico, de seteo, de control y
de comunicación.
Panel Gráfico.- Muestra el gráfico de un invernadero con los actuadores
implementados los que tienen su respectiva animación.
Panel de Seteo.- Muestra los valores de la temperatura del ambiente, y sus
valores de seteo máxima y mínima, al hacer click en el icono de seteo se puede
variar los valores de consigna para control mediante la pantalla de seteo.
Panel de Control.- Muestra los iconos de control de los diferentes actuadores del
control de la temperatura ambiente, en operación: MANUAL O AUTOMÁTICO.
Panel de Comunicación.- Presenta los iconos que corresponden a los recursos
de la temperatura ambiente, incluyendo el icono de acceso hacia la pantalla de
control de la temperatura del suelo.
99
AUTO O
| MAN U AL | O
Oo
oo
CONTROLMMLQ
HISTÓRICOS
AMIlli Nll
iMWMrnio
20.9
MA.MMA
19.3
22.6
24.0
11.0
oo
PANELAYUDA
Figura 3.18. Pantalla de Control de la Temperatura del Ambiente.
3.1.2.4.8 Pantalla de Seteo del Ambiente
Permite escoger los valores del rango de control de la temperatura ambiente para
diferentes cultivos. Además se puede asignar valores diferentes a los presentados
al hacer click en el icono de manual, mediante la pantalla de seteo manual. Si se
ingresan valores erróneos de temperatura máxima y mínima se presentarán
pantallas de error; así por ejemplo, si se ingresan datos fuera de los rangos
permitidos, o si se ingresan datos tal que la temperatura máxima sea menor que
la mínima o viceversa, aparecerá en la pantalla el mensaje: valores fuera de
rango y se indicará el rango permitido.
100
WftflGft ttfi RETf O'AUnffWTC
b)
Figura 3.19. a) Pantalla de Seteo de la Temperatura Ambiente, b) Pantalla de
Seteo Manual.
3.1.2.4.9 Pantalla de Alarmas
En la pantalla de alarmas se presentan todas las variaciones que ocurren en el
sistema. Así por ejemplo si la temperatura del suelo es menor que el valor de la
temperatura de seteo, si la temperatura del ambiente es mayor que la temperatura
máxima, los valores de las temperaturas de seteo tanto para el ambiente como
para el suelo, los valores a los que llegan las temperaturas del suelo y del
ambiente por efecto de los actuadores, etc.
101
El panel de alarmas muestra la fecha, la hora, de acción de la alarma, el evento
realizado, nombre de la variable, grupo al que pertenece la variable, el valor de la
variable y su respectivo valor límite o de seteo.
Este panel tiene la ayuda de dos iconos que permiten moverse hacia arriba y
hacia abajo del mismo, para poder visualizar las alarmas sucedidas
anteriormente.
fly,$1?
Figura 3.20. Pantalla de Alarmas del Sistema.
Es importante mencionar que todas las pantallas tienen iconos con la ayuda
respectiva. La descripción de cada una de estas pantallas y de las respectivas de
error, se realiza en el manual de usuario.
102
3.2 PROGRAMACIÓN DEL PLC
El programa residente en el PLC contiene las acciones a ejecutar para controlar la
temperatura. Las acciones de control que debe realizar el PLC son sencillas; sin
embargo, el programa del PLC puede resultar un poco complejo debido al
lenguaje de programación KOP (Esquema de contactos) y las características del
PLC, especialmente en el manejo de los datos.
Tipos de Datos
El PLC permite almacenar y realizar operaciones con datos que tienen un formato
establecido para el trabajo del procesador del PLC. La Tabla 3.3 permite ver los
datos que el PLC acepta, la descripción de cada uno y el margen de datos que se
pueden representar con cada formato.
Tabla 3.3. Tipos de datos elementales manejados por el PLC.
Tipo de dato Tamaño Descripción Margen de datos
BOOL 1 bit Valor booleano O a 1
BYTE 8 bits Byíe sin signo O a 255
WORD 16 bits Entero sin signo O a 65535
I NT 16 bits Entero con signo -32767 a +32767
DWORD 32 bits Entero doble sin signo O a 232 - 1
DI NT 32 bits Entero doble con signo -231 a + 231 - 1
32 bits Valor de 32 bits con coma flotante -1 038 a +1 038
Cada dato usado en el programa tiene su respectivo nemónico, dependiendo
especialmente del tamaño y del área de datos usada. En el caso de las entradas
analógicas se usa AIW (16bits); para los bits V; para datos de 16 bits en general
VWy para 32 bits VD.
103
Operaciones
Existen varias operaciones que pueden ser usadas para programar el PLC; pero
se enumeraran solo algunas que son las mas usadas en el programa
desarrollado.
Temporizadores: permiten obtener intervalos de tiempo que pueden ser de
milisegundos y hasta de unas pocas horas. Existen dos tipos de temporizadores;
temporizadores con retardo a la conexión (TON) y con retardo a la desconexión
(TOFF). En la Tabla 3.4 tenemos los bits usados para los temporizadores y la
resolución de cada uno.
Tabla 3.4. Temporizadores y sus resoluciones.
Tipo de temporizador Resolución No. de Temporizador
1 ms T32, T96
TON, TOFF 10 ms T33aT36,T97aT100
100 ms T37 a T63, T101 a T255
Es importante añadir que cuando se usa un temporizador como TON, no se lo
puede usar como TOFF en el mismo programa.
Tabla 3.5. Operaciones Aritméticas usadas en el PLC.
Operación Tipo de dato Instrucción
Suma Entero ADDJ
Entero Doble ADD_DI
Rea! ADD_R
Resta Entero SUBJ
Entero Doble SUB_DI
Real SUB R
104
Operación
Multiplicación
División
Raíz
cuadrada
Exponencial
Seno
Coseno
Tangente
Tipo de dato Instrucción
Entero MULJ
Entero Doble MUL_DI
Real MUL_R
Entero DIVJ
Entero Doble DiV_DI
Real D!V_R
Real SQRT
Real EXP
Real SIN
Real COS
Real TAN
Operaciones Aritméticas: son operaciones que pueden realizarse con números
enteros o reales. Entre las principales están: suma, resta, multiplicación, división,
raíz cuadrada , exponencial ,etc. En la Tabla 3.5 se muestra las operaciones con
los respectivos nombres como son llamadas en el PLC.
Operaciones de Comparación: permiten comparar dos valores que pueden ser
bits, enteros o reales. Las operaciones de comparación actúan como contactos
que pueden estar encendidos o apagados dependiendo si la relación se cumple o
no.
Operaciones de Transferencia: son operaciones que mueven valores de una
dirección a otra siempre que las dos direcciones que tengan el mismo tamaño.
MOV_B
MOV_W
MOVJDW
MOV R
Transferir bit
Transferir palabra
Transferir palabra doble
Transferir real
105
Operaciones de Conversión: son operaciones que cambian el formato de los
valores usados en el programa, es decir, pueden convertir un valor de un cierto
tamaño en un valor con un tamaño mayor o menor.
HDI Conversión doble entero a entero
DI_R Conversión doble entero a real (con coma flotante)
Dl_l Conversión de doble entero a entero
B_l Conversión de bit a entero
I_B Conversión de entero a bit
Ciclo de la CPU del PLC
Se ha previsto que la CPU S7-200 del PLC ejecute cíclicamente una serie de
tareas, incluyendo el programa de usuario. Durante el ciclo que muestra la Figura
3.21, la CPU ejecuta la mayoría o todas las tareas siguientes;
• Lee las entradas.
• Ejecuta el programa.
• Procesa las peticiones de comunicación.
• Efectúa un autodiagnóstico.
• Escribe en las salidas.
Al principio de cada ciclo se leen los valores actuales de las entradas digitales y
se escriben luego en la imagen del proceso de las entradas. La CPU no actualiza
las entradas analógicas como parte del ciclo normal, a menos que se haya
habilitado la filtración digital de las mismas. Dicha filtración es una opción
seleccionable por el usuario, pudiéndose habilitar individualmente para cada una
de las entradas analógicas. Si no se habilita la filtración de una entrada analógica,
la CPU lee su valor del módulo físico cada vez que el programa de usuario
accede a la entrada analógica.
Durante la ejecución del programa, la CPU ejecuta el programa desde la primera
operación hasta la última. El control directo de las entradas y salidas permite
106
acceder directamente a las mismas mientras se ejecuta el programa o una rutina
de interrupción. Si se utilizan interrupciones, las rutinas asociadas a los eventos
de interrupción se almacenan como parte del programa.
Cuando se efectúa las peticiones de comunicación, el PLC procesa los mensajes
que haya recibido por el puerto de comunicación.
Durante el autodiagnóstico se comprueba el firmware del PLC y la memoria del
programa (sólo en modo RUN), así como el estado de los módulos de ampliación.
Al fina! de cada ciclo, la CPU escribe los valores de la imagen de! proceso de las
salidas en las salidas digitales.
Un t»'iK>
Escrito en las salUfas. /^*"X
Figura 3.21. Ciclo de trabajo del PLC.
3.2.1 PROGRAMA PRINCIPAL
El Programa Principal llama a la Subrutina de Inicialización cuando el PLC se
enciende por primera vez y lee las entradas analógicas que contienen los datos
de temperatura de invernadero. Verifica la comunicación con InTouch que
actualiza los datos de las temperaturas de control y contiene un temporizador
principal que muestrea los datos de temperatura que se envían hacia InTouch.
Lee el estado de las entradas digitales correspondientes a los finales de carrera
de la ventana de ventilación y mediante un bit (indicador del estado de la ventana)
permite saber si la ventana se encuentra abierta o cerrada. El diagrama de flujo
de la Figura 3.22 muestra la estructura del Programa Principal.
107
INICIO
^ r
IN1CIALIZACION
No
Lectura de entradasAnalógicas
verificar comunicacióncon InTouch
Lectura de entradas deInTouch
Fines de carreraactivados
VENTANA ABIERTA VENTANA CERRADA
AMBIENTE Manual/Automático
CONTROL MANUAL DELAMBIENTE
CONTROL AUTOMÁTICODEL AMBIENTE
SUELO Manual/Automático
CONTROL AUTOMÁTICODEL SUELO
CONTROL MANUAL DELSUELO
Figura 3.22. Diagrama de flujo del Programa Principal.
108
El Programa Principal verifica el estado de los bits de operación para el suelo y
ambiente para ejecutar las subrutinas de modo de control manual o automático; y
contiene los temporizadores que controlan el tiempo de encendido de los
actuadores.
3.2.1.1 Variables Usadas
Una vez que se han explicado aspectos generales referentes a la programación y
funcionamiento corresponde ver las variables usadas en el programa. Para esto
en la Tabla 3.6 se muestra las direcciones de las variables usadas con su
descripción y etiqueta utilizada.
Tabla 3.6. Variables usadas en el programa de control.
Dirección
Etiqueta
AIWO
AIW2
A1W4
VW8
VW10
VD24
T_AMB_1
VD28
T AMB 2
Descripción
Valor de corriente del sensor 1 para la temperatura ambiente
(entrada analógica)
Valor de corriente del sensor 2 para la temperatura ambiente
(entrada analógica)
Valor de corriente del sensor para la temperatura del suelo
(entrada analógica)
Limite máximo de temperatura del ambiente enviado desde
InTouch
Limite de seteo de la temperatura del suelo enviado desde
InTouch
Temperatura del ambiente del sensor 1 (valor real)
Temperatura del ambiente del sensor 2 (valor real)
109
Dirección DescripciónEtiqueta
VD32 Temperatura del ambiente (valor real promedio de los dos
T_AMB_PR sensores)
VD36 Valor mínimo de temperatura del ambiente para el control (valor
T_AMBJvllN real)
VD40 Valor máximo de temperatura del ambiente para el control
T_AMBJV1AX (valor real)
VD44 Temperatura del suelo (valor real)
T_SUELO
VD48 Valor seteado de temperatura del suelo para el control (valor
T_SUE_SET real)
VD52 Porcentaje para encontrar el rango de control de histéresis
(valor real)
VD56 Valor de histéresis para el límite mínimo de temperatura del
ambiente (valor real)
VD60 Valor de histéresis para el límite máximo de temperatura del
ambiente (valor real)
V100.0 Bit indicador del estado de funcionamiento del elemento de
EST_CALOV calentamiento
V100.1 Bit indicador del estado de funcionamiento del ventilador
EST_VENT
V100.2 Bit indicador del sentido de giro del motor
EST_MGIR
V100.3 Bit indicador del estado de funcionamiento del arranque del
ESTJvlARR motor
V100.4 Bit indicador del estado de funcionamiento de la bomba
EST_BOMB
V100.5 Reset del temporizador principal
R TMRPRIN
110
Dirección
Etiqueta
V101.Ü
ABR_CERR
V101.1
MA_AU_AM
V101.2
MA_AU_SU
VI01.3
MAN_VENT
V101.4
MAN_CALO
V101.5
MAN_BOMB
V101.6
MA_AB_CE
T33
T37
T38
T39
IO.O
10.1
Q0.4
GIRO_MOT
Q0.5
ARRJVIOT
Q0.7
BOMBA
Q1.0
VENTILAD
Descripción
Bit indicador del estado de la ventana de ventilación (abierta /
cerrada)
Bit indicador del estado de operación del control del ambiente
(manual / automático)
Bit indicador del estado de operación del control del suelo
(manual / automático)
Bit de control manual del ventilador
Bit de control manual del elemento de calentamiento
Bit de control manual de la bomba de caudal
Bit de control manual de apertura o cierre de ia ventana de
ventilación
Temporizador principal
Temporizador para SBR3 de control del ambiente
Temporizador para SBR4 de control del ambiente
Temporizador para control del suelo
Entrada que registra cuando la ventana de ventilación se cierra
o se abre
Salida de control del sentido de giro del motor
Salida de control del arranque del motor
Salida de control de la bomba de caudal
Salida de control del ventilador
111
Dirección Descripción
Etiqueta
Q1.1 Salida de control del elemento de calentamiento
CALOVENT
3.2.1.2 Subrutinas
El programa principal ha sido diseñado con el objetivo de diferenciar las etapas
más representativas el proyecto, así:
• Inicialización,
• Adquisición de datos.
• Control Automático.
• Control Manual.
La Inicialización se efectúa mediante una subrutina que carga valores iniciales en
las direcciones y bits más importantes para el control y ejecución del programa.
La Adquisición de datos permite al PLC leer las direcciones de las entradas
analógicas (que representan los valores de temperatura y del suelo leídos por los
sensores en formato WORD) y también las direcciones donde se encuentran los
límites para el control (valores enviados desde InTouch en formato WORD).
Además recibe los estados de las entradas digitales y realiza la temporización de
las acciones de control.
El Control está constituido por subrutinas que contienen los segmentos del
programa destinados a ejecutar el control manual o automático dependiendo del
estado de los bits indicadores que se comandan desde InTouch. El programa del
PLC considera al control del suelo y del ambiente como dos aspectos
independientes.
112
3.2.2 SÜBRUTMADEmiCIALIZACIÓN
La Subrutina de Inicialización se ejecuta cuando el PLC pasa de modo STOP a
modo RUN y solamente durante el primer ciclo de programa. En la Figura 3.23 se
muestra el diagrama de flujo de esta subrutina.
INICIALIZAC1ÓN }
RESET de los bits indicadores del
programa
Temperatura Ambiente Máxima = 24°CTemperatura Ambiente Mfnima =11°CTemperatura del Suelo Seteada = 11°C
RET
Figura 3.23. Diagrama de flujo de la Subrutina de Inicialización.
Es la encargada de poner en estado bajo los bits indicadores de todos actuadores
usados en el control, e iniciar por defecto en modo automático. Mueve a las
direcciones usadas para la temperatura máxima y mínima del ambiente, y la
temperatura de seteo del suelo los valores correspondientes (en formato WORD)
para un control autónomo del PLC en el caso que no exista una computadora
conectada al PLC en el momento de iniciar el control.
3.2.3 SUBRUTINA DE ESCALAJV'JIENTO
La Subrutina de Escalamiento convierte el valor de temperatura, en formato
WORD, a un valor REAL entre O y 50 que representa una temperatura en °C. El
diagrama de flujo de la Subrutina de Escalamiento (Figura 3,24) muestra las
operaciones usadas.
113
Si
f ESCALAMIENTO }
CONVERSIÓN
ENTERO _ ENTERO DOBLE
CONVERSIÓN
ENTERO DOBLE _ REAL
Operaciones de
Escalamiento
Enviar Dato = 0
h.
RET
No
Figura 3.24. Diagrama de flujo de la Subrutina de Escalamiento.
El valor cargado se escala mediante la ecuación que pasa los valores
comprendidos entre 6554 (para 4mA) a 32767 (para 20mA) a valores de O a 50.
En la Figura 3.25 se muestra la gráfica de la relación de escalamiento usada para
la subrutina.
Cuando las entradas analógicas están desconectadas, lo que significa que no hay
señal del sensor, el valor entero que se recibe es menor que 6554; en este caso
la subrutina de escalamiento cargaría un valor menor que cero, para evitar esto, si
el valor en e! acumulador es un valor negativo la subrutína envía el valor cero.
114
Para el caso de los valores enviados desde el computador a las direcciones
usadas para la temperaturas máxima, mínima y temperatura de seteo del suelo
se usa la misma subrutina de escalamiento.
TEMPERATURA
50
32767 WORD
Figura 3.25. Relación de escalamiento
3.2.4 SUBRUTINA CONTROL AUTOMÁTICO
3.2.4.1 Control Automático del Ambiente
La Subrutina Control Automático del Ambiente se habilita por defecto cuando el
PLC se enciende y realiza las acciones de control para la temperatura del
ambiente tomando como variables de control los límites de temperatura leídos
desde InTouch o cargadas por la Subrutina de Inicialización. En la Figura 3.26 se
ve el diagrama de flujo de esta subrutina.
Los límites de control de temperatura (en formato WORD) son cargados uno a la
vez en el ACCO para llamar a la Subrutina de Escalamiento y una vez escalados
son cargados en las direcciones VD3G (Temperatura Ambiente Máxima) y VD40
(Temperatura Ambiente Mínima). Los valores de las entradas analógicas AIWO y
AIW2 siguen el mismo procedimiento y se guardan en las direcciones VD24
115
(Temperatura del sensor 1) y VD28 (Temperatura del sensor 2). A continuación el
programa toma los valores de las direcciones VD24 y VD28 para obtener el
promedio de las dos y lo carga en la dirección VD32 que representa la
Temperatura del ambiente.
CONTROL AUTOMÁTICO DEL
AMBIENTE
ESCALAMIENTO delas entradasanalógicas
TEMP. AMBIENTE1TEMP. AMBIENTE2
ESCALAMIENTO delos valores enviados
desdeInTouch
TEMP. AMBIENTE MAXTEMP. AMBIENTE MIN
TEMP. PROMEDIO = (TEMP. AMBIENTE"! + TEMP. AMBIENTE2) / 2
RANGO = TEMP. AMBIENTE MAX - TEMP. AMBIENTE MIN
HISTERESIS = RANGO * %HIST.
HISTERESIS MAX = TEMP. AMBIENTE MAX - HISTERESISHISTERESIS MIN = TEMP. AMBIENTE MIN + HISTERESIS
116
TEMP. PROMEDIO <TEMP. AMBIENTE MIN
AUMENTO DE
TEMPERATURA
TEMP. AMBIENTE MIN <TEMP. PROMEDIO <
HISTERESIS MIN
No cambiar estado de lassalidas de control del
ambiente
RESET de las salidas deaumento de temperatura
del ambiente
TEMP. PROMEDIO >TEMPAMBIENTE MAX
DISMINUCIÓN DE
TEMPERATURA
TEMP. AMBIENTE MAX> TEMP. PROMEDIO >
HISTERESIS MAX
No cambiar estado de lassalidas de control del
ambiente
RESET de las salidas dedisminución de temperatura
del ambiente
117
HISTERESIS MAX>TEMP. PROMEDIO >
HISTERESIS MIN
RESET de las salidas decontrol de temperatura del
ambiente
Figura 3.26. Diagrama de flujo de la Subrutina de Control Automático del
Ambiente.
El tipo de control que realiza esta subrutina es ON / OFF con histéresis tanto para
la temperatura máxima como para la temperatura mínima. Para determinar los
valores de histéresis se calcula primeramente el rango restando las direcciones
correspondientes a [a temperatura máxima y la temperatura mínima, luego se
multiplica el rango por un porcentaje considerado constante y se obtiene el valor
de histéresis. Para encontrar el valor de histéresis máxima se resta el valor de
hisíéresis del valor de temperatura máxima y para la hisíéresis mínima se suma la
temperatura mínima y el valor de histéresis.
Una vez que el programa dispone de todos los datos verifica la temperatura del
ambiente y si necesita ser controlada habilita las subrutinas de control
correspondientes. La habilitación de la Subrutina Aumento de Temperatura se
muestra en la Figura 3.27 a) y la habilitación de la Subrutina Disminución de
Temperatura se muestra en la Figura 3.27 b). La ejecución de una u otra
subrutina hace que los bits indicadores de subrutina enciendan los
temporizadores que se encuentran en el Programa Principal; cuando estos
temporizadores llegan al tiempo establecido encienden un bit que ejecuta una
118
subrutina de reset para no permitir que los actuadores de control de temperatura
del ambiente trabajen de forma continua durante periodos de tiempo prolongados.
HABILITADA
DESABIL1TADA
L CALENTAMIENTO
A
^
, ^r
• wTEMPERATURA
AMBIENTE
: Q .
ENFRIAMIENTO
a)
HABILITADA
1
DESABILITADA
•
r ,
k-
k.
^TEMPERATURA
x"" K "AMBIENTE< o S2 o2 S^: jo.Q .
b)
Figura 3.27. Control ON / OFF con histéresis
3.2.4.1.1 Subrutina Aumento de Temperatura
La Subrutina Aumento de Temperatura controla las salidas que activan el motor
de la ventana de ventilación y el calefactor. En la Figura 3.28 se tiene el diagrama
de flujo de esta subrutina.
119
AUMENTO DE TEMPERATURA
VENTANA DEVENTILACIÓN
Esperar tiempode encendido
EncenderCALEFACTOR
Encender indicadores deSUBRUTINA
RET
Figura 3,28. Diagrama de flujo de la Subrutina Aumento de Temperatura.
Cuando se habilita esta subrutina primero se verifica si la ventana de ventilación
está cerrada leyendo el estado del bit indicador del estado de la ventana, si el bit
está encendido significa que la ventana está cerrada y entonces sigue la
ejecución del programa arrancando un temporizador de espera que da un espacio
de tiempo luego del cual se enciende la salida correspondiente al calefactor. El
tiempo de espera evita el encendido innecesario del calefactor cuando la
temperatura puede controlarse mediante la ventana. En el caso que el bit
indicador del estado de la ventana esté apagado primero se procede a cerrar la
ventana de ventilación activando la salida que controla el arranque motor; cuando
el bit del estado de la ventana cambia la salida se apaga y el motor se detiene;
luego la subrutina se ejecuta de igual manera que si el bit indicador del estado de
la ventana estuviera inicialmente encendido.
120
3.2.4,1,2 Subrutina Disminución de Temperatura
La Subrutina Disminución de Temperatura actúa sobre la salidas correspondiente
al ventilador y las salidas de control del motor. En la Figura 3.29 se muestra el
diagrama de flujo de la ejecución de esta subrutina.
DISMINUCIÓN DE TEMPERATURA
VENTANA DEVENTILACIÓN
Esperar tiempode encendido
Encender indicadores deSUBRUTINA
IRET
Figura 3.29. Diagrama de flujo de la Subrutina Disminución de Temperatura.
La subrutina es habilitada cuando la temperatura del ambiente es mayor que la
temperatura máxima. La subrutina verifica el estado del bit indicador de la
ventana: si este bit está en 1L el programa debe abrir la ventana de ventilación,
para lo cual primero enciende la salida que controla el sentido de giro del motor y
luego arranca el motor manteniéndolo así hasta que el bit indicador del estado de
la ventana cambie. Luego da un tiempo de espera y enciende la salida
correspondiente al ventilador. Finalmente se enciende el bit indicador de la
subrutina que está ejecutándose y se apaga el bit indicador de la subrutina
contraria.
121
3.2.4.2 Subrutina Control Automático del Suelo
La Subrutina Control Automático del Suelo se habilita directamente cuando el PLC
se enciende mediante un bit que puede ser manipulado desde InTouch y que por
defecto permite iniciar el programa en modo automático. En la Figura 3.30 se
muestra el diagrama de flujo de esta subrutina.
CONTROL AUTO DEL SUELO
ESCALAMIENTO de
la entrada analógica
TEMP. SUELO
ESCALAMIENTO del
seteo enviado desde
InTouch
TEMP. SUELO < TEMP.SUELO SETEO
Figura 3.30. Diagrama de flujo de la Subrutina Control Automático del Suelo.
La subrutina toma el valor de temperatura del suelo de la entrada analógica AIW4
y llama a la Subrutina de Escalamiento para obtener el valor de temperatura
actual del suelo; luego toma el valor límite para el control del suelo que es enviado
desde InTouch y mediante un proceso similar al anterior se obtiene el valor de la
122
temperatura de seteo del suelo escalado; finalmente toma los dos valores
escalados y los compara; mientras el valor de la temperatura de seteo del suelo
es mayor que el valor de la temperatura del suelo ía salida que controla ia bomba
se enciende, caso contrario permanece apagada. Cuando la salida se enciende,
también lo hace un bit indicador que arranca un temporizador en el Programa
Principal. El temporizador tiene como función permitir que la bomba de caudal
permanezca funcionando un cierto tiempo mientras luego del cual, si no se ha
logrado el control se da un reset a la salida y se espera otro intervalo de tiempo
para volver a reintentar el control. Es importante señalar que esto se cumple
siempre que no se cambie el modo de operación a manual durante cualquiera de
los intervalos de tiempo.
3.2.5 SUBRUTBSA CONTROL IMANUAL
3.2.5.1 Control Manual del Ambiente
La Subrutina Control Manual del Ambiente se habilita cuando el bit indicador del
modo de operación que se envía desde InTouch se enciende. En la Figura 3,31
se tiene el diagrama de flujo del funcionamiento de esta subrutina.
La subrutina está estructurada de tal manera que es enteramente manejada
desde InTouch por lo que se puede acceder a este control solo si existe la
conexión entre el PLC y la PC para encender o apagar el ventilador, el calefactor
y; controlar el encendido, apagado y sentido de giro del motor de la ventana de
ventilación.
123
CONTROL MANUAL DEL AMBIENTE
Control del VENTILADORdesde InTouch
Apagar
VENTILADOR
Encender
VENTILADOR
Control del CALEFACTORdesde InTouch
Apagar
CALEFACTOR
Encender
CALEFACTOR
Control de ARRANQUE DELMOTOR desde InTouch
Encender MOTOR Apagar MOTOR
Control del GIRO DELMOTOR desde InTouch
Figura 3.31. Diagrama de fiujo de la Subrutina Control Manual del Ambiente.
124
3.2.5.2 Control Manual del Suelo
La Subrutina Control Manual del Suelo cuyo diagrama de flujo se muestra en la
Figura 3.32 se habilita cuando el bit que indica el modo de operación de control
del suelo está encendido. El encendido del bit se puede hacer solo cuando el
PLC está conectado al computador porque el bit del modo de operación es
enviado desde ínTouch,
Cuando la subrutina es habilitada se puede encender o apagar la bomba de
caudal mediante la salida que controla la bomba.
CONTROL MANUAL DEL SUELO
Control de la BOMBA desdeÍnTouch
Figura 3.32. Diagrama de flujo de la Subrutina Control Manual del Suelo.
3.2.6 SUBRUTINA DE RESET
Las subrutinas de reset tienen como objetivo apagar los bits correspondientes a
una o varias entradas del PLC cuando se ha cumplido cierta condición que las
habilita. Las subrutinas de reset usadas en la programación del PLC se describen
a continuación:
125
SBR 5: esta subrutina da un reset a todas las salidas usadas en el control de la
temperatura del ambiente cuando ha transcurrido el tiempo predeterminado de
funcionamiento de los actuadores. Es llamada en la Subrutina Control Automático
del Ambiente.
SBR8: esta subrutina da un reset a la salida de control de la bomba (control del
suelo) cuando ha transcurrido el tiempo predeterminado para su funcionamiento.
Es llamada desde la Subrutina Control Automático del Suelo.
SBR10 y SBR11: estas subrutinas dan un reset a los bits de ejecución de la
Subrutina Aumento de Temperatura y Disminución de Temperatura
respectivamente.
CAPITULO 4.
4.1 PRUEBAS DE CALIBRACIÓN DE SENSORES
Para calibrar los sensores utilizados para la medición de temperatura tanto del
ambiente como del suelo, primero se procedió a calibrar la salida de voltaje de
acuerdo a la temperatura medida y luego se tomaron datos de corriente en la
salida del transmisor.
Las salidas de corriente de los transmisores fueron convertidas en datos WORD
usando una constante de transformación, y finalmente los datos se graficaron
para observar el grado de linealidad de cada sensor. A continuación se tiene una
explicación de los criterios usados en [a calibración de cada uno de los sensores
usados.
4.1.1 CALIBRACIÓN DEL RTD
La Figura 4.1 muestra la curva de temperatura en función de la corriente del
transmisor (para nuestro caso datos WORD) para el RTD usado en la medición de
la temperatura del suelo. Mediante la gráfica se puede observar que existe una
variación no lineal para las temperaturas bajas y altas de nuestro rango general (O
a 50°C aproximadamente), pero, el comportamiento puede considerarse lineal
para temperaturas entre 10 y 30 °C, rango entre el cual se espera obtener las
mediciones.
127
Teniendo en cuenta que pueden haber existido errores de apreciación o
aproximación al medir la corriente del transmisor, se decidió realizar una regresión
lineal.
o:ID
UJQ_
LJJ
50 n
45-
40 -
35-
30 -
25-
20 -
15-
10-
5-
O5000
CALIBRACIÓN PT100
PT100
REG. LINEAL
10000 15000 20000 25000
DATOS WORD30000 35000
Figura 4.1. Curva de comportamiento del RTD y curva de calibración hallada
mediante regresión lineal.
Usando los datos mostrados en la Tabla 4.1 se realizó la regresión lineal
correspondiente y se obtuvo la recta que se aproxima a los datos, dada por la
siguiente ecuación:
T(°C) = 0.00184145 * WORD - 11.17780196
La comparación entre las curvas de calibración y la curva de comportamiento del
RTD se puede ver en la Figura 4.1.
12S
Tabla 4.1. Datos medidos para el transmisor de temperatura del suelo.
T °C WORD
1 8775
5 9490
10 11050
15 12740
20 15990
25 18785
30: 21450
35 25805
40 29055
45 30290
4.1.2 CALIBRACIÓN DEL LM335
Para medir la temperatura del ambiente se usaron dos LM335 conectados a
circuitos acondicionadores y transmisores, que deben tener una calibración
independiente para dar una salida constante al medir la misma temperatura.
De manera similar a la calibración del PtlOO, primero se midieron los valores de
corriente a la salida de cada transmisor y se transforman en datos WORD. La
Tabla 4.2 contiene los datos obtenidos en las mediciones de cada sensor.
* ' r.129
Tabla 4.2. Datos obtenidos para los sensores de temperatura LM335.
8717 5330
Para el sensor 1 mediante la regresión lineal se obtiene la ecuación:
T(°C) = 0.0023776032* WORD -22.14765620
y para el sensor 2, la ecuación:
T(°C) = 0.0018413586 * WORD - 9.33059716
La Figura 4.2 muestra la gráfica comparativa entre la curva del sensor LM335 (1)
y la curva obtenida mediante la regresión lineal.
130
CALIBRACIÓN SENSOR LM335 (1)
43-
38 -
< 33-o:f2 28-
3 23-LU
I 18-
y 13-
3 -
"%000 10000 15000 20000
DATOS WORD
LM335
REG. LINEAL
25000 30000
Figura 4.2. Curvas para el primer sensor LM335 usado para medir la temperatura
ambiente.
La Figura 4.3 muestra la curva de calibración del segundo sensor LM335 donde
se puede observar el error mínimo existente con la curva obtenida mediante la
regresión lineal.
CALIBRACIÓN SENSOR LM335 (2)
58 n
a 3=>i-<a: 28 -UJo.sLLJ 18 -
•LM335
•REG. LINEAL
5000 10000 15000 20000
DATOS WORD25000 30000
Figura 4.3. Curvas para el segundo sensor LM335 para medir la temperatura del
ambiente.
131
4.2 PRUEBAS DE CONTROL DEL AMBIENTE
4.2.1 PRUEBAS DE CALENTAMIENTO
El tiempo de calentamiento del invernadero es importante para los períodos fríos,
por esta razón se realizaron pruebas para encontrar las pendientes de
calentamiento del sistema. Los datos de temperatura ambiente para cada una de
las pruebas se obtuvieron a través del registro histórico que se desarrolló como
parte deí proyecto. Las pruebas se realizaron tomando intervalos constantes de
tiempo para cada elemento de control de calentamiento.
Primeramente se realizaron pruebas con la ventana de ventilación que para
ayudar al calentamiento de! invernadero debe mantenerse cerrada. Para obtener
los datos para esta prueba se parte de una temperatura inicial medida en el
interior del invernadero y se procede cerrando la ventana de ventilación,
manteniendo así la ventana por un intervalo de 15 minutos. Luego de transcurrido
el intervalo de tiempo señalado se obtienen los datos que se encuentran
resumidos en la Tabla 4.3.
Tabla 4,3. Valores y cálculo de la temperatura cuando se controla cerrando la
ventana de ventilación.
SENSOR 1 SENSOR 2 PROMEDIO
TEMPERATURA18.214 18.020 18.117
INICIAL (°C)
TEMPERATURA FINAL19,109 18.693 18.897
(°C)
DIFERENCIA DE TEMPERATURA0.780
(°C)
PENDIENTE DE0.052
CALENTAMIENTO (°C / MIN)
132
El calentamiento del invernadero usando la ventana de ventilación es lento y
depende principalmente de la temperatura externa del ambiente. Debido a esta
razón se hizo necesario usar un calefactor como elemento de calentamiento del
invernadero.
El calefactor debe presentar una mejora en la pendiente de calentamiento que
justifique usar este elemento como alternativa a cerrar la ventana de ventilación.
Las pruebas realizadas al calefactor son semejantes a las realizadas usando la
ventana de ventilación, es decir, se considera al sistema aislado del exterior
(cerrada la ventana de ventilación) y se enciende el calefactor durante un tiempo
igual a 15 minutos. Los datos obtenidos mediante el histórico se resumen en la
Tabla 4.4. también se obtiene la pendiente de calentamiento que puede
compararse con la obtenida en la prueba anterior.
Tabla 4.4. Valores y cálculos de la temperatura cuando se controla usando el
calefactor.
SENSOR 1 SENSOR 2 PROMEDIO
TEMPERATURA
INICIAL (°C)
TEMPERATURA FINAL
("Q
18.279
19.685
17.988
19.298
DIFERENCIA DE TEMPERATURA
(°C)
PENDIENTE DE
CALENTAMIENTO (°C / MIN)
18.129
19.487
1.358
0.0905
De acuerdo a los resultados obtenidos en las pruebas anteriores es importante la
introducción del calefactor en el sistema porque permite obtener temperaturas
unos pocos grados más altas que usando sólo la ventana de ventilación. En la
Figura 4.4 se tiene un gráfico que muestra la pendiente de calentamiento para el
133
calefactor y se puede observar también algunas crestas debido a la influencia de
la temperatura externa del ambiente.
Figura 4.4. Variación de la temperatura del invernadero cuando se enciende
calefactor.
4.2.2 PRUEBAS DE ENFRIAMIENTO
Inicialmente la propuesta para el proyecto era usar los recursos naturales para el
enfriamiento del invernadero, o sea, usar la ventilación natural. Para usar este tipo
de ventilación se montó la estructura que permite abrir o cerrar una ventana. Pero
al querer cubrir un rango un poco más amplio se decidió usar un ventilador como
ventilación forzada.
Las pruebas realizadas a los elementos de control de enfriamiento siguen la
misma forma que las pruebas de calentamiento. Las pruebas de ventilación
natural se realizan abriendo la ventana de ventilación durante 15 minutos
obteniendo los datos mostrados en la Tabla 4.5.
134
Tabla 4.5. Valores y cálculos de la temperatura cuando se controla mediante
ventilación natural.
SENSOR 1 SENSOR 2 PROMEDIO
TEMPERATURA
INICIAL (°C)
TEMPERATURA FINAL
19.381
18.214
19.152
18.020
DIFERENCIA DE TEMPERATURA
(°C)
PENDIENTE DE
CALENTAMIENTO (°C / MIN)
19.268
18.117
1.151
0.0767
Para la ventilación forzada se procede a encender el ventilador manteniendo
abierta la ventana de ventilación en el modo de trabajo del control durante un
intervalo de 15 minutos. La Tabla 4.6 muestra los resultados de las pruebas de
ventilación forzada.
Tabla 4.6. Valores y cálculos realizando el control mediante ventilación forzada.
SENSOR 1 SENSOR 2 PROMEDIO
TEMPERATURA
INICIAL (°C)
TEMPERATURA FINAL
19.034
17.179
19.222
17.210
DIFERENCIA DE TEMPERATURA
(°C)
PENDIENTE DE
CALENTAMIENTO (°C / MIN)
19.134
17.201
1.933
0.1289
135
La ventilación natural tiene un efecto variable pero es de mucha ayuda para el
enfriamiento del invernadero. La Figura 4.5 muestra el efecto de la combinación
de los dos tipos de ventilación usados en el control de temperatura ambiental del
invernadero.
Figura 4.5. Variación de la temperatura del invernadero usando ventilación natural
y forzada.
La Figura 4.6 muestra el gráfico de los datos de temperatura tomado mediante el
histórico del programa InTouch, se puede observar el control que realiza el PLC
para el rango asignado mediante las líneas de color.
En la figura anterior se observa que la influencia de la temperatura del ambiente
externo juega un papel importante en el control, tanto es así que se producen
variaciones que pueden considerarse bruscas. El control diseñado tiene
limitantes, como rangos más amplios de control, por la capacidad de los
actuadores, por lo que pueden existir variaciones de temperatura que no puedan
ser fácilmente controladas.
136
May ZO1102 JOS
SO
Figura 4.6. Histórico del control del ambiente obtenido en modo de operación
automático.
4.3 PRUEBAS DE CONTROL DEL SUELO
Las pruebas para hallar las pendientes de calentamiento y enfriamiento del suelo
se realizaron tomando en consideración el tiempo en el cual la variación de la
temperatura del suelo es apreciable, ya que como se mencionó en el segundo
capítulo el suelo tiene un bajo coeficiente de transmisión de calor.
La Tabla 47 tiene los datos tomados para calcular la pendiente de enfriamiento
del suelo, y la Figura 47 presenta la variación de la temperatura del suelo.
Cuantificando la pendiente de enfriamiento del suelo cuyas unidades se
obtuvieron en °C / HORA se concluye que la forma como se enfría el suelo es
muy lenta debida a la inercia térmica que presenta. Ahora bien, si se habla que es
difícil enfriar el suelo se puede advertir que el calentamiento también será lento y
por tanto difícil de lograr.
137
Tabla 4.7. Valores y cálculos de enfriamiento del suelo.
HORA MEDICIÓN
TEMPERATURA14:20 18.668
INICIAL (°C)
TEMPERATURA FINAL18:20 15.264
DIFERENCIA DE3.404
TEMPERATURA (°C)
PENDIENTE DE0.851
CALENTAMIENTO (°C / HORA)
i .. iv. .i.in'M
SO
ai •
ÍS
Tí
Figura 4.7. Comportamiento de la temperatura del suelo cuando se enfría.
Mediante el gráfico se puede observar que se presentan caídas un poco más
rápidas que lo normal para la temperatura del suelo en el inicio y a la mitad del
periodo de muestreo, una explicación para éstas puede encontrarse considerando
que aproximadamente a esas horas se realizó el riego en el suelo.
138
Para calentar el suelo se usa la tubería por medio de la cual se hace recircular
agua caliente y mediante los históricos de InTouch se obtiene los datos de la
Tabla 4.7. Los datos se tomaron considerando periodos de tiempo de 1 hora.
Tabla 4.7. Valores y cálculos de calentamiento del suelo.
HORA MEDICIÓN
TEMPERATURA13:00 17.716
INICIAL (°C)
TEMPERATURA FINAL14:00 18.770
(°C)
DIFERENCIA DE1.054
TEMPERATURA (°C)
PENDIENTE DE1.054
CALENTAMIENTO (°C / HORA)
La Figura 4.8 muestra como varia la temperatura del suelo cuando se calienta, se
puede observar que la pendiente no es pronunciada como era de esperarse y
además la temperatura final del suelo tiende a mantenerse constante, porque el
suelo presenta una elevada inercia al flujo de calor.
Hay que tomar en cuenta que esta prueba se realizó cuando el suelo estaba seco
y considerando que en estas condiciones la inercia térmica del suelo es menor
que cuando el suelo se moja por efecto del riego.
Finalmente mediante datos de temperatura del suelo y del ambiente se ilustra en
un gráfico la relación que existe entre la variación de la temperatura del suelo y
del ambiente. La Figura 4.9 muestra un gráfico donde se puede observar
variaciones muy significativas de la temperatura del ambiente y de la temperatura
del suelo que siguen la misma tendencia aunque en una proporción mucho
menor.
139
JuntóU 07 i?
Oi
as
M
10
C;
O
123608
Figura 4.8. Comportamiento de la temperatura del suelo cuando se calienta.
29
27
O
S 253
g 23UJo.
¡ü 21
19
VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA DEL SUELO Y DELAMBIENTE
17 —
12:40 12:47 12:54 13:01
TIEMPO (HORAS)
™TEMP SUELO
TEMP AMBIENTE
13:09
Figura 4.9. Variación conjunta de la temperatura del suelo y del ambiente.
CAPITULO 5.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
• La Escuela Politécnica Nacional, mediante el Proyecto INVESTIGACIÓN Y
DESARROLLO DE TECNOLOGÍAS PARA EL CONTROL DE
PARÁMETROS FÍSICOS DE CULTIVO BAJO INVERNADERO en donde
se controlan las variables fundamentales en el desarrollo de cultivos, tales
como temperatura, humedad, pH, electro conductividad, y radiación, está
tratando de dar una respuesta a las necesidades de la Agroindustria
Ecuatoriana.
• Con el desarrollo de este proyecto se ha cumplido con el objetivo de
diseñar, construir e implementar un sistema de control integral de las
temperaturas del suelo y del ambiente de un cultivo bajo invernadero,
obteniendo así un módulo con características ¡guales o superiores a los ya
existentes comercialmente de procedencia extranjera.
• El sistema implementado para el control de temperatura es el más
adecuado para este fin ya que el PLC realiza un control en tiempo real sin
necesitar la presencia del computador, mientras que el computador sirve
de enlace de visualización y almacenamiento de datos del proceso en
control.
• El sistema desarrollado prevé ciertas condiciones de optimización del
control de temperatura, como la ejecución de rutinas de operación cíclicas
de los diferentes actuadores para lograr una disminución en el consumo de
141
energía, además de utilizar de la mejor manera todos los recursos
naturales propios del clima, y cubrir los rangos previstos.
La interfaz creada mediante InTouch proporciona un conocimiento del
sistema de control de temperatura implementado ya sea por las funciones
creadas y por sus pantallas de ayuda, pues se puede realizar cualquier
operación desde la PC, ya sea en modo manual o automático.
En la actualidad no existen normas específicas para el control de las
diferentes variables en invernaderos, tales como las ASTM, por lo cual se
ha creído conveniente adaptar algunas de estas reglas para asegurar el
óptimo funcionamiento del control.
El control de temperatura en un invernadero se necesita para lograr el
aseguramiento de la calidad del producto final del cultivo, lo que lleva a que
una empresa tenga menores pérdidas, puesto que los cultivos presentan
mayor desarrollo vegetativo, mayor fecundación y se evita el efecto dañino
de las heladas.
El control de la temperatura del suelo en cultivos bajo invernaderos,
implementado mediante un sistema de tuberías con circulación de agua
caliente, es el más efectivo y usado en la actualidad, pero se torna difícil de
realizar ya que la transmisión de calor en ¡a tierra se realiza por
conducción, y esta presenta un bajo coeficiente de transmisión de calor. Es
te tipo de controladór final se usa en cultivos hidropónicos por sus óptimos
resultados ya que el agua tiene un elevado coeficiente de transmisión de
calor.
La temperatura del suelo está controlada en su valor mínimo ya que si baja
del valor de seteo se produce una disminución en la absorción de nitratos
los cuales son necesarios para el desarrollo de la planta, mientras que se
omite el valor máximo de control ya que al aumentar la temperatura del
suelo disminuye la humedad del mismo, por lo cual se encenderá el control
142
de riego implementado ya en el proyecto global, aumentando la humedad y
disminuyendo la temperatura.
El sistema se ha desarrollado en un módulo de pruebas para investigación;
sin embargo puede ser usado en invernaderos reales y de mayor tamaño
ya que tiene todas las rutinas para hacer el control de temperatura. La
única diferencia se presentaría en el dimensionamiento de los actuadores y
su número.
Mediante la pruebas realizadas se puede observar que la temperatura del
suelo y la temperatura del ambiente están íntimamente ligadas, ya que la
primera tiene las mismas tendencias que la segunda, pero en menor
medida, por lo tanto si se controla la temperatura del ambiente, se
producirá un control indirecto en ia temperatura del suelo.
Para el control de la temperatura del ambiente tanto para el enfriamiento
como para el calentamiento, se ve necesaria la utilización de los diferentes
actuadores como el ventilador y el calefactor respectivamente, pues el
efecto de la apertura o cierre de la ventana no son suficientes ni rápidos
para cubrir los rangos deseados. Mediante las pruebas se observa que los
valores de las pendientes son mayores con los actuadores que al usar
únicamente la ventana. Se debe mencionar que el enfriamiento es más
lento que el calentamiento en un terreno sin cultivo.
Con el sistema implantado se pueden realizar acciones correctivas para
eliminar las causas de una o varias no conformidades, defectos, u otras
situaciones no deseables existentes con el propósito de evitar que vuelva a
ocurrir, adicionalmente pueden realizar acciones preventivas para eliminar
las causas de situaciones no deseables potenciales. Éstas acciones prevén
el aseguramiento de calidad que puede implantar la empresa que ínstale el
sistema, rigiéndose a las Normas ISO 9000.
143
5.2 RECOMENDACIONES
• Al ser el sistema de control de temperatura un módulo de prueba para
investigación se recomienda que en aplicaciones en invernaderos reales se
realice la reubicación de los actuadores para lograr una mayor eficiencia
del sistema, de tal manera que para la ventilación la ventana utilizada
debería ser colocada en el techo del invernadero para aprovechar la mayor
superficie efectiva de ventilación. Normalmente el motor y el mecanismo
utilizado para su movimiento se ubicarían en el exterior del invernadero,
considerando las características técnicas que debe cumplir.
• Para el control de la temperatura del suelo se recomienda el uso de un
caldero en lugar del calefón ubicado en el exterior del invernadero para
evitar gases que pueden afectar al cultivo y principalmente porque puede
ayudar a otras funciones; además se debería utilizar tubería de aluminio o
cobre con aletas que presentan mayor superficie de radiación, las mismas
que no se utilizaron en este sistema por su elevado costo.
• Para la calentamiento del ambiente se recomienda la utilización de
caloventores ubicados en el centro del invernadero que generarían aire
caliente de una manera homogénea.
• Se recomienda la aplicación de todos los sistemas desarrollados para el
proyecto en un módulo real más grande dentro de las instalaciones de la
institución para futuras investigaciones en varías ramas de estudio de las
carreras existentes.
• Se debe instalar un correcto circuito a tierra, pues se pueden tener
medidas erróneas debido a esto. Además, es aconsejable utilizar los filtros
que presenta el PLC para adquisición de datos analógicos.
• Se podría medir la temperatura ambiente exterior del invernadero y con esa
medida realizar un control preventivo de la temperatura del ambiente
144
interior, ya que ésta seguiría las tendencias de la exterior. Este tipo de
acciones son las que en la actualidad se están poniendo en práctica en
invernaderos reales.
• Se recomienda la unión de todos los sistemas de control de variables de un
invernadero en una tesis global, realizando los cambios necesarios en el
programa de control para lograr un enlace correcto; en la interfaz no se
necesitan mayores cambios.
* Los sistemas de calefacción de tuberías radiantes del suelo se utilizan en
cultivos hidropónicos ya que el agua tiene un alto coeficiente de
transmisión del calor, por lo tanto el control de su temperatura será óptimo
para el desarrollo de este tipo de cultivos.
* Se necesita una barra de alimentación independiente para las conexiones
del proyecto porque debido al número de actuadores que se utilizan existe
una sobrecarga en las instalaciones actualmente usadas.
• Para la implementación del sistema de automatización en un invernadero
real se debe blindar a los cables de adquisición de datos para evitar ruido e
interferencias causadas por los circuitos de potencia.
BIBLIOGRAFÍA
[1] CULTIVO EN INVERNADEROS. A. ALPI, F. TOGNONI, 2a Edición.
Ediciones Mundi - Prensa. 1984.
[2] INVERNADEROS DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y AMBIENTACIÓN. A.
MATALLANA, II. MONTERO, 2a Edición. Ediciones Mundi - Prensa.
[3] INTRODUCCIÓN A LOS SUELOS Y AL CRECIMIENTO DE LAS
PLANTAS. R. DONAHUE. Editorial Prentice Hall. 1986.
[4] REVISTA AGROPECUARIA SECTOR. No. 16.
[5] AMPLIFICADORES OPERACIONALES Y CIRCUITOS INTEGRADOS. R.
COUGHLINL Editorial Prentice may. 1993.
[6] ELECTRÓNICA INDUSTRIAL MODERNA. T. MALONEY. Editorial
Prentice may. 1993.
[7] SENSORES Y ANALIZADORES. H. NORTON. Ediciones Gustavo Gílli.
1982.
[8] INSTRUMENTOS INDUSTRIALES SU AJUSTE Y CALIBRACIÓN. A.
CREUS SOLÉ.
[9] WONDERWARE - MANUAL IN TOUCH.
[10] SIEMENS - MANUAL DEL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN S7 - 200.
•Site-
REFERENCIAS DE LA WEB
: www. infoagro. com / industria_auxiliar / control_ climatico2. asp
www. itpsoft.com / html / productos / injproductos / inv_comp.htm
iwww. nsc. com (National Semiconductors)
ANEXOA
HOJAS DE DATOS DE LOS SENSORES
<S Typical P£- Revé
5 -m3 • i •--J 1 iC " s
3 § ': g 3 —J s 2 —- > , /? • " \¿»
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_ ?• ,*P
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S -15 25 55 105 US 115 1 2 3 4
TEMPEBATUREfCI • ' • REVERSE VOLTAOE (VI : •!••''!> i'
Jynamlc Impedance Noise Voltage . "" -•i i j 35° | 1 i-1—- -..'- -;
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T-s"' 12S*C
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FREQUEHCY(Hi] . ffl£QUENCY(Hi) - - »
Thermal Response ."".""Thermal Time Constant ín Still Air - '-- -' .
25 -
n\ r
5 —„ T
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TD-«
----«=: t
aoo 1200 isoo 2000 a 4« iotAIH VELOCITY (FPM) AIR VE
Thermal Response inStírred Olí Bath
3 n<
§ « . //
* 20
/[
' I
TIME [SECÓNOS]
==-:1200 1600 20
OCITY [FPM]
1.4
U
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b o-so>o 0.6
' 1 0.4a
0.2
0
0.
2 JO T¿
2 M -y
/s 2, LLK
7
00 0 2 4 £
TIME (MINUTES)
Forward Characteristics
HIII
T- f£_\.-y~~*^'
J"l-lr "'" T¡-Wl
•lililí1 1
FORWAROCURRESTImAi
J
s
10
:••:- •— I — "-r..
-~
.— ' — ' : . *i
•• .. c
TUH/5698-3
I .pplication HintjCALISRAT1NGTHELM13S
c|Udsd on the LM1 35 chip' jevice for higher accuifta |_M135 wfth the arm tie^5 a 1-po!nt callbration i¡naccuracy ovar the full tern
fdis single point caJibratfonU,)135 ¡s proportiona! to ah¡rapolated output of sensíi_273- 15*G). Errors in oul¡te only slope (or scale faca( one temperatura correct¡
Trie output of the device (es
Atiere T ¡s the unknown tertemperatura, both expresse¡ng the output to read correput at all temperatures is <calibrated at 10 mV/°K.
: Typical ApplicatiBasic Temperatura Si
v*
Mínimum Temperature!
isv
5-40
Typícal Applications (Continuad)
Isolatad Temperatura Sensor
Simple Temperature Controller
Simple Temperature Control
TUH/5698-21
5-42
Apical App\\ca\\ot
Ground Referred Fahr«v
lf/ff¡H R2 for 2.554V across LM338.'
lor cotrsct output '• ••;
•m
33S
A23
5A35
AM
335
235
LOCO
Typical Applications (Continuad)
Síngl« Power Suppjy Cold Junctlon Compensation
R3 R4
'Select R3 and R4 for thermocouple typeTHERMO-COUPLE
1.05K856H
385H315H
SEEBECKCOEFFIClENr
52-3 ¡íV/'c
4o.8^v/-c
JTK si en soonS 128A 46.3a
Adjustmant»:
1. Adjust 81 for the voltaga across 83 aqual ío tha Seebeck Coaffití,t'mes ambient temperature fn degrees K0Mn.
2. Adjust R2 for vottaga across R4 corresponding to thermocoupla
J 14.32mV
T 11.79 mV
K 11.17 mVS • 1.768 mV
Centlgrade Callbrated Thermocouple Thermometer
2MI
VA 1W
Termínate thsfmocouple referenca ¡unción IdoMprGximrtytoLM335.
,, ,,.,
1. Appry signa! ín place of tharmocoupla and ad-¡ust 83 for a gai'n of 245.7.
2. Short nonsnverting ¡nput of LW308A and out-put of LW329B to ground.
3. Adjust R1 so that VOUT - 2.982V 9 2S-G.
4. Remova short across LM329B and adjust R2so that VOUT ™ 246 mV 9 25'C.
5. Remove short across thermocouple.
TL/H/sssa-rz
Fast Charger for Nlckel-Cadmlum Batterles
Dlfferentlal TemperatureSensor
írr.1
tAdJust D1 to 50 mV greater Vz than 02.Charge terminales on 5*C temperatura risa. Couple 02 to battery.
fypical App\icat\
5-44
íAdjust for zero wi
"Adjust for zero OL
at 100-C
tOutput reads difff
of 10Tpot
35A
opérales from — 4CPC lo.M335 are avallable pack-¡istor packages while the
TO-92 packages.
nAJanee
range
TO-46
letal Can Package"
TL/H/5698-26
Bottom View
e is connected to negat'r/e pinderNumberLM135H,H-MIL, LM235H, LM335H,\.H, LM235AH or LM335AHS Package Number H03H
Máximum RatingsK Mllltary/Aerospace speclfled devlces are requlrad,-léase contact the National Semiconductor SalesQ(f|ce/Distributors for avallablllty and speclflcations.
paverss Current _porward Current
Storaga TemperaturaTO-46 PackageTO-92 PackageSO-8 Package
15mA
10mA
60°C to + 1 80° C60°Cto +150°C65'C to + 1 50°C
Specified Operating Temp. Range_
ContlnuousLM135.LM135A -55'C to +150'CLM235, LM235A -4CTG to +125°CLM335, LM335A -40'Cto +100"CUead Temp. (Soldering, 10 seconds)
TO-92 Package:TO-46 Package:SO-8 Packaga: '
Vapor Phase (60 seconds)Infrared (15 seconds)
Intermittent(Note 2)150*Cto200'C125'Cto150'C1 0CTC to 1 25°C
26CTC300°C300°C21 5°C220°C
femperature Accuracy LM13S/LM235, LM135A/LM235A (Note 1)
Parameter
Operating Output Voltage
Uncalibrated Temperature Error
Uncalibrated Temperature Error
Temperatura Error with 25°CCalibration
rjalibrated Error at ExtendedTemperatures
Non-Linearity
Conditions
Te = 2S'C, IR = 1 mA
Tc = 25-C, IR = 1 mA
TMIN ¿ Te s TMAX. IR = 1 mATMIN TC s TMAX. IR = 1 mA
= TMAx (Intermittent)
IR = 1 mA
LM135A/LM23SA
Min
2.97
Typ2.98
0.5
1.3
0.3
0.3
Max
2.99
2.7
0.5
LM135/LM235
Min
2.95
Typ
2.98
•0.5
0.3
Max
3.01
1.5
Unrts '
Temperatur.e Accuracy LMsss.LMsssA (Note 1)
Parameter
! Operating Output Voltage '
' Uncalibrated Temperature Error
' Uncalibrated Temperature Error
Temperature Error with 25°CCalibration
Calibrated Error at ExtendedTemperatures
Non-Linearity
Conditions
Tc = 25°C, IR = 1 mA
TC = 25°C, lñ = 1 mA
TMIN ^ Te ¿ TMAX. IR = 1 mATMIN ¿ TC s TMAX, IR - 1 mA
TC = TMAX (Intermitían!)
IR = 1 mA
LM335A
Min
2.95
Typ2.98
0.5
0.3
Max
3.01
1.5
LM335
Min
2.92
Typ2.98
0.3
Max
3.04
1.5
Units
•G
Eléctrica! Characteristics (Notei)
Parameter
Operating Output VoltageCtiange with Current
Dynamic Impedance
Output Voltage TemperatureCoefficient
Time Constant
Time Stability
Conditions
400 jiA Z. IR á 5 mAAt Constan! Temperature
lf) = 1 mA
Still Air100ft/M¡nA¡rStirred Oil
Tc=125'C
LM135/LM235UM135A/LM235A
Mln Typ
2.5
0.5
+ 10
80101
0.2
Max
10
LM335LM335A
Min Typ
0.6
+ 10
80101
0.2
Max
14
Units
mV
n
mVrC
seosecsec
°C/khrNote 1: Accuracy measurements are made in a well-stirred oil bath. For other conditions, self heating must be considerad.
Note 2: Continuous operation at these temperaturas for 10,000 hours for H package and 5,000 hours for 2 package may decrease ufa expectancy of the device.
Nota 3: Thermal Resistance TO-92 TCM6 SO-8SjxOunctionloambiant) 202"C/W 40CTC/W 165-CAV8JC (junción to case) 170-C/W N/A N/A
Not» 4: Hefer to RETS135H lor military spedlicatlons.
5-39
.o:o
10co04
LOCOco
incoC-J
IX)co
TypiCal ApplicaÜOnS (Continued)
Ground Referred Centígrada Ttwmometer
Mt
V IM33S
Wmvrc
TL/H/569B-16
Definition of TermsOperatfng Output Voltage: The voltage appearing acrossthe positiva and negative termináis of the device at speci-fied conditions of operating temperature and currentUncalibrated Temperature Error: The error between theoperating output voltage at 10 mV/'K and case'temperatureat specified conditions of current and case temperature.
Air Flow Detector*
-isv
*Self heating is used to detect aír flow
Callbrated Temperature Error: The error between opera!,¡ng output voltage and case temperature at 10 mV/°K ovaca temperature range at a specified operating current wfththe 25°C error adjusted to zero.
5-46
í.
"W1-$£>I
I
The ProbéA Probé ¡s an assembly composed 'of an element, a sheath, lead wire,and a termination or connection.
The TerrninaiionProbes may be terminaíed in acpnnector head, quíck-disconnect, terminal block, orextensión wire. OMEGA'sstandard-terminations arepictured on pages C-5 throughC-9. Other terminatipns areavailable upon special request.Please give afull descriptionand send sketches.
The Lead WireLead styles are offered ¡n one offour configurations (seediagrams at the side of thispage). Style 2 is OMEGA'sstandard. Be sure to select the ,configuration ihat is compatiblewith your instrumentation.
The SheathThe sheath, a closed end tube,immobilizes the elementprotecting it against moisture
"and the énvlronmeñt to"b"e~~measured. The sheath alsoprovides prptection and stabilityto the transition lead wires fromthe fragüe element wires.OMEGA's standard sheaths areV&" and Vt" O.D. 304stainlesssteel tubes. Other O.D.'s andmaíen'als are available uponrequest.
The ElementThe element has be describedin the previous page. Thestandard OMEGA RTD probé ismade with a 100 ohm Europeancurve element (a = 0.00385).
Ternperaíure RatingOMEGA's Standard RTD probéassembües are rated for use intemperatures up to 1112°F (600°C).Temperature limitation may beplaced on terminaíion styles due towire ¡nsulation used."The máximumtemperature rating available onspecial order ¡s 1382°F (750°C). Ifprobé is intended for hightemperature use, piease requestquotation.
OMEGA stocks a broad une of RTDprobes for immediate delivery.Please see pages C-5 through C-9for standard léngths. Many specialassembly probes are available forshipment within two weeks of receiptof your order. Please consult SalesDepartment for further details onyour special needs.
Definition of RTDProbé Part Number
PR— r~i-i i-i i-i i-i i-i i
TYPE— ILEAD "CONFIO. -IELEMENT RESIS 'nlAMFTFR
I FMPTMn\p
.
Type: Select style 11,12,13,14,15or PRX (pages C-5 through C-7).Lead Configuration: Specify 1, 2, 3,or 4. Style 2 is standard.Resistance: 100 ohms is standard.50, 200, 500,1000, or 2000 ohms areavailable, usually with two weekdelivery.Sheath Diameter: Va", Vis", Vi", and5/is" are avaiiabie. Vs" and 1/4" O.D.probes are stocked for off-the-shelfdeliveries. ^.Sheath Length: There is no upperlimit pn sheath length. The minimumpractica! length is 2 inches.Curve: European (E): c¿ = 0.00385ohms/ohm/°CAmerican (A): a = 0.00392ohms/ohm/°C
Lead Configurationsof RTD ProbesSTYLE1 BUCK '>;
RED
ELEMENT ;v
Lead configuration 1 provides one connection'ío each end of the sensor. This construction ¿':suitable where the resistanoe of the run of flead wire may be considerad as an additivs \t in the oircuit, and particularly where v
the changes in lead resistanoe due to ¿.ambient temperature changes may be ignorad.;:
STYLE 2 (STANDARD) BLACKj;
BLACK't i
RED
ELEMENT . '||Lead configuration 2 provides one connectionfto one end and two to the other end of the 8&sensor. Connected tp an instrument designedj1to accept three wire inpui, oompensation ¡s -J?,achieved for lead resistance and temperature^.'change in lead resistance. This is the most *$.commonly used configuration. W
STYLE 3 BLACKgl
RED .1
RED -9,
ELEMENT --'ILead configuration 3 provides two ^connections to each end of the sensor. This»cpnstruction ¡s used for measurements of thejhighest precisión. IS
STYLE 4 BLACKff
ELEMENT RED fí
BLACKí
LEAD RESISTANCE LOOPLead configuration 4 ¡s similar to Lead
. Configuration 3 excepi ihat a sepárate pairwires is proyided as a loop to providecompensaron for lead resistance andambient temperature changes in lead . .resistance.
accuracy over a wide tempera-ínre range ¡s a crucial factor ¡n ¡ndus-:, QMEGA's Platinum Resistan ce
Ij^rrnorneters (RTDs) are unequalledn performance.. Stability over long
-neriods.of contiriued use makes[hern unmatched for reliability. Preci-sión material and workmanship makethem highly interchangeable for easyreplacernent v/ithout calibration.
A resistance temperature detectoroperates on the principie of change
¿ri electrical resistance ¡n wire as aÜinction of temperature.
p|ement or Probé?X common source of confusión is thedistinction between an element and aprobé.Tne--£ jmentAn element is the actual temperaturesensing unit. OMEGA features twostyles of elements, wire wound andthinfi lm.
PLATINUM RES1STANCE ELEMENTSALLOWABLE DEV1AT10N FROM CALIBRATION VALÚES
Temperatura- - °C
-200-100
0100200300
°F
-328-148
32212392572
Ohms
±0.56+0.32±0.12±0.30±0.48±0.64
DeviationDegrees
°C
±1.3±0.8±0.3±0.8±1.3±1.8
°F
±2.34±1.44±054±1.44±2.34±3.24
Temperatura°C
400500600700800850
°F
7529321112
129214721562
Ohms
±0.79±0.93±1.06±1.17±1.28±1.34
DeviaíionDegrees
°C
±2.3±2.8±3.3±3.8±4.3±4.6
.op--.-.
±4.14±5.04+5.94±6.84±7.74±8.28
Wire Wound: The standard RTDelements used in OMEGA's probéassemblies are made of 99.99% puréplatinum wire wound about a ceramic''or glass core and hermetically sealedwithin a ceramic or glass capsule.Platinum wire was chosen as it bestmeets the needs of precisión ther-mometry. It resiste contamination,can be ñlghly refined and ¡s mechan-icaliy and electrically stable. This
" provides for cióse interchangeabilitybetween elemente with negligibledrift and error with age. On specialrequest, OMEGA can make avallableRTD elements made with other wirematerials.Elements are available conforming tothe following two curves:
European (E) a -: 0.00385 ohms/ohm/ °CAmerican (A) a =: 0.00392 ohms/ohm/ °C
Standard OMEGA elements conformto the European (E) curve. Specifyan "A" suffix instead of "E" if theAmerican curve ¡s desired on yourorder. The calibration of all "E"elements meets 0.1% DIN standard
tolerance and conforms to the DIN43 760 Standard, shown ¡n the table.See curves on page Z-164 in theTechnical section.•Wire Wound EíemeníParí NumbersExample: 2 Pt 100 G 30 502 —2windings (double resistance
element)Pt —Platinum wire
100—Resisíance in ohms at 32°FG —Glass Core30 —Length of element in mm50 —This valué divided by 10 gives
element diameter in mm
Thin Film: Made by platinum beingdeposited as a film on a substrateandthen encapsulated. This method'allows for the production of small,fast response, accurate sensors.Thin Film elements conform to theEuropean curve/DIN 43 760 stan-dards and the 0.1% DIN standardtolerance.
Recommended temperature application ranges—Platinum RTDs
Series Construction. '— — L
. K Ceramic
— Geramic in-vibration ~resistant form
^n Ceramic for temperaturasup to 600°C
G - Glass -
4-r- - . - . -
1 ^ Glass with glazed coating
^o Miniatura element glass-^^ — with glazed coating - — -- üx Glass v/ith silicone-¡ ^ glazed coating
-220 -SO 350 .:,; 550 .' J50 ' a50 '.,' '-""'•;•'. -'-^C, ' • • -200 ' -100 - - 0 .100 200 .300 400 - , 500 "• - 6 0 0 " 700 '.';-. 800 •'.>.. 900 - , • : ' 1000
g - M-í ti¿i¿32b£££d ^jvf^rtA^ SSS^SE ^3
I E
331- -
C-4
Cast Iron HeadType PR-12This industrial design provides caNB1 type protection head and 30¿inmersión as well as use with íhefitting, and the iength includes Va'
Model No.
I PR-1 2-2-1 00-O-6-E'PR-12-2-100-(*)-9-EPR-1 2-2-1 OO-n-12-EPR-1 2-2-1 00-(*)-18-EPR-1 2-2-1 00-(*)-24-E
LeadTypet
2
2
2
2
2
stiron ruggedness at a low cost. UtSS sheath, the PR-12 ¡s capable c-mowells. I he PR-12 has a Vz" NFfor threads.
OhmsatO°C
100100
100
100
100
SheathLength
6"
9"
12"
18"
24"
1/4" O.D.Price
$90
90
90
90
99
sing an 5>f direct yT pipe i
Vs" ¿
Price-,;
$94 '94 '
9497
100
1i1 -
* specify probé diameter, Vs or 1/4 inch•\3-wirs lead configuration; see paga C-9
See Page E-7 for .additional protection heads, '•.
Miniature Alurninum Head |Type PR-14 ]An industrial probé fitted with a miniature lightweight NB2 type corrosión |resistant protection head. This probé can be inserted into thermowells, or uselin direct immersion. The PR-14 has a Vz" NPT pipe fitíing, and the Iength |;includes Vz" for íhreads, jt
Model No.
PR-1 4-2-1 00-O-6-EPR-1 4-2-1 00-(*)-9-EPR-14-2-100-(*)-12-EPR-14-2-100-(*)-18-EPR-1 4-2-1 00-O-24-E
LeadTypet
2
2
2
2
2
OhmsatO°C
100
100
100
100
100
SheathLength
6"9"
12"
18"
24"
1Á" O.D.Price
$9090
90
93
99
V," %Pnce '|
$94 í94 í
. 9 4 í97 f
100 ¿specify probé diameter, Y¡ or W Inch
^3-v/ire lead configuratíon; see page C-9
Terminal Block ProbéType PR-15
See page B-7foríJadditional protection headsT'<
agjgisiAg'gje
The large terminal block termination of PR-15 is fittedwith large pan head screw for easy termination.Capable of direct immersion, the PR-15 can be easilymounted into fixíures, pipes, and other ducts, usingOMEGALOK® compression fittings.
Modei No.
PR-1 5-2-1 00-(*)-6-EPR-1 5-2-1 00-(*)-9-EPR-1 5-2-1 00-(*)-12-EPR-1 5-2-1 00-(*)-18-EPR-1 5-2-1 00-(*)-24-E'
LeadType
22
L 2
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E 1137
TABLE 1 Classification TolerancesAS
Temperature, í,°C
-200-100
0100200300400500600 . ' . • . ' .650 '
Grade A
°C. 0.47
0.300.130.30 . •0.470.640.810.981.151.24
00.200.120.050.11 •/ .0.17 .0.230.280.330.370.40
°C•1;10.670.25
. 0.671.11.51.92.42.83.0
Grade B
ü~ 0.47
0.270.100.25
. 0.400.530.660.78o:s80.94
A The table represents valúes for 3-wlre and 4-w¡re PRT's. Caution must beexercised with 2-wire PRT's because of possible errors caused by connectingwires.
B Tabulated valúes are based oivelements of 100.0 Q (nominal) át 0°C.
NOTE!EXTENSIÓN CABLE AND CABLEEND CLOSURE NEED NOTWITHSTANO MÁXIMUM PRTOPERATING TEMPERATURE
EXTENSIÓN LENGTH
F1G. 1 • Platinum Resistance Thermometer
6.1.5 Máximum temperature at cable end closure,6.1.6 Connection confíguration; 2-Wire, 3-Wire, 4-Wire
(potentiometric), and compensating loop (4-Wire) (see Fig.2),
6.1.7 Tolerance, (Grade A, or Grade B), and6.1.8 Nominal resistance at 0°C (100 Q, .unless otherwise
specified). ' -
7. Materials and Manufacture .7.1 All materials used shall be in accordance with the
following requirements:7.1.1 Sheath Materials — For temperatures not exceeding
48Ü°C, austenitic stainless steel tubing, conforming to Speci-fication A 26.9. For temperatures not exceeding 650°C,bigh-nickel alloy tubing, conforming to Specification B 167.
7.1.2 Sensing Element — Sensing element shall be plat-inum. ;
7. 1 .3 Insulation — The insulating material within the PRTsheath shall be compatible with the operating temperature ofthe PRT being purchased.
7,1.4 Cable End Potting Materials — Potting materialsshall provide a barrier against water and other liquids andgenerally prevent the penetration of water vapor. Anypotting material used shall be compatible with the ambient
TABLE 2 Vibration Test Parameters
NOTE-— .The valúes in Table 2 apply to a PRT mounted ¡n a thermowell withnominal clearanoe of less than 0.25 mm (0.01 in.) ¡n diameter. If the PRT ¡s notmounted ¡na thermowell, the valúes in Table, 2 apply to a PRT with anunsupported stem length less than 102 mm (4 ¡n.). •
Frequency 'Test Level
Resonant Dwell TiméCycling Time
Mounting
5 to 500 Hz ' '1.27-mm (0.05-¡n.) double amplitude displacement or
,., peak g-level of 3, whichever is less30 min for each resonant point .3 h per. axis less the time spent at resonant dwells at
the axis.As normally mounted including the mating thermowell,
rf applicáble.
temperatures specified for the application. " -
NOTE 1—Typically, epoxy materials aré used for ambient tempera-tures less than 200°C and moisture impervious ceramic adhesives areused over 20Ó°C, but the cable end potting shall not be limited to thesematerials if the end seal meets all other requirements of this specifíca-tion. ' . . ' . : ' . '. • '"• :•• ' • . •' ,
' 7.1.5 Connecting Wires—Typically, • materials of con-necting wires are: nickel plated copper, nickel, platinum,constantan, or manganin.'Any material used in joining theconnecting wires to the PRT element must withstand themáximum operating temperature of the PRT.
8. Other Requirements8.1 Pressure—The PRT shall withstand an externa! pres-
sure of 21 MPa (3000 psig) and shall be tested in accordancewith Test Methods E 644 pressure test.. The PRT shallremain within the tolerance.specified in 5.1.
8.2 Vibration: < . . ••8.2.1 The PRT shall withstand vibration testing as de-
scribed in Test Methods E 644 using the test in Table 2.8.2.2 The PRT shall be mounted by installation in the
thermowell or by threaded connection to simúlate normalmounting procedure as limited .by Table 2.
8.2.3 The PRT shall be continuously energized with anoscüloscope-monitored 1.0-mA de excitation. There shall beno discontinuity of the monitored trace during the test.
8.2.4 After the PRT is tested for vibration the insulationresistance of the PRT shall remain within the to-lerance ofTable 3 and the resistance at 0°C within the 'tolerancespecified in 5.1.
8.3 Mechanical Shock: ' '8.3.1' The PRT shall" withstand mechanical shock testing
as described in Test Methods E 644. The half-sine pulse shallhave a peak g-level of 50 and duration of 11 ms.
8.3.2 The PRT shall be continuously energized with anoscüloscope-monitored 1.0-mA de excitation. There shaü beno discontinuity of the monitored trace during the test.
8.3.3 After the PRT is tested for mechanical shock theinsulation resistance of the PRT shall remain with thetolerance of Table 3 and the resistance at 0°C within thetolerance'in 5.1. • :
VYH1TE
cRED
A
RED WHITE
D.
WHITE
2 WIRE 3 WIRE . 4 WIRE POTENTIOMETRIC
FIG. 2 Connection Configurations
E
••BUJE
F A ..
BLUE RED' WHITE
COMPENSATING LOOP
.414
1137TABLE 4 Continued
ITS-90 °C
350360370-380390
400410420430440
450- 460
470480
' 490
, 500! 510
520I 530• 540
550560570580590
¡ 600610620630640
650
0
229.72233.21236.70240.18243.64
247.09250.53253.96257.38260.78
264.18267.56270.93274.29277.64
280.98284,30287.62290.92294.21
•297.49300.75304.01307.25310.49
313.71316.92320.12323.30326.48
329.64
1
230.07233.56237.05240.52243,99
247.44250.88254.30 '257.72261.12
264.52267.90271 .27274,63277.98
281 .31284.63287.95291.25294.54
297.81301.08304.34307.58 .310.81
314.03317.24320.43323.62326.79
2
230.42233.91
. 237.40240.87244.33
247.78251.22254.65258.06261.46
264.86268.24271.61274.96278.31
281.64284.97288.28291.58294.86
298.14301.41304.66307.90311.13
314.35317.56320.75323.94327.11
3
230.77234.26237.74241.22244.68
248.13251.56254.99258.40261.80
265.20268.57271.94275.30278.64
281.98285.30288.61291.91295.19
298.47301.73304.98308.23311.45
314.67317.88321.07324.26327.43
4
231.12234.61238.09241.56245.02
. 248.47251.91255.33258,74262.14
265.53268.91272.28275.63278.98
282.31285.63288.94292.24'295.52
298.80302.06305.31308.55311.78
314.99318.20321.39
• 324.57327.74
5
231.47234.96238.44241.91245.37
248.81252.25255.67259.08262.48
265.87269.25272.61275.97279.31
282.64285.96289.27292.56295.85
299.12302.38305.63308.87312.10
315.31318.52321.71324.89328.06
6
231.82235.31238.79242.26245.71
249.16252.59256.01259.42262.82
266.21269.59272.95276.30279.64
282.97286.29289.60292,89296/18
299.45302.71305.96309.20312.42
315.64318,84322.03325.21328.38
7 ,
232.17235.66239.13242.60246.06
249.50252.93256.35259.76263.16
266.55269.92273.29276.64279.98
283.31286.62289.93293:22296.50
299.78303.03306.28309.52
- 312.74
315.96319.16322.35325.53328.69
8
232.52236.00239.48 '242.95'246.40
249.85253.28256.70260.10263.50
266.89270.26273.62276.97280.31
283.64286.95290.26293.55296.83
300.10303.36306.61309.84313.06
316.28319.48322.67325.84329.01
9
232.87236.35239.83243.29246.75
250.19253.62257.04260.44263.84
267.22270.60273.96277.31280.64
283.97287.29290.59293.88297.16
300,43303.69306.93310.16313.39
316.60319.80322.98326.16329.32
10
233.21236.70240.18243.64247.09
250.53253.96257.38260,78264.18
267.56270.93274.29277.64 '280.98
284.30287.62290,92294.21297.49
300.75304.01307.25310.49313.71
316.92320.12323.30326.48329.64
^Thls table ¡s based on the equations of 9.2.1 and fi0 of 100 ü. For PRT's with R0 valúes other than 100 n, the resistance-temperature characteristics can becalcúlated using the equations of 9.2.1 or by multiplyíng the tabulated valúes of resistance by the ratio ñ0/100.
B Temperatura ¡s expressed ¡n degrees Celsius (ITS-90). To determine the temperatura corresponding to a tabulated valué of resistance, first lócate the decadetemperatura left of the resistance valué. To thls temperatura, add the temperatura increment located above the resistance valué. For example, the resistance valúes of84.67, 187.56, and 253.96 O correspond to temperatures of —39, 232, and 420°C respectively.
reactance effects shall be considered.9.1.2 The PRT shall be capable of operating -with contin-
uous excitation of 10 mA. However, .excitation of 1 mA orless is recommended to minimize measurement errors asso-ciated with self-heating (see 9.4).
9.2 Resistance versus Temperature Relation:9.2.1 Resistance-Temperature Equations—Within the
specified tolerances (see 5.1), the PRT shall have resistance-temperature characteristics defíned as follows:for therange -200 °C < t < 0°C:
Rt = R0[l + At + Bt2 + C(t - 100)/3] QRt = R0[l+Át + Bt2
for the range O °C < t < 650°C:Sí2-] Q
(3)
(4)R, = R0[l +Aiwhere:t = temperature (ITS-90), °C,Rt = resistance at temperature (£),R0 = resistance at 0°Q•A = 3.9083 X IQ-^Cr1,B = -5.775 X 10-7°C2, andC = -4.183 X 10-12°C-4.
9.2.2 Resistance Table— Resistance valúes of the PRTversus temperature using the equations of 9.2.1 and R0 of100 Q are given in Table 4.
NOTE 2 — The resistance versus temperature relatíonship for a spe-cific thermometer may be computed frorn measured resistance of thatspeoific thermometer.
9.3 Insulation Resistance—The insulation resistance be-tween each connecting wire and the sheath shall meet therequirements of Table 3 when tested in accordance with TestMethods E 644. The PRT shall be tested with at least themínimum immersion length exposed to the temperatureenvironment.' ' •
9.4 Self-Heating—A power of at least 33 mW shall berequired to produce a self-heating of 1°C when the PRT istested in water in accordance with Test Methods E 644.
9.5 Thermal Response Time—The 63.2 % response timeshall not exceed the valúes in Table 5 when determined inaccordance with Test Methods E 644. The step -change intemperature shall be from 20 ± 5°C air to 77 ± 5°C waterflowing at 0.9 ± 0.09 m/s (3.0 ± 0.3 ft/s).
9.6 Thermoelectric Effect—Wire connections between thePRT sensing element, inner connecting wires, and externalconnecting wires can genérate small voltages when theseconnection points are exposed to different temperatures.This thermoelectric voltage can add or subtract from thevoltage measured across a PRT and cause an unknown
TABLE 5 Thermal Response Time
Sheath Outside Diameter
¡n. mm0.125 3.20.250 6.4
63.2 % Step ResponseTime
s38
416
E 1137
variable error in measurement When tested in accordancewith Test Methods E 644, the PRT shall remain within thetolerances specified in 5.1 with an excitation of 1-mA de,regardless of polarity.
9.7 Stability—WÍien .tested in accordance with Test; Methods E 644, the PRT shall remain within the tolerances, specified in 5.1 for a four-week test. During this test, the* resistance at 0°C shall be checked at regular intervals (2 times'per week). . ' '
9.8 Mínimum- Immersion Length—When determined inaccordance with Test Methods E 644, the PRT minimum
' immersion length shall be less than 51 mm (2 in.). The limit' of uncertainty shall be 0.1'3°C and 0.25"C for Grade A andGrade B PRT's respectively.
! 10. Dimensions, Mass, and Permíssible Variations10.1 A PRT without a process fitting or other means of
attachment is shown in Fig. 1.10.2 PRT's manufacturad in accordance with this specifi-
I ;cation shall be able to pass through the straightness ring gage[ with the gage sizes listed in Table 6.
i 11. Required Tests11.1 Qualification Tests—The PRT shall be subjected to
the tests outrmed in Table 7 to demónstrate conformance to'frás specification. The manufacturer shall perform these testsat least one time to qualify the PRT design. Thereafter, it isrecommended these tests be used on a periodic basis to verify.process control.
11.1.1 Qualification Test Report—The manufacturer shallprepare and retain a qualification test report applicable to thePRT design that documents the model number, test proce-
TABLE 6 Dimensions and Tolerances
TABLE 7 Required Tests
i:
í
Sheath Sizes
Díameter
in.
0.1250.250
mm
3.186.35
Tolerance
±in.
0.0040.004
± mm
0.10.1
Straightness Ring Cage
Length
¡n.
1.32.5
mm
3364
Inside Diameter
in.
0.1310.256
mm
3.336.50
ITest
Insulation ResístanosResistance versus TemperatureMinimum Immersion Length .PressureThermal Response TimeVibrationSelf-HeatingStabilityThermoelectric EffectMechanical ShockDimensional
Test MethodsE 644, Sectibn
56 '• •
• • 789
1012131411N/A
Acoeptanoe Criteria,Specification
E 1137, Paragraph
9.3929.88.19.58.29.49.79.68.3
10.2
dure (by reference to Test Methods E 644 and this specifica-tion), and the results obtained.
11.2 Ácceptance Tests—The manufacturer shall verifythat the PRT ío be delivered satisfies the following minimumtest requirements: resistance at 0°C (see 5.1), room tempera-ture insulation resistance (see 9.3), and dimensions (see10.2).
NOTE 3—The purchaser may perform any of the tests included inTable 7 as a basis for acceptance or rejectíon.
12. Declaratíon of Conformity12.1 The manufacturer shall provide a document to the
purchaser that states the. PRT satisfies the requirements ofthis specification.
13. Product Marking13.1 Each PRT shall carry a permanent marking that
identifies the producer, grade, serial number, and this ASTMdesignation.
14. Packaging14.1 Each PRT shall be packaged to adequately protect it
against handling shock and vibration in transportation andstorage.
15. Keywords15.1 ITS-90; metal sheath; platinum resistance thermom-
eter; PRT
The American Society for Testing and Materials takes no position respecting the vali'dtty of anypatent ríghts asserted in connscthnwith any Ítem mentloned in this standard. Users of this standard are express/y advised that determinaron of the valldity of any suchpatent rlghts, and the risk of infríngement of such ríghts, are entírely their own responslbility,
This standard is subject to revisión at any time by the responsible technical commíttee and must be reviewed every five years and'rfnot revised, either reapproved or withdrawn. Your comments are invited either for revisión of this standard or for addítional standardsand should be addressed to ASTM Headquarters. Your comments wlll rece/Ve careful consideraron at a meeting of the responsibletechnical committee, which you may attend. If you feel that your comments have not received a fair hearing you should make yourvlews known to the ASTM Committee qn Standards, 1916 Race St., Philadelphia, PA 19103.
417
Designation: E 344 - 79 An American National Standard
LTrap
respecting the validity of any patera ríghts asserted intare expressly advised that deierminationofthe validity:mirely their own responsibilüy.
nical comminee and must be reviewed1 éyery five yearsitedeüherfor revisión ofthis standard orfor additionalncs will receive careful consideratian ai a meeting ofthe•r comments have not receivedafair hearing you should~.e Si.. Phüadelphia, Pa. 19103. '
Standard Definítions of Terms Relating toTEMPERATURE MEASUREMENT1
This standard is issued under the fbted designation E 344; the number immediately following the designation indicates thevear of original adoption or, in the case of revisión, the year of last revisión. A number in parentheses indicates the year of lastreapproval. A superscript epsilon (e) indicates an editorial change since the last revisión or reapproval.
calíbrate, v — to determine the indication oroutput of a measuring device with respect tothat of a standard.
:alibration point, n — a specific valué, estab-lished by a standard, at which the indicationor output of a measuring device is deter-mined.
Celsius, n — the designation of the degree onthe International Practical TemperatureScale".,Also used for the ñame of the Scale,as "Celsius temperature scale". Formerly(prior to 1948) called "Centigrade."
centigrade, n — the designation ofthe degree onthe International Temperature Scale prior to1948. (See Celsius.)
complete immersion thennometer, n — a liquid-in-glass thermometer designed to indícatetemperaturas correctly when the entire ther-mometer is exposed to the temperature beingmeasured. (Compare total immersion ther-mometer.)
defining fixed points, n— the reproducible tem-peratures upon which the International Prac-tical Temperature Scale is based.
electromotive forcé (emf ), n — -the eléctrica! po-tential difference which produces or tends toproduce an electric current.
Fahrenheit, n — the designation of the degreeand the temperature scale used commonly Ih 'public ufe and engineering circles úi English-speaking countries. Related to the Interna-tional Practical Temperature Scale by meansof the equation:
fixed point, n — a reproducible temperature ofequilibrium between different phases of amaterial. (See defining fixed points and sec-ondary reference points.)
freezing point, n—the fixed point between thesolid and liquid phases of a material whenapproached from the liquid phase under apressure of 1 standard atm (101325 N/m2).For a puré material this is also the meltingpoint.
ice point, n—the fixed point between ice andair-saturated water under a pressure of 1standard atm (101325 N/m2). This tempera-ture is 0°C on the International PracticalTemperature Scale.
International Practical Temperature Scale(IPTS-48), n—-the temperature scale adoptedby the llth General Conference on Weightsand Measures in 1960. Replaced in 1968 bythe International Practical TemperatureScale of 1968.
International Practical Temperature Scale of1968 (IPTS-68), «-the temperature scale,which by adoption by the 13th General Con-ference on Weights and Measures in 1968 isdefined in terms of fixed and reproducibleequilibrium temperatures (defining fixedpoints) to which numerical valúes have beenassigned, and equations establishing the re-lation between temperature and the indica-tions of sensing instruments cah'brated bymeans of the valúes assigned to the definingfixed points.
kelvin, n-—the designaíion of -the thermody-namic temperature scale and the degree onthis scale. This kelvin scale was defined bythe Tenth General Conference on Weightsand Measures in 1954 by assigning the tem-
1 These definitions are under the jurisdiction of ASTMCommittee E-20 on Temperature Measurement.
Current edition approved May 15, 1979. Published Julj1979. Originally published as E 344 - 68. Last previous edi-tion E 344-74.
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perature of 273.16 K to trie triple point ofwater. Also the degree on the InternationalPractical Kelvin Temperature Scale.
liquid-in-glass thermometer, n—a temperature-measuriag instrument whose indications arebased on the temperature coefñcient of ex-pansión of a liquid relative to that of itscontaining glass bulb.
lower range valué, n—the lowest quantity thatan instrument is adjusted to measure.
measuring junction, n-that junction of a ther-mocouple which is subjected to the temper-ature to be measured.
melting point, n—the fixed point between thesolid and liquid phases of a material whenapproached from the solid phase under apressure of 1 standard atm (101325 N/nr).For a puré material this is also the freezingpoint.
partial ¡inmersión thermometer, n—a liquid-in-glass thermometer designad to indícate tem-peratures correctly when the bulb and a spec-iñed part of the stem are exposed to thetemperature being measured.
Peltier coeñicient, n—the reversible heat whichis absorbed or evolved at a thermocouplejunction when unit current passes in unittime. Synonymous with Peltier emf.
Peltier emf, n—synonymous with Peltier coef-ficient.
platinum 27, n—the platinum standard towhich the National Bureau of Standards re-ferred thermoelectric measurements prior to1973.
platinum 67, n—the platinum standard used bythe National Bureau of Standards after 1972as the reference to which thermoelectric mea-surements are referred.
primary standard resístance thermometer, n—a resistance thermometer that has had itstemperature-resistance relationship deter-mined in accordance with methods describedin the text establishing the InternationalPractical Temperature Scale.
primary standard thermocouple, n-—a thermo-couple that has had its temperature-emf re-lationship determined in accordance withmethods described in the text establishingthe International Practical TemperatureScale.
range, n—-the región between the limits withinwhich a quantity is measured. It is expressed
E 344
by stating the lower and upper range-valúes.reference junction, n—that junction of a ther-
mocouple which is at a known temperature.secondary reference points, n—reproducible
temperatures (other than the defining fixedpoints) usted in the text establishing the In-ternational Practical Temperature Scale asbeing úseful for calibration purposes.
secondary standard thermocouple, n—a ther-mocouple that has had its temperature-emf"relationship determined by reference to aprimary standard of temperature.
Seebeck coefficient, n—the rate of change ofthermal emf with temperature at a giventemperature. Normally expressed as emf perunit of temperature. Synonymous with ther-moelectric power.
Seebeck emf, n—the net emf set up in a ther-mocouple under condition of zero current. Itrepresents the algébrale sum of the Peltierand Thomson emf. Synonymous with ther-mal emf.
span, n—-the algébrale difference between theupper and lower range-values.
thermal electromotive forcé (thermal emf), n-—the net emf set up in a thermocouple underconditions of zero current. Synonymous withSeebeck emf.
thermocouple, n—two dissimilar thermoele-ments so joined as to produce a thermal emfwhen the junctions are at different tempera-tures.
thermocouple, Type E, B, J, K, R, S, or T, n—a thermocouple having an emf-temperaturerelationship corresponding to the appropri-ate letter-designated table in ASTM Stan-dard E 230, Temperature ElectromotiveForcé (EMF) Tables for Thermocouples,2within the limits of error specified in thatStandard.
thermoelectric power, n—the rate of change ofthermal emf with temperature at a giventemperature. Synonymous with Seebeckcoefficient. Normally expressed as emf perunit of temperature.
thermopile, n—a number of thermocouplesconnected La series, arranged so that altér-nate junctions are at the reference tempera-ture and at the measured temperature, toLacrease the output for a given temperature
-Annual Book of ASTM Standards, Vol 14.01.
432
Y steting the lower and upper range-values.reSe junction, n—that junction of a ther-ocouple which is at a known temperature.odary reference points, «—reproduciblemperatures (other than the defining fíxedlints) usted in the text establishing the In-mational Practica! Temperature Scale asing useful for calibration purposes.adary standard thermocouple, n—-a ther-xouple that has had its temperature-emflationship determined by reference to aimary standard of temperature.eck coefficient, n—the rate of change ofymal emf with temperature at a givennperature, Normally expressed as emf perit or' temperature. Synonymous with ther-
:c power.emf, n—the net emf set up in a ther-
icouple under condition of zero current. Itiresents the algébrale sum of the Peltieri Thomson emf. Synonymous with ther-i emf.n— the algébrale difference between the)er and lower range-values.al electromotive forcé (thermal emf), n—net emf set up in a thermocouple underditions of zero current. Synonymous withbeck emf.ocouple, n—two dissimilar thermoele-us so joined as to produce a thermal emf:n the junctions are at different tempera-s.ícouple, Type E, B, J, K, R, S, or T, n—ej^iocouple having an emf-temperaturelionship corresponding to the appropri-letter-designated table in ASTM Stan-l E 230, Temperature Electromotive:e (EMF) Tables for Thermocouples,2in the limits of error specifíed in thatdard.electric power, n—-the rate of change ofnal emf with temperature at a given«rature. Synonymous with Seebeckícient. Normally expressed as emf perof temperature.pile, n—a number of thermocouplesscted in series, arranged so that alter-¡unctions are at the reference tempera-and at the measured temperature, toise the output for a given temperature
tÍBook ofASTM Standares, Yol 14.01.
difference between reference and measuringjunctions.
Thomson coefficient, n—the rate at which heatis absorbed or evolved reversibly in a ther-moelement per unit temperature differenceper unit current.
Thomson emf, n—the product of the Thomsoncoefficient and the temperature differenceacross a thermoelement.
total immersion thermometer, n—a liquid-in-glass thermometer designed to indícate tem-peratures correctly when just that portion ofthe thermometer containing the liquid is ex-posed to the temperature being measured.(Compare complete immersion thermome-
E344 - ' : ' " - • " ' • ' "" • ' • • •-''"'
ter).triple point (water), n—the temperature of
equilibrium between ice, water, and watervapor. This temperature is 4-0.01 C on the
• International Practical Temperature Scale.upper range-value, n—the highest quantity that
an instrument is adjusted to measure.verificatíon (liquid-in-glass thermometer), n—
the process of testing a thermometer for com-pliance with specifícations.
verifícation temperatures (liquid-in-glass ther-mometer), n—the specifíed temperatures atwhich thermometers are tested for compli-ance with scale error limits.
This standard is subject ¡o revisión at any time by the responsible technical commiltee and must be reviewed sveryjive years.;/!£/ ifnot revised, either reappro vedar wiíhdrawn. Your comments are invited either for revisión ofthis standard or for addiíional¡tandards and should be addressedto ASTM Headquaríers. Your commems willreceive careful considerationat a meeting of theresponsible technical committee, whichyou may attend. Ifyoufeel thatyour comments have not received afair hearingyou shouldntake your views known to the ASTM Committee on Standards, 1916 Race St., Philadelphia, Pa. 19103.
433
r- OOT "»•*'c. 627 • .-
cluding downtime.||J 8.2.4 Cost of software maintenance, inchid-
ing debug time.18.2.5 Cost of failures, tabulated by each
type of failure, mean time between each typeof failure, and cost of each type.
18.2.6 Beneñts to be achieved from othertypes of preventative maintenance.
19. Presentation of Test Resalís (A, B,.Ct.R) ¡(see Guidelíhes E 626)
19.1 Document describing the evaluationprocedure.
19.2 Analysis, for future planning, of possi-ble extended system capabilities.
19.3 Cost/benefit analysis reflecting actuai¡xperience.
4Í3TE 5—In some cases, the vender may be pro-rided wiih the final report on the evaluation of theystem.
fe*-Designation: E 644 - 78 An American National Standard
Standard Methods for TestingINDUSTRIAL RESISTANCE THERMOMETERS1
Category of Personnel (see Section 3)
XX X X X X •'•'••' XX X X X X X XX X X X
X X X XX X X X
X X X X X X XX X X X X X XX X X X X
of Computer Documentaron Standard*, Prentice-HalI
ibilíty.
hnical committee and musí be reviewed everyfive yearsvited eitherfor revisión of this standard orfor addüional?ncs will recsive careful consideraron at a meeting oflheíiÉfommenís have not receivedafair hearing you shouldÍ& <!> PI.U~J.l-l.!- T,
ge sinc rreapcroval
tes theyear of last
. Philadelphia, Pa. 19103.
. 1, Scope
1.1 These methods describe the principies,-.•iparatus. and procedures for cal ibrat ion and
¡Oíting of resistance thermometers.¡ 1.2 These methods cover definitions of
terms and tests for insulation resistance, inter-changeability, calibration, ¡mmersion error,pressure effects, thermal response time, vi-hra t ion effect, self-heating effect, stability,and thermoelectric effect.
1.3 This series of tests is not necessarilyiníended ñor recommended to be performedon every thermometer. Not all of the tests are;ippropriate for all types of thermometers.
1.4 The methods, when specified in a pro-curement document, shall govern the methodof testing the resistance thermometer.
1.5 Thermometer performance specifica-tions, acceptance limits, and sampling meth-ods are not covered by this method; and•ihould be specified separately in the procure-ment document.
2. Applícable Documents
2.1 ASTM Standards:E 11 Method for Verification and Calibra-
tion of Liquid-in-Glass Thermometers2
E 230 Temperature-Electromotive Forcé(EMF) Tables for Thermocouples2
E 344 Definitions of Ternas Relating to Tem-perature Measurement2
E 563 Recommended Practice for Prepara-tion and Use of Freezing Point ReferenceBaths2
2.2 Other Documents:2.2.1 "The International Practical Tem-
perature Scale of 196S"3
2.2.2 Platinum Resistance Thermometry,NBS Monograph 1264
2.2.3 Liquid-in-Glass Thermometry, NBSMonograph 1504
3. Significance and Use
3.1 Resistance thermometers are the basefor a substantial fraction of temperaturemeasurements made in science and industry.
4. Terminology
4.1 resistance thermometer —a. tempera-ture-measuring device comprised of a resist-ance thermometer element, ¡nternal connect-ing wires, a protective shell with or withoutmeans for mounting, a connection head, orconnecting wire or other fittings, or both.
4.2 resistance thermometer element —the,temperature-sensitive portion of the ther-mometer composed of resistance wire, film orsemiconductor material, its supporting struc-ture, and means for attaching connectingwires.
4.3 interchangeabUiry — th& extent to whichthe thermometer matches a resistance-tem-perature relationship. (The verification of ¡n-terchangeability can be accomplished only bycalibration. The deviations at the temperaturelimits and the máximum devtation from theestablished resistance-temperature relation-ship shall be specified.)
1 These methods are under the jurisdiction of ASTM Com-mittee E-20 on Temperature Measurement, and are the directresponsibiliiy of Subcommittee E20.03 on Resistance Ther-mometers.
Currentedition approved May 26,1978. Published July 1978.2 Annual Book of ASTM Standards, Yol 14.01.3 Evohtiion ofthe International Practical Temperature Scale
0/1968. ASTM STP 565, Am. Soc. Testíng Mats., 1974.1 Available from National Bureau of Standards, U.S. Depart-
ment of Commerce, Washington, D.C. 20234.
623
E 644
4.4 calibration —th& determination of theresistance-temperature relationship for a spe-cific thermometer. The resistance-tempera-ture .relationship may be specified as the ratioof the resistance of the thermometer at agiven temperature to its resistance at the icepoint as a function of the temperature, orsimply as the resistance of the thermometeras a function of the temperature.
4.5 ¡inmersión error — an error caused byheat conduction or radiation, or both, be-tween the resistance thermometer elementand environment external to the measurementsystem. The error usually can be made negli-gible by suitable ¡mmersion length and ther-mal cornac: of íhe thermomerer with th¿media under measurement.
4.6 self-heating —ti\z increase ¡n the tem-perature of the thermometer element causedby the electric power dissipated in the ele-ment. The magnitude of self-heating is de-pendent upon the thermometer current andheat conduction from the thermometer ele-ment to the surrounding médium.
4.7 self-heating error —the error caused bythe variations from the calibration conditionsin the self-heating of the thermometer ele-ment at a given current. At a given currentand temperature the variations in the self-heating of a thermometer arise from the vari-ations ¡n the heat conduction from the ther-mometer to the surrounding médium.
4.S thermoelectric effect error — t h e errorcaused by a thermal emf in the measurementcircuit. The thermal emf results from junc-tions of dissimilar metáis and temperaturegradients in the circuit.
4.9 connectíng wire error —the error causedby connectíng wire resistance. Although theconnecting wire is part of the measurementcircuit, most of it is not at the temperaturethat is being determined. Thermometers areavailable in two-, three-, and four-wire config-urations. There is no satisfactory way to com-pénsate for the wire resistance in the measure-ment with a two-wire thermometer althoughthe wire resistance can be compensated for inthree and four-wire thermometers.
4.10 bullí gruellent error — t h e error causedby temperature differences in the work áreaof the bath. The bath or temperature equaiiz-ing blocks should be explored to determine
the work áreas in which the temperatar
gradients are insignificant.
PROCEDURES
5. Insulation Resistance Test
5.1 Scope—The insulation resistance bt.tween the thermometer element with its co-..necting wires and its external shield, casemeans formounting, etc., should be sufficíe'— 'to prevent significan! electrical shunt otground loop in the measurement circuit. o-any circuit failure if the excitation sourcegrounded. The most probable factors tha;contribute to insulation failure are contnr-nution. typically from moisture. and mech;.:¡cal breakdown. Test conditions for insulatiupresistance should therefore approximate themost severe conditions of probable use. Theinsulation resistance shall be specified as ihcminimum resistance measured at a specifiectemperature, humidity, and pressure withspecified applied voltage.
5.2 Apparatus:5.2.1 Because the insulation resistance t-
to be measured in conjunction with othertests, the thermometer shali be mounted , > -required for these tests.
5.2.2 Any equipment made for the pur-pose of insulation resistance testing shall hecapable of measuring resistances up to 10"' í!with an accuracy of ± 10 %.
5 .3 Measurement Procedure:5.3.1 Make insulation resistance measure-
ments between the connecting wires and theshield, case, etc., (7) before the thermometeris subjected to the conditions of any concur-ren! test (calibration, pressure, vibration.etc.), (2) during the test, and (3) immediatehafter the thermometer is returned to ambientconditions. All measured valúes of insulationresistance for each test condition shall exceedthe minimum specified valué.
5.3.2 Apply specified voltage between thejoined connecting wires and the thermometersheath or between circuits that should heisolated. Take measurements with normal andreversed polarity, and record the lower read-ing. Take the reading within 10 s of voltageapplication. Since only min imum valúes ofinsulation resistance are of concern, measure-ment accuracv need onlv be sufficient to as-
i
624
E 644
the work áreas m which the tempera,,,gradients are insignificant. nw
PROCEDTJRES
5. Insulaíion Resisfance Test
o.l Scope -The insulation resistance b--veen the thermometer element with its con"necting wires and its external shield cumeans for mounting, etc., should be suff¡c¡eLito prevent significant electrical shunt '0 <
«Tc¡rcUit°LÍ, thef mheaSUrement circu¡t, oí iethods presented do not usually test themy circmt railure if the excitation source ; ' ,..—rr,»t»r „„**,• i-h» aor,,,i ^HÍH^O ~fírounded. The most probable factors t h ' 'wunbute to insulation failure are contarrp'ia t ion, typically from moisture. and mech:a: >reakdown. Te^t condit ions for insnh,','i'
that this mínimum requirement is met.[nsulation measurements made during vibra-¡jon require an indicating device such as an-..dlloscope to detect rapid transient changes:- resistance.
0. Thermometer Caiibration6.1 Scope— This method covers recom-
r.cnded ways of calibrating industrial resist-ance thermometers. Methods common toniost calibrations will be described but the
«BaoS
ondit ions for insu la t i ,:ance should therefore approximate the
t severe conditions of probable use. Theisulatíon resistance shall be specified as thel ín imum resistance measured at a specifieu:mperature, humidity, and pressure with ajecified applied voltage.5.2 Apparatus:5.2.1 Because the insulation resistance isbe measured in conjunction with other
sts, the thermometer shall be mounted a-quired for these tests.5.2.2 Any equipment made for the pur- ,se of insulation resistance testing shall hesable of measuring resistances up to 10"' íl;h an accuracy of ± 10 %.>.3 Measurement Procedure:¡.3.1 Make insulation resistance measure- ;n^between the connecting wires and theild", case, etc., (7) before the thermometerubjected to the conditions of any concur-t test (calibration, pressure, vibration.), (2) during the test, and (J) immediatelyr the thermometer is returned to ambient .ditions. All measured valúes of insulation;tance for each test condition shall exceed .mín imum specífied valué.3.2 Apply specified voltage between the;d connecting wires and the thermometerth or between circuits that should beted. Take measurements with normal and•sed polarity. and record the lower read-Take the reading within 10 s of voltagecat ión. Since only mínimum valúes of 'ition resistance are of concern, measure-.;|pcuracy need only be sufficient to as-
thermometer under the actual conditions of^c. The heat transfer conditions can vary..i:dely. depending upon the médium, immer-
icr.gth. rr.te of fltuv of the méd ium, etc.;.j>j and other conditions should be cure-
:t i l lv evaluated before installing a thermome-:er for calibration or for temperature mea-surement. A resistance thermometer can becalibrated by using the comparison method,^r the fixed-point method, or both.
6.2 Calibration Methods:6.2.1 The comparison method consists of
mensuring the resistance of the test thermom-j te r in an ¡sothermal médium, the tempera-:ure of which ¡s determined simultaneously by.: calibrated reference thermometer. The ref-erence thermometer and auxiliary equipmentused will depend upon the temperature. the.iccuracy required, or other considerations.The reference thermometer may be a ther-mocouple, a liquid-in-glass thermometer, aresistance thermometer, or another thermom-eter of sufficient accuracy that has been cali-brated by an approved method. The isother-nnil médium may be provided by a constant-temperature bath (5.3.4.2).
6.2.2 The fixed-point method consists ofmeasuring the resistance of the thermometerat the temperature defined by the equilibriumstate between different phases of a puré sub-stance or a mixture of puré substances. Eachfixed point provides a calibration of the testthermometer at only one temperature definedby suitable equilibrium phases. The tempera-ture is an intrinsic property of a properly••pecified equilibrium state of a substance,•>uch as the freezing point at 1 atm.
6.3 Apparatus and Procedure:6.3.1 Fixed-Point Buths:6.3.1.1 Ice-Point Bath—The most widely
E 644
used and simplest fixed point is the ice bath.The ice point (0°C) may be realized with anerror of less than 0.01 K. This requires only awide-mouth Dewar flask, distilled water,commercial ice. and an ice shaver. The bathshould nave enough water to provide goodthermal contact with the thermometers, butnot so much as to float the ice. The flask mustbe at least 1 in. (25 mm) (but preferably twoor more inches (over 51 mm)) deeper thanthe depth of immersion required for the testthermometer. Ice made from distilled water ispreferred. (See Recommended Practice E 563for preparation of ice bath.) Before insertingthe thermometer into the ice bath, work aolean glass rod of the same Jii;r.ie:er u., :h¿test thermometer down through the center ofthe ¡ce bath to the necessary immersion depth.Remove the glass rod and insert carefully theclean stem (rinsed with tap water) of thethermometer. Then measure the resistance ofthe thermometer when temperature equilib-rium is reached.
6.3.1.2 Freezing-Point Standards — ln ad-ditíon to the ice-point bath, the freezing-pointtemperature of various puré substances canbe used as fixed points. The puré metal freez-ing points are most commonly employed. Thefreezing points of other types of substances,such as benzoic acid or bromobenzene, arealso useful as thermometric fixed points. Fig-ures 1 and 2 show a typical metal freezingpoint cell and furnace, respectively. To use afreezing-point standard, maintain the temper-ature of the furnace containing the cell slightlyabove the melting point of the metal; whencompletely melted lower the furnace temper-ature to a temperature below the freezingpoint. With a thermometer inserted in thecell, read the temperature of the cooling metalas a function of time. Take the halt, orplateau, as shown in Fig. 3, as the resistanceof the thermometer at the freezing point ofthe metal. The absence of a clearly definedplateau in the temperature-time measure-ments of the freezing-point standard indicatesthat the metal is contaminated, the conduc-tion loss is excessive, or the technique ¡s poor.For the freezing or melting point cells to besuitable for thermometer caiibration, makesure that the thermometer well does not con-tact the bottom of the crucible but is suffi-
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E-644
ciently immersed in the metal so that conduc-tion losses along the thermometer would benegligible. A closely fitting graphite or glasssleeve between the thermometer well and thethermometer sheath can improve the "ther-mometer immersion." Also, the graphite heatshunts (see Fig. 1) help temper the thermom-eter sheath and, therefore, increase the im-mersed length of the thermometer. Conduc-tioirloss is a problem with large and bulkyindustrial-type thermometers and very oftenthey cannot be accommodated in the freezing-point standards of usual dimensions. Withthese thermometers the comparison calibra-tion method using a temperature equalizingblock would be more practica!.
6.3.2 Fluid Bullís — Control the tempera-ture of fluid baths by adjusting the amount ofheating or cooling while agitating the bathfluid. Determine the amount of heating orcooling by the indication, relative to the de-sired bath temperature, of a sensitive ther-mometer in the bath. Table 1 lists.some of thecommon bath media and their useful range ofoperating temperatures. The bath médium, tobe suitable, must be chemically stable at theoperating temperatures and be inert to thebath container and the thermometer material.The bath temperature must be stable withtime and uniform over the vvorking space atthe operating temperatures. To test the stabil-ity of the bath, inserí a ret'erence thermometerinto the working región of the bath and recordthe temperature as a function of time. Thevariations of the readings indícate the limit ofstability of the bath. To test the temperatureuniformity of the bath, while keeping theposition of the first reference thermometerfixed ¡n the working región of the bath, inserta second ret'erence thermometer into variouspositions in the bath and determine the tem-peratures relative to that of the first referencethermometer. The variations indícate the de-gree of temperature uniformity of the bath. Acooper, aluminum, or other metallic blockimmersed completely and suspended in thebath fluid can be more stable and uniform intemperature thun the bath. Such an arrange-ment with wells ibr thermometers ¡n the blockwould be suitable for calibrating thermome-ters. To determine the qualification of theblock for the work, follow the test procedure
described above for fluid baths. Cantio»Fluids may be easily ignited above their fl¿¿points. Fluids above 100°C will erupt v¡o|ent."if water or a wet object is placed in :h^-Care should be taken for handling corros»toxic, or hazardous vapors.
6.3.3 Water Baths — Water baths arefactory in the temperature range betweenand 100°C (see Method E 77). Some baiixare available thaf combine the basic ¡de.,shown in Method E 77 with pumps so thatthtbath fluid may be circulated to heat or cool aoexternal bath. Many comrnercially availah'-baths have self-contained heaters, stirrenand temperature controllers.
6.3.4 Salí Baílis — ln the range of tempe:...tures between 200 and 700°C, salt baths areuseful. A salt bath and procedures for its usrare described in Method E 77. Salt baths forcalibrating thermometers are commercialhavailable. Some salt baths, designed primarilvfor heat-treating metáis and other materials.may be useful for calibrating thermometerv(Some salts etch glass; also see caution state-ment in 6.3.2.)
6.3.5 Refrigerated Baths— In the range oítemperature below ambient , baths may K-cooied by mechanical refrigeration or by cr\ogens. The choice of fluids for such baths willbe influenced by the temperature range.There is some discussion on bath fluids inMethod E 77. Caution: Some of these fluidsare flammable at room temperature and somegive off poisonous vapors. They must behandled with care.
6.3.6 Vapor Baths —A vapor bath may beused below 0°C. (While the method is usableto temperatures in excess of 100°C, it is moreconvenient to employ other types of baths.)Figure 4 shows a typical vapor bath. An'•¡sotbermal" block houses the test thermom-eter and the standard thermometer. An elec-trical heater is wound on the surface of theblock. Vaporizing a cryogen (usually liquidnitrogen) will enable the vapors to cool theblock. Apply a few milliwatts of power to theblock to raise its temperature to the desiredvalué for the calibrador). Usually an electroniccontroller used to stabilize the temperature ofthe block. A stable power supply is requiredto provide a constant boil-off rate of thecryogen. Depending on the size of the block,
626
E-644
described above for fluid baths. Cantío,Flads may be easily ignited above their flaüpomts. Fluids above 100°C will erupt violeruí-,¡f water or a wet object is placed in ther-Care should be taken for handiing corrosn,-o.xic, or hazardous vapors.
6.3.3 Water Baths —Water baths are satis,jctory in the temperature range between nnd 100CC (see Method E 77)" Some batlnre available that combine the basic; ld^iown in Method E 77 with pumps so that theath fluid may be circulated to heat or cool antternal bath. Many commercially availahuiths have self-contained heaters, stirrers.id temperature controllers.6.3.4 Salt Baths —In the range of temper.:
res between 200 and 700°C, salt baths aresijjp. A salt bath and procedures for its use5 described in Method E 77. Salt baths foribrating thermometers are commerciallyu'Iable. Some salt baths, designad primarilyheat-treating metáis and other materials.
y be usefu! for calibratmg thermometers.me salts etch glass; also see caution state-itin6.3.2.).3.5 Refrigerated Baths —In the range oíperature below ambient , baths may heled by mechanical refrigeration or by cry-is. The choice of fluids for such baths willinfluenced by the temperature range.•e is some discussion on bath fluids iniod E 77. Caution: Some of these fluidslammable at room temperature and someoff poisonous vapors. They must be
Ig^with care.Lo Vapor Baths — A vapor bath may bebelow 0°C. (While the method is usablenperatures in excess of 100°C, it is more¡nient to employ other types of baths.)3 4 shows a typical vapor bath. An¡ernruil" block houses the test thermom-nd the standard thermometer. An elec-heater is wound on the surface of the
Vaporizing a cryogen (usually liquid;n) vvíll enable the vapors to cool theApply a few milliwatts of power to theío raise its temperature to the desiredr>r the cal ibrat ion. Usually an electronicler usod tó staoili/'e the temperature oíck. A stable power supply is requíred/ide a constant boil-off rate of theijjpepending on the síze of the block, '
number of test thermometers, and theleak down the supports or connecting
«•¡res. radiation and convection baffles may-í rcquired in the bath to maintain the tem-
, .»••.:;are of the block constant.i o.3 •" Equalizing Block Calibrations — AtI j,.,h temperatures a large metal block placed**• in"a furnace similar to that shown in Fig. 2¡ . ,¡. he used in calibration. Inserí the testAgjjjermometer and the reference thermometerj ^ n i o holes in the block and make comparison! ^-jijbrations. The method is particularly useful{ above 300°C and is limited primarily by the, :c:iiperature uniformitv of the block and con-í Juction error of the test thermometer. Make
,-¿ t h a t the thermometer wells are both' . . . : : ;ci<- ' i i t ly deep and cióse í ' i t t ing wi th the
rhormometers to make the conduction error
6.4 Reference Thermometers:6.4.1 Standard Plannum Resistance Ther-
'iiiitnerer — The standard thermomeier thatJci'ines the International Practical Tempera-re Scale of 196S (IPTS-68) from -259.3410 t)30.74°C ¡s the strain-free, annealed purép la t inum resistance thermometer. Other ref-erence thermometers may also be used.
6.4.2 Standard Thermocouple — The stan-dard thermometer that defines the IPTS-68(rom 630.74 to 1064.43°C is the 90 % plati-iuim-10 % rhodium/platinum thermocouple.Other reference thermocouples Usted in Stan-dard E 230 may also be used.
6.5 Measiirement Instruments — Several¡ypes of instruments can be used with thethermometers for determining the tempera-itire.
6.5.1 Bridges— Thermometer resistancecan be measured in several bridge configura-tions. (See Appendix X2.) The measurementaccuracy and several newer types of bridgeshave the advantage of reducing the error dueto connecting wire resistance and spuriousihermal emf. They are recommended where'ligh accuracy (0.001 %) and ease of opera-lion are desired. The calibration procedurecan be made convenient by controll ing theliath temperature with a standard thermome-ta r or with a working thermometer that hasbeen calibrated at the various control pointsin terms of a standard thermometer .
6.5.2 Potemiometers — The laboratory po-
E;644 ;
tentiometer can be used to measure the resist-ance of a four-wire resistance thermometer bycomparing the voltage drop across the ther-mometer element with that across a stableresistor of known valué when the same cur-rent is flowing through both. The .effect ofspurious thermal emf should be eliminated byaveraging two readings, one taken with nor-mal current and one with the current re-versed. A typical potentiometric circuit withcurrent reversing switches ¡s described in Ap-pendix X3.
6.5.3 Other Instruments — Automatic bridgeand potentiometric ins t ruments with analogor digital display are available. These instru-ments may be emp!o\ed in :r,..:v of the tem-perature measurements. The operatiñg cur-rent must be low enough so that the self-heating of the thermometer is not excessive.See Section 11.
7. Mínimum Immersion Length Test
7.1 Scope — Mínimum immersion lengthshall be determined using a standard bath andprocedure described below. The user mustrelate this standard test method to his partic-ular thermometer application. that is the mé-dium, velocity, and turbulence of the f luid ,ote., in choosing the design and immersion¡ength of the thermometer.
7.2 Apparatus:7.2.1 Ice Bath—See Method E 563 for
preparation of ice bath.7.2.2 Bridge, Potentiometer, or Other Suit-
able Instruments. See 6.5.7.3 Procedure:7.3.1 Inserí the thermometer into the ¡ce
bath the máximum amount possible. This mayinclude the mounting flange, threads, etc. Thepurpose is to maximize heat transfer betweenthe upper part of the thermometer and thebath so that the stem conduction error isnegligible.
7.3.2 Use normal operatiñg current ifspecified. Otherwise, use an operatiñg currentwhich gives no significant self-heating. Recordresistance reading when equ i l ib r ium isreached.
7.3.3 Withdraw the thermumeter in smallincrements until a change in resistance equiv-alent to the specified l imit of uncertainty isdetected. Pause long enough after each incre-
627
mental change ¡n ¡inmersión length to assurethat temperature equilibrium is reached. Ifthe resistance readings change for all depthsof immersion, a m í n i m u m immersion lengthas defined in 7.3.4 is not achievable.
7.3.4 The depth at which the resistancechange, corresponding to the specified limitof uncertainty, occurs is defined as the mini-mum length (or depth) of immersion for thethermometer, and shall be so specified for thethermometer.
8. Pressure TestS.l Scope — This test is intended to deter-
mine the suitability of the resistance ther-
The resistance thermometer ihould be tescedin a vessel that has been completely filled withwater. Caution: Use compressible media onlywith extreme care because of an inherentexplosión hazard. The hardware must beproperly conceived.
8.2 Apparatus:8.2.1 Pressure Vessel — A sketch of a pres-
sure-tight vessel suitable for the test is shownin Fig. 5. The vessel shall be consistent withthe pressure requirement .
8.2.2 Ice 5«r/¡-See 6.3.1 and Recom-mended Practice E 563.
8.2.3 ¡nstnimem — The bridge, potentiom-eter, or electronic devices used to measurethe resistance should be similar to those de-scribed in 6.5.
8.2.4 Pressure Source — A. hand-operatedhydraulic pump can be employed along withan indicating pressure gage. Caution: .Observeall the safety precautions applicable for liquidunder high pressure.
8.2 .5 Insulcuion-Resistance Apparatus — Usethe apparatus indicated in Section 5 to mea-sure the insulation resistance.
5.3 Procedure:8.3.1 Installaiion—Mount the resistance
thermometer in the pressure vessel (which haspreviously been filled with water) such thatno leakage will occur. Connect the pressuresource to the vessel and attach the thermom-eter wires to the resistance bridge. Insert thepressure vessel ¡nto the ice bath.
S.3. 2 Measurements — With an appropriateexcitation current and no hydrostatic pressureapplied to the thermometer allow the output
E '644
to stabilize. Obtain a resistance measurernemat the icepoint followed by an insulation-r¿«sistance test (see Section 6). Pressurize ¡h-vessel to within 10 "c of the specified vall:í
After the thermometer again reaches equiüi-.rium repeat the resistance determmation andthe insulation resistance test. Reduce the ves.sel pressure to atmospheric pressure and re-peat the two measurements. Remove thethermometer from the vessel and examine'for*deformation or any other effects due tohydrostatic pressurization.
S.3.3 Qualificacion — The differences in re-sistance of the thermometer at the test pres-sure and the two measurements at atmo%.
thermometer 's pressure stabil i ty.
9. Thermal Response-Time Test
9.1 Scope— Thermal response time is thattime required for a thermometer to react to astep change üf temperature, and reach theresistance corresponding to some specifiejfraction of the total temperature change. Thistest is designed to measure the response-timecharacteristic of a resistance thermometer as-sembly to a specified step change in ;hctemperature to which ií is exposed. It !.•>applicable to measurements of response timenormally longer than 1 s. The measured stepresponse time is the time required, from theinitiation of the step change of temperature,for the thermometer assembly to reach atemperature equal to the specified percentageof the step change (10 %, 50 %, 63.2 ?c,90 %,95 %,etc.).
NOTE 1 —Response time of a thermometricprocess is a function of the rate of heat flow into orout of the thermometer, the bath fluid, boundarylayer conditions, velocity, and turbulence of thefluid, etc. These conditions must be controlled loresult in reproducibie response time measurements.A practical upper l imit of fluid velocity in water testbath ¡s about 1 m/s. At higher flow rates, fluidseparation may occur, resulting in significant errors.
9.1.1 The thermometer to be tested is sta-bilized at a known temperature and immersedrapidly ¡n flowing fluid, usually water, at ahigher or lower known temperature. The re-sistance of the thermometer is monitored, andthe time from the instant of immersion uníilthe thermometer has reached a resistancecorresponding to the specified percentage of
628
644
) stabilize. Obtaín a resistance measurerne- ------- -vilU
t t.he icepoint followed by an insulation-,.tm -,c_ »
ce, test (see Section 6). Pressurize tht f% of the specified:ssel to within 10 -/o oí tne specitied valué
fter the thermometer again reaches equil¡fc_jm repeat the resistance determination ande insulation resistance test. Reduce the ve$-! pressure to atmospheric pressure and re-at the two measurements. Remove ¡heírmometer from the vessel and examine fos,formatibn or any other effects due to thedrostatic pressurization.3.3.3 Quaiification —The differences in re-:ance of the thermometer at the test preve and the two measurements at atmos-¡ric pressure ihall constitute the resistri-.;.rrnumeter'.i pressure s tab i l i ty .
TH^rmal Response-Tíme Test
.1 Scope— Thermal response time is that; required for a thermometer to react to ai change of temperature, and reach the5tan.ce corresponding to some specifiedtion of the total temperature change. This¡s designed to measure the response-timeacteristic of a resistance thermometer a.s-D!V to a specified step changelerature to which
step change in theit is exponed. I t is
¡cable to measurements of response timelally longer than 1 s. The measured step3nse time is the time required, from theition of the step change of temperature,:he thermometer assembly to reach aerature equal to the specified percentage,e$tep change (10 %, 50 %, 63.2%,', 95 %,etc.).tE 1—Response time of
! II l l l l ^ l l l l U l i
is is a function of the rate of heat flow ¡nto or1 -I— .u -
thermometric.„„ u^tit flow ¡nto or
ihe thermometer, the bath fluid, boundaryconditions, velocity, and turbulence of theetc. These conditions must be controlled toin reproducíbíe response time measurements.tical upper l imit of fluid velocity in water test; about 1 m/s. At higher flow rates. fluidtion may occur, resulting in significant errors.
1 The thermometer to be tested is sta-I at a known temperature and immersedr in flowing f luid , usually water, at aor iower known temperature. The re-
e oí fhe thermometer ¡s monitored. andic from the instant of immersion unt i lsrmometer has reached a resistance
to the specified percentage of
she difference between the initial temperature¿nd the water temperature is measured. Thismeasured time is the thermal response time.i¡ the measurement system. The response. :-,c w i t h the thermometer in other media is¿Kpected to vary somewhat from this valué.
9.2 Apparatus:9.2.1 Fluid Bath —A. typical bath arrange-
•n¿nt i> shown in Fig. 6. The bath consists of4 Jrum mounted on a vertical shaft driven by
r ,n adjustable speed motor. This provides aknown and adjustable fluid velocity past thethermometer, which is held in a fixed position
-. ¡ii 'he bath on the end of a pivoted arm. The} .irni. in its raised position, allows the ther-
'éter to be stabilized at a known in i t ia li.:>iully ambient) temperature oet'ore being
¡ plunged rapidly into the bath. A switch acti-! vated by the arm, signáis the start of thei t iming period at the instant the thermometer; onters the fluid. Alternatively, in the case of' a water bath, the electrical contact between1 thc metal sheath of the probé and the water
can be sensed to initiate the timing period.i The water bath temperature can be controlled' with infrared lamps directed at the inner walls
of the water chamber.l^.2.2 Instnunent — A readout circuit com-
patible with the thermometer and with an! ou tpu t suitable for a recorder can be used to
monitor the thermometer resistance. Power; to the thermometer should be limited so as toi avoid self-heating error.; 9.2.3 Recorder — A strip chart,x-y or oscil-
loscope recorder, or other suitable data acqui-si t ion method shall be provided to record thetemperature versus time measurement. Thet ime base shall be calibrated.
9.3 Procedure:9.3.1 Installation and Arrangement for
Test — Mount the thermometer in a suitablefixture on the pivoted arm so that the ther-mometer can be immersed to at least itsminimum ¡mmersion depth in the bath. Sta-bilize the bath at the specified temperature.Roíate the bath to provide the specified fluidvelocity (for water, the fluid velocity shouldbe between O and 1 m/s). Adjust the span and/ero the control* of the recordar to provide aconvenient chart width, using resistors inplace of the thermometer to simúlate bothambient and bath temperatures. The temper-
E.S44; , . . . . . . .
ature corresponding to the specified percent-age of the temperature difference may besimulated in a like manner, and a line corre-sponding to this temperature drawn on therecorder chart.
9.3.2 Measurement — Stabilize the ther-mometer, in its raised position, at ambient airtemperature; then rapidly immerse in the testmedia. The time sweep is automaticallystarted at the instant the thermometer enterathe bath, and the recording is continued untilthe thermometer has reached the specifiedpercentage change in temperature. Make atleast three measurements on each thermome-ter, and make certain that they agree withinthe specified repeatabili ty.
10. Vibration Test
10.1 Scope — ln industrial applications, re-sistance thermometers are subject to signifi-cant vibratory motion. In this test the per-formance characteristics of thermometers areexamined both during and after being sub-jected ío specified limits of vibration. Thefollowing method describes sine-wave vibra-tion equipment, fixtures, fixture analysis, testtolerances, specimen mounting, specimenperformance, and min imum failure criteria.The actual test duration, vibration levéis, andfrequency spectrum are to be specified by theuser.
10.2 Apparatus:10.2.1 Vibration Shaker — A. shaker shall
be used that is capable of producing sinusoidalmotion in the acceleration ranges and fre-quencies specified. The shaker shall have thefollowing minimal capabilities:
(1) Adequate forcé to drive the shaker vi-bration fixture and the test specimen tothe double amplitude (peak-to-peakdisplacement) andg level specified.
(2) The ability to sweep logarithmically thespecified frequency spectrum at speci-fied rates (not to exceed one octave perminute) .
(J)The ability tu control vibrat ion ampli-tude to ±10 % of the specified leve!.
(4) The ab i l i t y to control f requency to±2 % of the frequency = 1/2 H/.
10.2.2 Vibration Fixture — Thc.-.o rcqui íc-ments establish the m i n i m u m standards forvibration fixtures. In general, ihc i n t e n t is to
629
provide a fixture with máximum dynamic rig-idity. The typical characteristics shall be:
10.2.2.1 Material: Magnesium (AZ31B5
preferred) or aluminum. or other materiaiswith high interna! damping factors.
10.2.2.2 Fabrication methods in order ofpreference:
( 1 ) Cast, then machined to desired dimen-sions.
(2) Machined from solid stock.(3) Welded assembly.(4) Bolted assembly.10.2.3 Vibration-Fixture Evaluación:10.2.3.1 The following conditions shall ex-
ist for fixture evaluations:( 7 ) A I i fixtures shal l be evaluated vvíth
either a prototype or ;; dummy speci-men in place. This dummy shall bedynamically equivalen! to and mountedin the same way as the specimen.
(2) All evaluation sweeps shall cover theentire frequency spectrum specified.
(j) Sweep rate of the frequency shall notexceed one octave per minute, so thatall resonances can fully respond.
(4~) A sufficient number of accelerometersor múltiple sweeps shall be utilizad sothat Information ¡s obtained at the spec-imen mounting área in all three majororthogonal axes. Continuous recordsshall be made for each sweep. Resonantpeak levéis and frequencies shall bemeasured.
(5) A control accelerometer shall be placedon the fixture as cióse to the test speci-men mounting point as possible.
10.2.3.2 Vibration fixture test runs shallbe made as follows:
( 7 ) U s i n g the conditions described aboveand the test levéis and frequencies spec-ified by the user, perform a vibrationsweep on each of the three major or-thogonal axes of the fixture.
(2) Make a continuous record of the moni-toring accelerometer output.
( J )No te resonant frequencies and ampli-tudes.
(4) Relocate monitoring accelerometers usnecessary to completely define the vi-bration fixture vibration responsearound the specimen mount ing plañe.
10.2.4 Each vibration fixture, when evalu-ated according to the above requirements,
E 644
shall meet the following minimum standar(tSinusoidal transmissibility shall be suchthe vibration input in the axis of app^"vibration of the specimen mounting p0t_.shall be within ±3 dB of that specified o\the entire frequency band. Sinusoidal ero*,talk (vibration input in either axis orthogouj,to the axis of applied vibration at the spe?men mounting point) shall not exceed ¡i,input. . .•_ ¿i.
10.3 Procedure:10.3.1 Instaüations:10.3.1.1 Attach the resistance thermomc
ter by its normal mounting method to tr-vibration fixture.
10.3.1.2 Mount a control acosleronic'adjacent to the mounting point of the the; •mometer.
10.3.1.3 Lócate a monitoring accelerome.ter on the test specimen, usually near theresistance thermometer element. This loca-tion may vary when subsequent testing prove>that other portions of the thermometer aremore sensitive to vibration. Continuously re-cord the output of the monitoring accelerom-eter. Ensure that the monitoring accelerome-ter has a small mass compared to that of tlu-test specimen. On very small thermometen>,. \g accelerometer may not be permi-
sible.10.3.2 Resonant Search:10.3.2.1 Sweep through the specified fre-
quency spectrum at about approximatelv onefourth the specified double amplitude and $level. Sweep rate is to be logarithmic and isnot to exceed one octave per minu te .
10.3.2.2 During this sweep note all reso-nant points of the thermometer, if any. Reso-nances with a O less than 2 shall be ignored.Q is the displacement of the resonating ther-mometer divided by the displacment of thevibrating fixture.
10.3.2.3 In addition to the monitoring ac-celerometer described above, resonant pointsmay also be observed aurally, visually, withstrobe lights, microscopes, etc.
10.3.2.4 Repeat the resonant search ín theremaining two major orthogonal a.xeb.
10.3.2.5 Remove any monitorina acceler-ometers used.
10.3.3 Resonant Dwell:
'• AZ31B correspo nds to UNS No. M11311.
630
E:S44 . -.¿
shall meet the following mínimum standar^Sinusoidal transmissibility shall be such tha¡tfi* vibration input in the axis of appi;^vibration of the specimen mounting po¡r-shall be within ±3 dB of that specified o\the entire frequency band. Sinusoidal crosi-talk (vibration input in either axis orthogonj.o :hz axis of appiied vibration at the speej-men mounting point) shall not exceed tht¡nput.
10.3 Procedure:10.3.1 Installations:10.3.1.1 Attach the resistance thermome-
er by its normal mounting method to th;ibration fixiure.
10.3.1.2 Mount a control accelerome:.ü i u - e n t to the moun t ing point of the thericsjieter.
re.3.1.3 Lócate a monitoring accelerome-:r on the test specimen, usually near theísistance thermometer element. This loca-on may vary when subsequent testing prove^lat other portions of the thermometer areore sensitive to vibration. Continuously re-ird the ourput of the monitoring accelerom-er. Ensure that the monitoring accelerome-r has a small mass compared''to that of theit specimen. On very small thermometers .jn i tonng accelerometer may not be permi>-ile.10.3.2 Resonant Search:10.3.2.1 Sweep through the specified fre-sncy spectrum at about approximately oneirth the specified double amplitude and geJ^Sweep rate is to be logarithmic and istó~exceed one octave per minute .0.3.2.2 During this sweep note all reso-t points of the thermometer, if any. Reso-ces with a Q less than 2 shall be ignored.í the displacement of the resonating ther-neter divided by the displacment of theating fixture.J.3.2.3 In addition to the monitoring ac-rometer described above, resonant pointsalso be observed aurally, visually, with
)e lights. microscopes, etc.1.3.2.4 Repeat the resonant search in thel i n í n g two major orthogonal axes...-.-.5 Remove any inoni tor ing acceler-ers used. ¡.3.3 Resonant Dwell:
£rtBcorrespondí to L'NS No. M113I1.
10.3.3.1 Select the four most significantfesonant points of each axis, if any, noted inIÜ.3.3
SOTE - — The resonant points chosen may not•cjs-^iriiy he the ones with the hishest Q. Vibru-
¡,011 test and product design personnel may choose•ther points that may be actually more destructive
ID ihe test specimen. End usage, such as known1 .¡rirations. or lack of vibrations, ¡n the actual ther-
•;onieíer fieid locations, should be considered.
* "10.3.3.2 Víbrate at-one of the resonantpoints at the level and duration specified byihe user.
in.3.3.3 Proceed to one of the remainingrtsonant points and repeat lü.3.3.2.
11) .3 .3 .4 Continué unti l the selected reso-. . . po'.nts on ai! axe^ hu'.e been i c ^ i o d .id.3.4 Cycling Vibration — After the reso-
nan t dwell vibration test described above is¡inished. perform the cycling vibration as fol-lows:
10.3.4.1 Adjust the vibration equipment•o sweep the specified frequency range at one, i cu i \ per minute . Start at the lowest fre-quency specified.
10.3.4.2 Adjust for the specified double.i inpli tude a n d g level.
10.3.4.3 Víbrate on one axis for the t ime-pecified by the user less the time taken for\ i b r a t i ng at resonant dvvells.
10.3.4.4 Repeat on the remainins two ma-jor orthogonal axes.
10.3.5 Test Tolerances:10.3.5.1 Vibration amplitude: ±10 %.10.3.5.2 Vibration frequencv: ±2 Tr of the
l'rcquency, ± ' / j Hz.10.3.5.3 Temperatura: 25 ± 10°C unless
othenvise specified.10.4 Thermometer Monitoring — The out-
put of the thermometer shall be monítoredduring resonant dwells and cycling vibrationsuch that momentary thermometer resistancevariations, interruptions or shorts, or both, tothe thermometer housing are detected. Mon-itor ing equipment should have a frequencyresponse fíat from de to 10 kHz. D-c shift orspikes displayed on the oscilloscope duringvibration are indicative of potential sensori ' i i iure mocles.
10.5 Pre- and Post-Vibration Meusitre-ments — Visual examination shall show no de-t'ects with the unaided eye. Measure insulationresistance and satisfy the specified require-
~E:644" ..' . • " . ' - . - ,- -
ments. Measure ice-point resistance and sat-isfy the specified requirements.
11. Self-Heating Tests11.1 Scope — The magnitude of self-heat-
ing depends upon the power (P = ¡-R') gen-erated in the thermometer element and wires,and on the heat conduction from the ther-mometer element to the bath médium. In thistest the power that would cause a unit increasein temperature is determined at a given tem-perature with the thermometer immersed in aspecified heat transfer médium. The ther-mometer current at which the self-heating ¡sequal to the specified limits of uncertaintyshall be declared. The thermometer may hetested for self-heating at actual operating con-ditions by following procedure 11.2 or 11.3.
11.2 Self-Heating Test in Water.11.2.1 Apparatus11.2.1.1 Water Bath, well-stirred heid at a
steady temperature near 25°C (see 6.3.2 fordescription of suitable baths). The bath shownin Fig. 6 for the thermal response time test issuitable for thís test also. The rotation shouldcorrespond to a flow rate of water of 1 m/s.
11.2.1.2 For measurement instruments see6.5.
11.2.2 Procedure:11.2.2.1 Immerse the resistance thermom-
eter in the water bath to the depth recom-manded by the manufacturer. Measure theequilibriurn resistance of the thermometer atthe lowest current for which the detectorsensttivity would give satisfactory measure-ment precisión. Then measure the equilíbriumresistance with a higher current (2x, 5x, orl O x , depending upon the sensitivity of theelement). Repeat the measurement with the¡nidal lower current to assure that the bathtemperature has not changed during the test.
NOTE 3—The period for the application of thetest currents shall be not less than ten thermalresponse times (99 %) for ¡he system specified.
11.2.2.2 Calcúlate the self-heating effectexpressed in milliwatts per kelvin from thefollowing equation:
Self-heating effect, mW/K = S(P-~ PI)R-, — Ri
where:RL = resistance at the lower power dissipa-
tion, n,
631
-r-*lrf •'
/R2 = resistance at the higher power dissipa-tion, fl,
_S = thermometer sensitivity (dR/dT), at thebath temperature, íl/K,
PI = lower power dissipation (RJi1), mW,and
Pz = higher power dissipatiou (-Ra/a2), mW.11.3 Self-Heating in Air or Other Gases:11.3.1 Apparatus:11.3.1,1 Stream of gas at a steady temper-
ature near 25°C, flowing at a velocity within±10 % of 5 mis in a tube of diameter at leasttwice the recommended ¡inmersión depth ofthe thermometer. The tube also shall be near25°C to avoid radiation effects.
11.3.! .2 For meusurement i n s r rumem> >ee6.5.
11.3.2 Procedure-lnsta.il the thermome-ter normal to the gas steam in accordancewith the recommendation of the manufac-turen Measure the equilibrium resistancesand calcúlate the self-heatins effect as in11.2.2.
12. Stability Test12.1 Scope — A. thermometer should main-
tain its specified resistance-temperature char-acteristic t'or long periods of time while beingoperated within its specified temperature lim-its. Test for thermometer Stability is made byobserving the ice-point resistance after sub-jecting the thermometer for specified intervalsat the upper temperature limit.
12.2 Apparatus:12.2.1 Furnace—T\\& test furnace may be
any of those commonly used with thermocou-ples or resistance thermometers which arecapable of maintaining temperatures at thespecified upper temperature limit of the testthermometer. The heating zone of the furnaceshould be at least four times the length of thethermometer element. Temperature differ-ence in this zone, longitudinal and radial,shall not exceed 5°C or 2 % of the tempera-ture. The furnace may be equipped with aperforated ceramic cover píate capable ofaccommodating the outside diameter of thethermometer yhea th . The test furnace tem-perature shull be controlled and recorded towithin ±10°C or ±5 % of the specified tem-perature.
12.2.2 Ice Bath-Set Recommended Prac-tice E 563.
F644
12.2.3 Measurement Instruments — See12.2.4 Procedure:12.2.4.1 Ice Point —Fhst obtain the
point reading as described in 6.3.1.12.2.4.2 Elevated Temperature — Inscn
thermometer into the cold test furnace f-jand control the furnace at the specified utemperature limit of the test theTake care to ensure that the temperatux,the connections in the thermometer'exceed the manufacturer's specification.-
12.2.4.3 Temperature Soak — Maintain testhermometer at the upper temperature \'-r.for the specified interval of time, typicallv;to 7 days. Cool the furnace to room temp»'-ture uiiii then remóse the thermometer. í,tain another ice-point reading. Compare (he jresistance reading after the temperature soai jwith the initial ice-point measurement. The 1difference between the two measurements 'the resistance change of the thermomeíe- ;
after the temperature soak.NOTE 4 —HeatinH and coolins rates should •• •
exceed 50°C/min.
12.2.4 A Long-Term Stability — Repeat th:above test at regular intervals for the specifir. •period of time. Determine the ice-point roí-:anee after each temperature soak and com-pare with the initial ice-point reading.
12.2.5 Interp retalio n of Resalís:12.2.5.1 The Stability of the test thermom-
eter is specified as the máximum minus theminimum recorded ice-point resistance ove:the total period of test time at the uppertemperature limit. The "drift" in the ther-mometer resistance is the ratio of the chanaein resistance to the total heating time, forexample, ¡\R per day of heating.
12.2.5.2 Ice-Point Resistance vs TimeP/of —Maintain the ice-point resistance v>time plot during the test to indícate the treniKin the thermometer resistance.
13. Thermoelecíric Effect Test13.1 Scope:13.1.1 Thermal emf in the measureme::'
oircuit can cause an error in the ¡ndicate1-temperature. The error from this effect canusually be eliminated by referencing the bal-ance readings to the biased point of the indi-cator rather than the true zero point. Wherethe measuring apparatus is suitable, reversing
K*
632
E 644
~ 12.2.4 Procedure-*12.2.4.1 Ice
A.
,jje poiarity of the excitation current andng readings will also elimínate this
point reading as deTcribedTn ó?!m the ÍCí-!-'! l t"- , -r, , . „12.2.4.2 Elevated Tempérame r * '•U~ Thermoelectnc effect « dependent
thermometer into the cold f lnsen rs j _..0,i the nature of the dissimilar metáis thatand control the furnace at tlie^ .f?ce' He* f are used in the manufacture of the thermom-'emparatnre l imit of the -esr h PptJ I £ler- the temPerature' and the temperacureTake care to ensure that th rmorneter' f ;r:idients. The test condition should closelythe connections in th? th<*r & mperature <.: t jpproximate the conditions of use of the
tureS T61" doe' n<rMennorneter. The various baths described <-^•turer s speciftcation. „ , ,.n,,ld be used in rh* t«texceed the manufacturera Q f e r .
1? ? 4 3 7>m ^pecmcation.i — .4.j remperature Soak- Main tain
hermometer at the upper temperaturafor the spec.fíed interval of time,
in
and then remove the thermometeranother ¡ce-poinr readina.
rthe ice-point
,
_.- . , .w moaimements hie resistance change of the thermometercter the temperature soak.
N'OTE 4 — Heating and cooling rales should no1ceed 50°C/min.
12.2.4.4 Long-Term Stabiltiy — Repeat theove test at regular intervals for the specifiedriod of time. Determine the ice-point resist-ce :ifter sach temperature soak and com-re with the initial ice-point reading. :
12.2.5 Interpremtion o f Residís:12.2.5.1 The stability of the test thermom-r is specified as the máximum minus thel i m u m recorded ice-point resistance over
total period of test time at the upperp^ature l imit . The "drift" in the ther-neter resistance is the ratio of the changeesistance to the total heating time, fortiple. AR per day of heating.!.2.5.2 Ice-Poim Resistance vs Time— Maintaín the ice-point resistance vs.plot during the test to indícate the trends
e thermometer resistance.
fhermoeíecíric Effect Tesí1 Szope:
1.1 Thermal emf in the measurementt can cause an error in the indicated¡rat;;re. I'he srror from this effect cany be eliminated by referencing the bal-eadings i"0 the biased point of the indi-
f her than the true zero point. Whereuring apparatus is suitable, reversing
.; could be used in the test.13.2 Apparatus:13.2.1 Ice-point bath, water bath, salt bath,
r furnace with temperature equalizing block.¡3 .2 .2 Potenríometer..'•.'- Procedure:
E 644
13.3.1 Inserí the thermometer into thebath and slowly vary the immersion lengthbetween the mínimum specified immersionlength (see Section 7) and the máximumpractical length.
13.3.2 Find the immersion length at whichthe máximum chermal emf is observed. Iden-tify the connecting wires used. Conduct thetest with other combinations of leads.
14. Precisión and Accuracy
14.1 Repeatibility and Reproducibility—This section of the test method is underdevelopment and will be added in a revisedissue when completed.
TABLE 1 Fluid Bath Media and Typical OperatíngTemperaíure Range
Media TemperatureRange, °C
Water 0-100Light mineral oils -75-200Silicone oils -100-400Dry fluids (fluidized particle bed) 75-850Molten salts 200-700Liquid tin 315-540
633
HELIUM OR ARGÓN GAS
E~644
GLASS OR QUARTZENTRY TUBE
GRAPHITE RADIATION SHIEtS?*OR HEAT SHUNTS
GLASS OR QUARTZ
O'JARTZ WOOL
G R A P H I T E C R U C I S L E . C O V E f i .A N D S A M P L E T U B E
MELTING POINT METAL
NOTE — Certuin metáis require protection from oxidación. Powdered graphite on top of melt. or inert cus f iush. tir bi'th.^uitahle.
FIG. 1 Typical Metal Freezing Point CeU.
634
<7'V"!--Vft-í
GUSS OR QUARTZENTRY TUBE
É 644
?GRAPHITE RADIATION SHlELQc í
ORHEAT SHUNTS *-"*
GUSS OR QUARTZ
Q'JARTZ WOOL
GRAPHITE CRUCIBLE.COVER.AND SAMPLE TUBE
MELTING POINT METAL
:.: ¿: .¡phiic un tup of mt;lt. or inert gus flush, or boíd
¡»Po¡nt Cell.
REFRACTORY MUFFLE
PROGRESSIVELY WOUNDHEATING-ELEMENT
REFRACTORY CEMENT
FIREBRICK PEDESTAL.CELL SUPPORT
INSULATION
er designs are avaüaole that incorpórate a mecailic isothermal heat sink. For higher temperatures three::üiu elements, top, center, and bottom may be employed. The top and bottom windings are powered independently tou i i i a more uniform muffle temperature.
FIG. 2 Typical Freezing Point Furnace.
E 644'
SUPER COOLED RESION HAGNITUPE VARÍES WITH MÉDIUM ANO INITIALCOOLING RATE
NEARLY CONSTANT TEMPERATUR6 PLATEAU
~~ -'ALLOY SLOPE'
OUE TO I M P U R I f l E S
FIG. 3 Typical Time-Temperaíure Relatíonship For a Metal Freezing-Point Cell.
636
E .8.44-.. E 844
«OLE FOR THERMOMETER WIRE ANO GAS VENT
MÉDIUM AND INITIAL COOUNG RATE
NT TEMPERATURE PLATEAU
p
CRYOGEN F I L L T U B E
— FOAM COVER
ship For a MetaJ Freezing-Pomt Cell.
ISOTHERMAL1 SAMPLETEST SLOCK
«EATER WINDING
SAFFLES
FIG. 4 Tvpical Vapor Bath.
E 644.
Í T ]
RECESS TO RECEIVE
RESISTAHCE THERMOMETER
FíG. 5 Pres.sure Test Vessel.
638
E 644
RECESS TO RECEIVE
RESISTANCE THERMOMETER
E 644
RECOMMENDED DIAMETER OF
INNER CYLINDER TO BE >/, OF
OUTER CYLINDER (55 GAL. DRUM)
--ERWO.METER
VARIABLE SPEED ORIVE ^
BATH HEATER
HALF O F A 55 GAL DRUM
.vit.H EXTERNALINSULATION
SPEED CONTROLLER
FIG. 6 TypicaJ Baíh Arrangement.
639
E 644
APPENDIX
.íYO.. X jn.XjAVlTiU/lTAJi A iLiAV TI JLJLXJO " VJ 11 J.' J. VJ U JCXÍ-V A A V_/ L T O
fc..-
Xl.l Typical thermometer wire configurations are shown schematically in Fig. Xl.l.
t
•
i E C • A
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E C
••
i
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. - ~»á&!?¿**-
T / V " T / \T / \
——
( / JTwoWire (2) Three Wíre
FIG. Xl.l Thennometer Wire Configurations.
X2. BRIDGE METHODS FOR RESÍSTANOS THERMOMETRY
(</) CompensatingLoop Four Wire
X2.1 Figure X2.1 shows a two-wire thermome-ter connecied to a simple bridge. When the bridge¡s at balance with no spurious thermal emf, then:
RT + Lt + L.. = (RBR,/Ri).X2.2 Figure X2.2 shows a two-measurement
method for determining the resistance of a three-wire thermometer employing a simple bridge.When the bridge ¡s first balanced, then:
RT + L, -r L, =and at the second balance,
L, + L3
Since the thermometer ¡s designed so that:
í-, =/-.-,henee:
RT = (RaR3/R,)l - (RaRz/Ri)..X2.3 Figure X2.3 shows a two-measurement
method for determining the re^istance of a compen-sated four-wire thermometer employing a simplebridge. When the bridge is firsi balanced, then:
RT - L, + L = (RaRz/R,),and at the second balance,
L, + L<Since the thermometer is designed so that:
L¡ + Lo = L3 -r L,henee:
RT = (RaRs/RJt - (RgRt/R^,
X2.4 Figure X shows a method for determín:-the resistance of a three-wire thermometer emplr.ing a modified bridge. When the bridge is balance.:then:
RT (Ra
Since the thermometer and the bridge are designeso that
and
henee:R¡ =
RT —X2.5 Figure X2.5 shows a method for determí"
ing the resistance of a compensated four-wire the:mometer employing a modified bridge. When th;bridge is balanced, then:
RT + L¡ + L¡ = (Ra + £:) 4- Lt)(R.,/R,)Since the thermometer and the bridge are designe^?o that:
and
henee:
• L, = L-, ~ L,
/?, = 7?.
RT = fl«(In all of the above, the assumption that connectiní•.vire resistances are equal may be only approM-mately true.)
640
1 E 644I
*
•ENDIX
WIRE, CONFIGURATIONS
are shown schematícally in FIg. XI. 1.
C A B O E F A
E 644
RT+ L^
-O.6 Figure X2.6 shows the Mueller bridse then:íiuethod Cor determining the resistance of a foür-: terminal thermometer. When the bridge is balanced -. -* .--e, . ~, / v>v»^.h the thermometer in the NORMAL connection. Since the bridge is adjusted so that:
RT - L, = (Ra - L.,)(R,JR,)henee:
jnd when balanced in the REVERSE connection.
FourTerminal
!r Wire Configurations.
CompensatingLoop Four Wire
ESISTANCE THERMOMETRY
RT = (RBRi/Ri)i - (R*RI/RÍ)IX2.4 Figure X shows a method for determinir.
the resistance of a three-wire thermometer emploi:ng a modified bridge. When the bridge ¡s balancee:hen:
RT -T- ¿, = (RB + L¿(R,/R¡)
!íi» the thermometer and the bridge are designe,o tnatnat
nd
ence:
X2.5 Figure X2.5 shows a method for determin-g the resistance of a comp_ensated four-wire therometer employing a modified bridge. When ttiíidee is balanced, then:
RT + L, - L2 = (Ra •*• L-s + LJ(R3/Rt).ice the thermometer and the bridge are designei;hat:¡han
i
ice: R, = A,
• = Ra
a>i_ o¡' the above, the assumption that connectin_¿ijj-esistances are equal may be oniy approxi-eíy true.)
FIG. X2.1 Two Wire Thermometer Connecíed to a Simple Bridge.
12}
FIG. X2.2 Two Measurement Method for Determin-ing the Resistance of a Three Wire Thermometer Employ-ing a Simple Bridge.
641
i ,-.
(21
E 544
FIG. X2.3 Two MeasureTient Method for Determin-ing the Resistance of a Compensating Loop Four WireThermomeíer Employing a Simple Bridge.
642
E 644E 644
FIG. X2.4 Determinafion of the Resistance ofThree Wíre Thermomeler Empio_Mrri> - Morlifíed Bridge.
^ L lo wv-
12
-VA
1-3
—vw
Method íor Determín-aíin^ Loop Four WireBridge-
FIG. X2.5 Determination of the Resistance of aCompensated Four Wire Thermometer Ernploying a Mod-ífíed Bridge.
ñ43
1
i
E 644"
COMMUTAfiNG SWITCH COMTACTS
.-*-*
FIG. X2.6 Determínation of the Resistance oía Four Terminal Thermometer Employing a Mueller Bridge.
•<:•>. POTKNTIO.METSiíí McTHÜD FOR RESISTANCE THliR.MÜMKi'KV
X3.1 Figure X3.1 shows a potentiometric circuit At balance,for determining the resistance of a four-terminalthermometerwhere: andRT = the thermometer resistance to be deter-
R, = sTánda'rd resistor of preciselv known valué. wllfre Pr and P' are .<he «verages of the fonvariP = potentiometer or preciselv known adjustabie an? reversf current. res.stance settmgs ot tn,
„.-;.,,,,, ' potentiometer ai voltage balance with the ther -
i¡Rr = ¡,PT = VT
i,R, = l,P. = V,
resistor.G' = nuil detector,/, = independen! stable current in the unknown
resistance circuit. and./._, = ¡ndependent stable current in the potentiom-
eter circuit.
potentiometermometer and standard resistor, respective!). '.' JIH¡
the corresponding average voltages.
R, = R,P,;l', = W,.r, .
644
E 644-
E 644
.. A*//-R T
L_AAAAAAA^
(í il)BA - «al Vta — *
RSi-.AAAAA\A. i
*• BA
'1
ninal Thermometer Employing a Mueller Bridge.
ÍF.SISTANCE THERMOMETRY
/,/?, = /,/>, = I/,•e />.- and P, are the averages of the forvmrSraerse current "resistance settings" of th j
ntfffmeter at voltage balance with (he thcr-leter :md standard resistor, respectively . VT ani!e !hc oorresponding average voltages.'
<¡\(',. X3.1 Determination of Ihe Resistance of a Four Isnninal Thermometer Eroploying a Potenriometric Methodwith Current Reversing Switches.
rke American Socielyfor Tesñn% and Materials lakes no position respeciing the validitv of anv patera '•i^'ns ¿ssericj in••':L-:-iion wiih anv Ítem mentionsdin chis standard. L'sers ofchis standard are expressly aávised that de'.ermm:::ior. ?f :h.e v¿:;V«::v
i ..vi ;• .iuch patem rights, and the rísk of ¡nfrin^ement ofsuch nqhts. are emirely their ovn responsibility.
This standard is subject to revisión at anv time by the responsible technical committee and musí be reviewed evervfive vears•.ndifnot revised, either reapproved or mthdravm. Your comments are invited eitherfor revisión ofthis standard orfor additional•idi\dards and should be addressed to ASTM Headquarters. Your comrrents will receive careful consideraron al a meeting ofthe'twonsible technical committee, whicnyou may attend. Ifyoufeel that your commeníshave not receivedafair hearing you should•títike vour vievjs known to the ASTM Committee on Standards, 1916 Race St., Philadelphia, Pa. 19103.
R, = R,P,'P. = R,v¡t
645
ANEXO C
HOJAS DE DATOS DEL PLC Y MODULO EM231
Datos técnicos S7-200
A.4 Datos técnicos de la CPU 224
Tabla A-4 Datos técnicos de la CPU 224 DC/DC/DC y de la CPU 224 AC/DC/relé
DescripciónN° de referencia
CPU 224 DC/DC/DC6ES7 214-1AD20-OXBO
CPU 224 AC/DC/relé6ES7214-1BD20-OXBO
Tamaño físicoDimensiones (I x a x p)
Peso
Pérdida de corriente (disipación)
120.5 mm x 80 mm x 62 mm360 g
8W
120.5 mm x 80 mm x 62 mm410g
9WCaracterísticas de la CPU
Entradas digitales integradas
Salidas digitales integradas
Contadores rápidos (valor de 32 bits)
Total
Contadores defase simple
Contadores de dos fases
Salidas de impulsos
Potenciómetrosanalógicos
Interrupcionestemporizadas
Interrupciones de flanco
Tiempos de filtración de entradas
Captura de impulsos
Reloj de tiempo real (precisión del reloj)
Tamaño del programa (almacenado permanente-mente)
Tamaño del bloque de datos (almacenado perma-nentemente):
Almacenamientopermanente
Respaldo por condensador de alto rendimientoopila
N° de módulos de ampliación
E/S de ampliación digitales (máx.)
E/S analógicas (máx.)
Marcas internas
Almacenamiento permanente al apagar
Respaldo por condensadordealto rendimiento opila
Temporizadores (total)
Respaldo por condensador de alto rendimientoopila
1 ms10ms100 ms
14 entradas
10 salidas
6 contadores rápidos
6, con una frecuencia de reloj de20kHzc/u
4, con una frecuencia de reloj de20kHzc/u
2 a una frecuencia de impulsos de20kHz
2 con resolución de 8 bits
2 con resolución de 1 ms
4 flancos positivos y/o 4 flancos ne-gativos
7 márgenes de 0,2 ms a 12,8 ms
14 entradas de captura de impulsos
2 minutos por mes a 25° C7 minutos por mes 0° C a 55° C
4096 palabras
2560 palabras
2560 palabras
2560 palabras
7 módulos
256 E/S
16 entradas y 16 salidas
256 bits
112 bits
256 bits
256temporizadores
64 tem porteadores
4temporizadores
16tem porteadores
236temporizadores
14 entradas
10 salidas
6 contadores rápidos
6, con una frecuencia de reloj de20kHzc/u
4, con una frecuencia de reloj de20 kHz o/u
2 a una frecuencia de impulsos de20 kHz
2 con resolución de 8 bits
2 con resolución de 1 ms
4 flancos positivos y/o 4 flancos ne-gativos
7 márgenes de 0,2 ms a 12,8 ms
14 entradas de captura de impulsos
2 minutes per month at 25° C7 minutes per month at 0° C a 55° C
4096 palabras
2560 palabras
2560 palabras
2560 palabras
7 módulos
256 E/S
16 entradas y 16 salidas
256 bits
112 bits
256 bits
256temporizadores
64 tem porteadores
4 tem portea dores
1 etemporizadores
236temporizadores
A-16Sistema de automatización S7-200, M an ua I del sistema
C79000-67078-C233-01
Datos técnicos S7-200
Tabla A-4 Datos técnicos de la CPU 224 DC/DC/DC y de la CPU 224 AC/DC/relé
DescripciónN° de referencia
CPU 224 DC/DC/DC6ES7 214-1AD20-OXBO
CPU 224 AC/DC/relé6ES7214-1BD20-OXBO
Contadores (total)
Respaldo porcondensadordealto rendimiento opila
Velocidad de ejecución booleana
Velocidad de ejecución deTransferirpalabra
Velocidad de ejecución de temporteadores/conta-dores
Velocidad de ejecución de aritmética de precisiónsimple
Velocidad de ejecución de aritmética en comaflotante
Tiempo de respaldo por el condensador de altorendimiento
256 contadores
256 contadores
0,37 fis por operación
34 |is por operación
50 |os a 64 |is por operación
46 ¡is por operación
100 |is a 400 ¡is por operación
típ. 190 h,mín. 120ha40° C
256 contadores
256 contadores
0,37 jis por operación
34 |is por operación
50 ¡os a 64 por |¿s operación
46 ns por operación
100 ns a 400 |js por operación
típ. 190 h,mín. 120 ha 40° C
Comunicaciónintegrada
N° de puertos
Interface eléctrico
Aislamiento (señal extema a circuito lógico)
Velocidades de transferencia PPI/M Pl
Velocidades de transferencia Freeport
Longitud máx. del cable por segmento
hasta 38,4 kbit/s
187,5kbit/s
N° máximo de estaciones
Porsegmento
Por redN° máximo de maestros
Modo maestro PPI (NETR/NETW)
Enlaces MPI
CartuchosopcionalesCartucho de memoria (almacenamiento perma-nente)
Cartucho de pila (tiempo de respaldo de datos)
1 puerto
Sin aislamiento
9,6, 19,2 y 187,5 kbit/s
0,3, 0,6, 1 ,2, 2,4, 4,8, 9,6, 19,2 y38,4 kbit/s
1200m
1000m
32 estaciones
126 estaciones
32 maestros
Sí4 en total; 2 reservados: 1 para PGy1 OP
Programa, datos y configuración
típ. 200 días
1 puerto
RS-485
Sin aislamiento
9,6,19,2 y 187,5 kbit/s
0,3,0,6,1,2,2,4,4,8,9,6,19,2 y38,4kbtt/s
1200m
1000m
32 estaciones
126 esta clones
32 maestros
Sí
1 OP
Programa, datos y configuración
típ. 200 días
AlimentaciónTensión de línea (margen admisible)
Corriente de entrada (sólo CPU) /carga máx.
Extra-corriente de serie (máx.)
Aislamiento (corriente de entrada a lógica)
Tiempo de retardo (desde la pérdida de corrientede entrada)
Fusible interno (no reemplazable por el usuario)
+5 alimentación para módulos de ampliación(máx.)Alimentación para sensores DC 24 V
Margen de tensión
Corriente máxima
Rizado corriente parásita
Corriente I imite
Aislamiento (alimentación de sensores a circuitológico)
DC 20,4 a 28,8 V
120/900 mAaDC 24 V
10AaDC28,8V
Sin aislamiento
mín. 10msdeDC24V
2 A, 250 V, de acción lenta
660 mA
DC 15,4 a 28,8 V
280 mAIgual que línea de entrada
600 mASin aislamiento
AC85a264V
47 a 63 Hz
35/100mAaAC240V
35/220mAaAC120V
20AaAC264VAC1500V
80 ms de AC 240 V, 20 ms de 120VAC2 A, 250 V, de acción lenta
660 mA
DC20,4a28,8V
280mA
Menos de 1 V pico a pico (máx.)
600 mA
Sin aislamiento
Sistema de automatización S7-200, Manual del sistemaC79000-G7078-C233-01 A-17
Datos técnicos S7-200
Tabla A-4 Datos técnicos de la CPU 224 DC/DC/DC y de la CPU 224 AC/DC/relé
DescripciónN° de referencia
CPU 224 DC/DC/DC6ES7 214-1AD20-OXBO
CPU 224 AC/DC/relé6ES7214-1BD20-OXBO
Carácteristicasde las entradas •
N° de entradas integradas
Tipo de entrada
Tensión de entrada
Tensión máx. continua admisibleSobretensióntransitoria
ValornominalSeñal 1 lógica (mín.)
Señal 0 lógica (máx.)
Aislamiento (campo a circuito lógico)
Separacióngalvánioa
Grupos de aislamiento de
Tiempos de retardo de las entradas
Entradas filtradas y entradas de interrupción
Entradas de reloj de los contadores rápidos
Fasesimple
Nivel 1 lógico = DC 15 VaDC30V
Nivel 1 lógico = DC 15 VaDC26V
Contadores A/B
Nivel 1 lógico =DC 15 VaDC30V
Nivel 1 lógico = DC 15 VaDC26V
Conexión desensor deproximidad de2 hilos(Bero)
Corriente defuga admisible
Longitud del cable
No apantallado (no HSC)
ApantalladoEntradas HSC, apantalladas
N° de entradas ON simultáneamente40 °C
55° C
14 entradasSumidero de corriente/fuente (tipo 1IEC)
DC30V
DC35V,0,5s
DC 24 V a 4 mA, nominal
mín. DC15Va2.5mA
máx. DCSVa 1 mA
AC500V, 1 minuto
8 y 6 entradas
0,2 a 12,8 ms, seleccionable por elusuario
20kHz
30kHz
10kHz20kHz
máx. 1 mA
300 m
500 m50 m
14
14
14 entradas
Sumidero de corriente/fuente (tipo 1IEC)
DC30V
DC35V, 0,5 s
DC 24 V a 4 mA, nominal
mín. DC15Va2.5mA
máx. DC 5 V a 1 mA
AC 500 V, 1 minuto
8 y 6 entradas
0,2 a 12,8 ms, seleccionable por elusuario
20kHz30 kHz
10kHz20 kHz
máx. 1 mA
300 m
50 m50 m
14
14
Características de las salidas
N° de salidas integradas
Tipo de salida
Tensión de salidaMargenadmisible
ValornominalSeñal 1 lógica a corriente máxima
Señal 0 lógica a 10 K £i de carga
10 salidas
Estadosólido-MOSFET
DC20,4a28,8VDC24Vmín. DC20V
máx. DC 0,1 V
10 salidas
Relé, contacto de baja potencia
DC 5 a 30 V ó AC 5 a 250 V__
-
A-18Sistema de automatización S7-200, Manual del sistema
C79000-G7078-C233-01
Datos técnicos S 7-200
Tabla A-4 Datos.técnicos de la CPU 224 DC/DC/DC y de la CPU 224 AC/DC/relé
DescripciónN° de referencia
CPU 224 DC/DC/DC6ES7 214-1 AD20VOXBO
CPU 224 AC/DC/relé6ES7 214-1BD20-OXBO
Comente de salidaSeñal 1 lógicaN° de grupos de salidas
N° de salidas ON (máx.)Porgrupo—montajehorizontal (máx.)Por grupo—montaje vertical (máx.)Corriente máx. porcomún/grupoCarga LEDsResistencia estado ON (resistencia contactos)Corriente'de derivación por salidaSobrecorrientemqmentánea
Protección contra sobrecargas
0,75 A2
10553,75 A5W0,3£i
máx. 10 uAmáx. 8 A, 100 ms
no
2.00 A
3
10
4/3/3
4/3/3
8A30WDC/200WAC0,002 Í2, máx. si son nuevas
7A al estar cerrados los contactosno
Aislamiento (campo a circuito lógico)Separación'galvánicaResistencia de aislamientoAislamiento bobina a contactoAislamiento entre contactos abiertos
En grupos de
Carga inductiva, aprieteRepetición
disipación de energía
< 0.5 Ll2 x frecuencia de conmutaciónLímites tensión debloqueo
Retardo de las salidasOFFaON(QO.OyQO.I)
ON a OFF (QO.O y Q0.1)OFFa ON (Q0.2hasta Q1.1)ON a OFF (QQ.2 hasta Q1.1)
Frecuencia de conmutación (salida de impul-sos)QO.O y 10.1
ReléRetardo deconmütacíónVida útil mecánica (sin carga)Vida útil contactos a carga nominal
Longitud del cableNoapantalladoApantallado
AC500V, 1 minuto
5 salidas
1 W, en todos los canales
L+ menos 48V
máx. 2 jis
máx. 10 josmáx. 15 us
máx. 100 )is
máx. 20 kHz
100 M £2, mín. si son nuevasAC500V, 1 minutoAC750V, 1 minuto
4 salidas/3 salidas/3 salidas
150 m
500 m
máx. 1 Hz
máx. 10 ms
10.000.000 ciciosabiertos/cerrados
100.000 ciclos abiertos/cerrados
150 m
500 m
Sistema de automatización S7-200, Manual del sistemaC79000-G7078-C233-01 A-19
Datos técnicos 27-200
Alimentación DC 24V, tierra yterminales de salida
Alimentación DC 24 V
El
<s> 0 0 0 0 0 0 0 0 0:0 0 0 0 0 0 0 01M 1L+ 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 2M 2L+ 0.5 0.6 0.7 1.0 1.1 | « L+
Nota:1. Los valores reales de los componentes | 35 y
pueden variar.2. Se aceptan ambos polos. _/»3. La puesta a tierra es opcional.
Salidaalimentación
5.6KG! sensores
|. 1M 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.51 | M L+
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0000 0 0 0 0 0
Común DC 24 V yterminales deentrada DC 24 V
Ttai DC24V
Figura A-6 Identificación de terminales de conexión para la CPU 224 DC/DC/DC
AC120/240 V
Comunes y terminales N (-)de salida de relé
0 0.0 0 0000. 0 0 0.0 0 0 0 0 0 0
1L 0.0 0.1 0.2 0.3 • 2L 0.4 0,5 0,6 • 3L 0.7 1,0 1.l| 14. N L1
Nota:1. Los valores reales de los
componentes pueden variar.2. Conectar línea AC
al terminal L.3. Se aceptan ambos polos.4. La puesta a tierra es opcional.
Salidaalimentación
5,6K n sensores
I 1M 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M 1.0 1.1 12 1.3 1.4 Tjj | M L+
0 0 0 000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00
ComúnDC24Vyterminales deentrada DC24V
tImt DC24V
Figura A-7 Identificación de terminales de conexión para la CPU 224 AC/DC/relé
A-20Sistema de automatización S7-200, Manual del sistema
C79000-G7078-C233-01
ANEXO D*¡
HOJAS DE DATOS DEL CABLE PC/PPI
Datos técnicos S7-200
A.10 Cable PC/PPI
N° de referencia 6ES7 901-3BF20-OXAO
Dimensiones del cable PC/PPI
RS-232 COMM RS-485 COMM
SIEMENS Cable PC/PPI aislado
PPI
Illll1 2 3 4 5
Vel. detransí. 123 SWITCH 438.4K 00019.2K 0019.6K 010 SWITCH 52.4K 1001.2K 101
PC1 = 10 BIT0=11 BIT
1= DTE0= DCE
Figura A-14 Dimensiones del cable PC/PPI
Tabla A-8 Posición de los interruptores DIP en el cable PC/PPI para seleccionar la velocidad detransferencia
Velocidad de transferencia
38400
19200
9600
4800
2400
1200
600
Interruptor DIP (1 = arriba)
000
001
010
011
100
101
110
Tabla A-9 Utilización de módems con el cable PC/PPI
Tipo de módem
Módem de 11 bits
Módem de 1 0 bits
Interruptor DI P (1= arriba)
0
1
A-30Sistema de automatización S7-200, Manual del sistema
C79000-G7078-C233-01
Datos técnicos S7-200
Tabla A-10 Asignación de pines del cable PC/PPI
Asignación de pines
DCE
DTE
Interruptor DI P(1 = arriba)
0
1
Tabla A-11 Asignación de pines para un conectar de RS-485 a RS-232 DCE
Asignación de pines del conector RS-485
N°depin
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Descripción de la señal
Tierra (RS-485)
Hilo de retorno 24 V (tierra RS^85)
Señal B (RxD/TxD+)
RTS (nivel TTL)
Tierra (RS-485)
+5 V (con resistor en serie de 1 00 n)
Alimentación 24 V
SeñalA(RxD/TxD-)
Selección de protocolo
Asignación de pines del conector RS-232 DCE
N°depin
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Descripción de la señal
Data CarrierDetect(DCD) (no utilizado)
Receive Data (RD)(salida del cable PC/PPI)
Transmit Data (TD)(entrada al cable PC/PPI)
Data Terminal Ready (DTR)(no utilizado)
Tierra (RS-232)
Data Set Ready (DSR) (no utilizado)
RequestTo Send (RTS) (no utilizado)
ClearTo Send (CTS) (no utilizado)
Ring Indlcator(RI) (no utilizado)
Tabla A-12 Asignación de pines para un conector de RS-485 a RS-232 DTE
Asignaciónde pines del conector RS-485
N° de pin
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Descripción de la señal
Tierra (RS-485)
Hilo de retorno 24 V (tierra RS-485)
Señal B (RxD/TxD+)
RTS (nivel TTL)
Tierra (RS-485)
+5 V (con resistor en serie de 1 00 n )
Alimentación 24 V
Seña!A(RxD/TxD-)
Selección de protocolo
Asignación de pines del conector RS-232 DTE1
N°depin
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Descripción de la señal
Data Carrier Detect (DCD) (no utilizado)
Receive Data (RD)(entrada al cable PC/PPI)
Transmit Data (TD)(salida del cable PC/PPI)
Data Terminal Ready (DTR)(no utilizado)
Tierra (RS-232)
Data Set Ready (DSR)(no utilizado)
RequestTo Send (RTS)(salida del cable PC/PPI)
ClearTo Send (CTS) (no utilizado)
Ring Indicator(Rl) (no utilizado)
1 Para los módems se debe efectuar una conversión de conector hembra a conectar macho y de 9 pines a25 pines.
Sistema de automatización S7-200, Manual del sistemaC79000-G7078-C233-01 A-31
Instalación y configuración del sistema de automatización S7-200
3.4 Cómo establecer la comunicación con la CPU S7-200
Tras haber instalado el software STEP 7-Micro/WIN 32 en el PC y determinado los ajustesde comunicación del cable PC/PPI, podrá establecer un enlace con la CPU S7-200, (Si estáutilizando una unidad de programación, STEP 7-Micro/WIN 32 ya estará instalado).
Para establecer la comunicación con la CPU S7-200, siga los siguientes pasos:
1. En la pantalla de STEP 7-Micro/WIN 32, haga clic en el icono "Comunicación" o elija elcomando de menú Ver > Comunicación. Aparecerá el cuadro de diálogo "Configurarcomunicación" donde se indica que no hay ninguna CPU conectada.
2. En el cuadro de diálogo "Configurar comunicación", haga doble clic en el ¡cono "Actuali-zar". STEP 7-Micro/WIN 32 comprueba si hay CPUs 37-200 (estaciones) conectadas.Por cada estación conectada aparecerá un icono de CPU en el cuadro de diálogo "Confi-gurar comunicación" (v. fig. 3-5).
3. Haga doble clic en la estación con la que desea establecer la comunicación. Como podráapreciar, los parámetros de comunicación visualizados en el cuadro de diálogo corres-ponden a la estación seleccionada
4. Así queda establecido el enlace con la CPU 37-200.
_ Configurar comunicación
Haga doble clic en el icono que representa la CPUcon la que desea establecer la comunicación.
Haga doble clic en el icono del interface paracambiar los parámetros de comunicación.
Haga doble clic en el icono del módem para ajustarlos parámetros del mismo o para marcar un númeroe iniciar la comunicación con el módem.
Parámetros de comunicación
Dirección remota I j^rj)
Dirección local O
Módulo Cable PC/PPI (COM 1)
Protocolo PPI
Velocidad de transferencia 9,6 kbit/s
Modo 11 bits
PC/PPIDirección: O
CPU224
Haga doble clicpara actualizar
Figura 3-5 Cuadro de diálogo "Configurar comunicación"
Sistema de automatización S7-200, Manual del sistemaC79000-G7078-C233-01 3-9
Instalación y configuración del sistema de automatización 57-200
3.5 Cómo cambiar los parámetros de comunicación de la CPU
Tras haber establecido un enlace con la CPU S7-200 puede verificar o cambiar los paráme-tros de comunicación de la CPU.
Para cambiar los parámetros de comunicación, siga los siguientes pasos:
1. En la barra de navegación, haga clic en el icono "Bloque de sistema" o elija el comandode menú Ver > Bloque de sistema.
2. Aparecerá el cuadro de diálogo "Bloque de sistema". Haga clic en la ficha "Puerto(s)"(v. fig. 3-6). El ajuste estándar de la dirección de estación es 2 y el de la velocidad detransferencia es de 9,6 kbit/s.
3. Haga clic en "Aceptar" para conservar dichos parámetros. Si desea modificar la parame-trización, efectúe los cambios deseados, haga clic en el botón "Aplicar" y, por último, enel botón "Aceptar".
4. En la barra de herramientas, haga clic en el botón "Cargar en CPU" para cargar los cam-bios en la CPU.
5. Así se adopta la parametrización deseada para la comunicación.
Filtrar entradas analógicas j Bits de captura de impulsos j Tiempo en segundo
Puerto(s) II; Áreas renriapentes f Contraseña _ |- Asignar salidas j Filtros de
Puerto 1 ___|£í!^ar_
plano j
entrada
Puerto O
üirección CPU: |2 [j|
Dirección más alta: i?"!. .. fej
Velocidad de transferencia: ¡9-6 kbit/s | |
Contaje de repetición: 1^ L3
Factor de actualización GAP: || 10
(margen 1...126)
(margen 1...126)
(margen 0...8)
10 n=H (margen 1...100)
Para que los parámetros de configuración tengan efecto, es preciso cargarlospreviamente en la CPU.No todos los tipos de CPUs asisten todas las opciones del bloque de sistema.Pulse F1 para visualizar las opciones asistidas por cada CPU.
Aceptar Cancelar Aplicar
Figura 3-6 Cambiar los parámetros de comunicación
3-10Sistema de automatización S7-200, Manual del sistema
C79000-67078-C233-01
•;ite í^-rá'1-:"-^^;--•-•-'• -.
ANEXO E
HOJAS DE DATOS DEL AMPLIFICADOR LF347
National SemiconductorAugust 2000
LF147/LF347Wide Bandwidth Quad JFET Input Operational AmplifiersGeneral DescriptionThe LF147 is a low cosí, high speed quad JFET input opera-tional amplifierwith an internally trimmed input offset voltage(BI-FET II™ technology). The device requires a low supplyourrent and yet maintains a large galn bandwidth produotand a fast slew rate. In addition, well matched high voltageJFET input devíces próvida very low input bias and offsetcurrents. The LF147 is pin compatible with the standardLM148. This feature allows designers to immediately up-grade the overall performance of existing LF148 and LM124designs.The LF147 may be used ¡n applications such as high speedintegrators, fast D/A converters, sample-and-hold circuitsand many other circuits requiring low input offset voltage,low input bias current, high input ¡mpedance, high slew rateand wide bandwidth. The device has low noise and offsetvoltage drift.
Features• Internally trimmed offset voltage:• Low input bias current:• Low input noise current:• Wide gain bandwidth:• High slew rate:• Low supply current:• High ¡nput ¡mpedance:• Low total harmonio distortion:• Low 1/f noise córner:• Fast settling time to 0.01%:
5 mV max50 pA
0.01 pA/^Hz4MHz
13V/us7.2 mA
<0.02%50 Hz
2 u.s
co
goí
00co
CLt-K
DOio.
m
5"T3C«-K
O-o(D
32*o'3co
Simplified Schematic Connection Diagram
Quad Dual-ln-Lme Package
OUT4 IN4~ 1N4+ V IN3+ IN3~
14 113 1Z 111 10
o
-VEEO
INZ" OUT2DS005647-1
Note 1: LF147 available as per JM38510/11906.
Top ViewOrder Number LF147J, LF147J-SMD, LF347M,
LF347BN, LF347N, LF147J/883,or JL147 BCA (Note 1)
See NS Package Number J14A, M14A or N14A
BNFET II™ is a irademarfc of National Semiconductor Corporation.
© 2000 National Semiconductor Corporation DS005647 www.natlonal.com
00 Absolute Máximum Ratings (Note 2) LF147 LF347B/LF347
If Military/Aerospace specified devices are required, Surface Mount Wide (WM) 85'C/Wplease contactthe National Semiconductor Sales Office/ Operating Temperature (Note 6) (Note 6)Distributors for availability and specifications. Range
LF147 LF347B/LF347 Storage Temperature
Supply Voltage ±22V ±18V RanSe -65'C<TA<150'C
Differential Input Voltage ±38V ±30V Lead TemperatureInput Voltage Range ±19V ±15V (Soldering, 10 sea) 260'C 260'C
(Note 3) Soldering Information
Output Short Circuit Continuous Continuous Dual-ln-Line PackageDuration (Note 4) Soldering (10 seconds) 260'C
Power Dissipation 900 mW 1000 mW Small Outline Package(Notes 5 11) Vapor Phase (60 seconds) 215'C
Tj max 150'C 150'C Infrared (15 seconds) 220'C
6JA See AN-450 "Surface Mounting Methods and Their EffectCeramic DIP (J) Packaqe TO'C/W °n Product Reliabüity" for other methods of soldering
,„ ..,.' , ^.™A, surface mount devices.Paste DP(N) Package 75 C/W ,-,-,„-,-, ,M , H™ nnm,
,, , , ,«,,.,M,., ESDToerance (Note 12) 900VSurface Mount Narrow (M) 100 C/W v '
DC Electrical Characteristics (Note 7)Symbol
Vos
AVOS/AT
los
IB
RIN
AVOL
V0
VCM
CMRR
PSRR
Is
Parameter
Input Offset Voltage
Average TC of Input Offset
Voltage
Input Offset Current
Input Blas Current
Input Resistance
Large Slgnal Voltage Galn
Output Voltage Swing
Input Common-Mode Voltage
Range
Common-Mode Rejectlon Ratlo
Supply Voltage Rejecfjon Ratlo
Supply Current
Conditlons
Rs=10kn, TA=25'C
Over Temperature
Rs=10 ka
Tj=25'C, (Notes 7, 8)
Over Temperature
Tj=25'C, (Notes 7, 8)
Over Temperature
T]=25'C
VS=±15V, TA=25'C
V0=±10V, Ru=2 ka
Over Temperature
VS=±15V, RL=10 ka
VS=±15V
Rs¿10 ka
(Note 9)
LF147
Mln
50
25
±12
±11
80
80
Typ1
10
25
50
1012
100
±13.5
+15
-12
100
100
7.2
Max
5
8
100
25
200
50
11
LF347B
Mln
50
25
±12
±11
80
80
Typ Max
3 5
7
10
25 100
4
50 200
8
1012
100
±13.5
+15
-12
100
100
7.2 11
LF347
Mln Typ Max
5 10
13
10
25 100
4
50 200
8
1012
25 100
15
±12 ±13.5
±11 +15
-12
70 100
70 100
7.2 11
Units
mV
mV
uV/'C
PA
nA
pA
nAa
V/mV
V/mV
V
V
V
dB
dB
mA
www.natlonal.com
AC Electrical Characteristics (Note 7)Symbol
SR
GBW
en
in
THD
Parameter
Amplifier to Amplifier Coupling
Slew Rate
Galn-Bandwldth Product
Equivalen! Input Noise Voltage
Equivalen! Input Noise Current
Total Harmonio Distortion
Conditions
TA=25'C,
f=1 Hz-20 kHz
(Input Referred)
VS=±15V, TA=25'C
VS=±15V, TA=25'C
TA=25'C, Rs=100n,
f=1000 Hz
Tj=25'C, f=1000Hz
Av=+10, RL=10k,V0=20 Vp-p,BW=20 Hz-20 kHz
LF147
Mln
8
2.2
Typ
-120
13
4
20
0.01
<0.02
Max
LF347B
Mln
8
2.2
Typ
-120
13
4
20
0.01
<0.02
Max
LF347
Min
8
2.2
Typ
-120
13
4
20
0.01
<0.02
Max
Units
dB
V/us
MHz
nV/vTHz
pAA/Hz
%
*>.-vi
Note 2: Absolute Máximum Ratings indícate limits beyond which damagetothedevice may occur. Operating Ratings indícate conditionsforwhich thedevice isfunc-tionai, but do not guarantee specifie performance límits.
Note 3: Unless otherwise specified the absoluto máximum negative input voltage ¡s equal to the negative power suppiy voltage.
Note 4: Any of the amplifier outputs can be shorted to ground indefinitely, however, more than one should not be simultaneousiy shorted as the máximum junctiontemperature wiil be exceeded.
Note 5: For operating at elevated temperature, these devices must be derated based on a thermal resistance of 6¡A.
Note 6: The LF147 ¡s available ¡n the military temperature range -55°C¿TA£125'C, while the LF347B and the LF347 are available ¡n the commercial temperaturerange 0"C<TAS70"C. Junction temperature can rise to Tj max = 1SO'C.
Note 7: Unless otherwise specifíed the specrfications appiy over the full temperature range and forVs=±20Vforthe LF147 and forVs=±15Vforthe LF347B/LF347.Vos, IB, and IQS are measured at VCM=0.
Note 8; The ¡nput bias currents are junction leakage currents which approximately double for every 10'C increase in the junction temperature, T¡. Due to limited pro-duction test time, the ¡nput bias currents measured are correlated to junction temperature. In normal operation the junction temperature rises above the ambient tem-perature as a resuit of intemal power dissipation, PD. Tj=TA+6¡A PD where 9jA is the thermal resistance from junction to ambient Use of a heat sink ¡s recommended¡f ¡nput bias current ¡s to be kept to a mínimum.
Note 9: Suppiy voltage rejection ratio ¡s measured for both suppiy magnitudes ¡ncreasing or decreasing simultaneously ¡n accordance with common practice fromVs = ± SV to ±15V for the LF347 and LF347B and from Vs = ±20V to ±SV for the LF147.
Note 10: Refer to RETS147X for LF147D and LF147J military specifications.
Note 11: Max. Power Dissipation is defined by the package Characteristics. Operating the part near the Max. Power Dissipation may cause the part to opérate out-side guaranteed limits.
Note 12: Human body model, 1.5 kíJ ¡n series wfth 100 pF.
www.national.com
LF14
7/LF
347
Typical Performance Characteristics
Input Bias Current Input Bias Current Supply Current
100 i i i 1 1 1 1 | 100k . - 1 , 1 1 1 10 i — i 1 1 1 1 1 1 1 1 1PU
T BI
AS C
URRE
NT (p
A)
* fe
S
S
0
PositiveInput Vo
25
'g^ 20
TA=25°C
-v«— •"
=—- -.-•*
\ 10Jc -
ce=> -1,.o 1K -
2 100 -
CM = US=±15V
S
' .
t*• —
y/.
Jf'
E 9
i—
QCce —
0 7 -
P K
«;
v«;=«-55°C,
-325°C
= :=~. • —C
"0 -5 0 5 10 -50-25 0 25 50 75 100 125 0 5 10 15 20 25
COMMON-MODE VOLTAGE (V) TEMPERATUREfC) SUPPLY VOUAGE(±V)
DS00564r-14 DS005647-15 DS005647-16
Common-Mode Negative Common-Mode Positive Current LimitItage Limit Input Voltage Limit
. ÍT
PO
SITIV
E CO
MM
ON-M
l1
<g
INPU
T VO
LTAO
E LI
MIT
"
ro
°
"
oa:3:«oUJ
go
£
NESA
TIVE
OU
a
c
-55°C£Tts125°C
/
/
/
/
/
-/ as- 20— i>-
fu
Sg
Í£
-55°CSTAS125°C
/
//
S
^
/
>CDz
§ 10
£0
00
£ o
5 10 15 20 25 o -5 -10 -15 -20 -25
POSmVE SUPPLY NEEATIVE SUPPLYVOLTAGE(V) VOLTAGE (V)
DS005647-17 DS005647-1B
Current Limit Output Voltage Swing OutputV
-i 1 1 1 , • • , 5» 1- ..' 1 1 1 1 1 1 1 1 30
5S:5í•».
125
\\;
25°
\
- — ,
[
X
;W\ 'ñ,'Ü ó. 30
|1 M
10
n
KLT» °c
// '
J
/*
//
25
S 20i: o.
Í3 * 10^
5
^B»•""
Vs
— '•-u
I
CJ1
ca
-+1
\
5V
J\
10 20 30 40
OUTPUT SOUflCE CURREN! (mA)
DS005647-19
D Itage Swing
i
1
//
] 10 20 JO 40 0 5 10 15 20 25 0.1 1 10
OUTPUT SINK CURRENT (mA) SUPPLY VOLTAGE (±V) RU-OUTPUT LOAD (kfl)
DS005S47-20 DS005647-21 DS005647-22
www.national.com
Typical Performance
Gain Bandwidth
e
1 5
I5 4-5GB
§ 4
I 35
3
^\
^v^
"~"-50 -25 0 25 50 75 100 12
TEMPEHATURE (°C)
DS005647-
Distortion vs Frequency
D 15
2 Q 1
alocao
0 05
01
CommorRatio
160
140
ST 120
COM
MO
N-M
ODE
REJE
CTIO
N RA
TIO
(
o s
é s
§
i
Vs=±15VTA— 25°C
| Av-1Qo|
r nr n | |flf re-^T<>v°~20Vp"p//- ¿ JIOk //
¿ i F1 ! 1 ^ 11 1 1 _L~tí¿/
] 100 1k 10k 10C
FREQUENCY (Hz)
DS005647
i-Mode Rejection
Vs= ±15VRl_-2k
Jk = ¡5°£V^u
r\ vu
prf-j V-.-J' X. EAit
^VCH £•*
1
Characte
Bode
30
20
10m
3-10
¡riStiCS (Continued)
Plot Slew Rate
s
"^S
S,
BAN-
Vs=±1RL-2
S ' II•«- PHASE
VjjLT
100
50 1 I ^% ^ 20m —
O o £ 1 83 S=o ^. -\c
-50 ni S lb
" 14 -
12
-f;n -«n
VS= ±15V
RL— 2kAy=1
FALLÍ
— m»
NG
tG
--.
5 0.1 1 10 100 -50 -25 0 25 50 75 100 125
FREQUENCY (HM2) TEMPERATURE (°C)
23 DS005647-24 DS005647-25
Undistorted Output Voltage open |_oop Frequency
Sw¡n9 Response
i zo —
gc»
k ° 0
vs=RL=:
\A-<iy
Sils
ÍCiu 120
DIS1¡ 1 100* * no
Sf
é 40
20
^— >S
xV
X\\
s10k look 1M 1 10 100 1k 10k 1Mk 1M 10M
28 FREQUENCY(te) FREQUENCY (Hz)DS005647-27 DS005647-28
Power Supply Rejection Equivalent Input NoiseRatio Voltage
0
i_i°
= ip35
e
10 100 1k 10k 100k 1H 10M
FREQUENCY (Hz)
DS005647-29
80 —
40
20
-"^
S.
VS=±15V '"TA-2S°C
+SUPPLY
^v
X \.
£2ai l^j '"J
£-5 4fl
\S
v ==*S- s 10
\
10 100 1k 10k lOOk 1M 10
FREQUENCY (Hz)
DS005647-30
'^. _
100 1k 10k 100k
FREOUENCY (Hz
DS005647-31
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![Proyecto SIP No. 20060988sappi.ipn.mx/cgpi/archivos_anexo/20060988_3719.pdf · LM335 en configuración con calibrador según el fabricante [6]. Figura 2. Circuito para sensor de temperatura](https://img.pdfslide.tips/doc/110x75/5e2e1cb5f02fda7869138322/proyecto-sip-no-lm335-en-configuracin-con-calibrador-segn-el-fabricante-6.jpg)
