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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE
INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y CONTROL
MARCO ANTONIO PERAFIEL DIAZ
Quito, julio de 1991
CERTIFICACIÓN
Certifico que la presente tesis ha
sido elaborada en su totalidad por
el Sr. Marco Antonio Feftafiel Díaz,
bajo mi dirección.
CERTIFICAC10N
Certfíco que la presente Tesis de
Grado forma parte del Proyecto
"DISEPIO Y CONSTRUCCIÓN DEL
LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN Y
CONTRASTACION" (No 85-06)-CONUEP.
DIRECTOR DEL PROYECTO
AGRADECIMIENTO
Agradesco al Ing. Luis Barajas
por su valiosa colaboración.
A mi madre y esposa por su
apoyo y sacrificio,
A mis hermanos y en general a
todas aquellas personas que de
una u otra, forma colaboraron
para la. culminación de esta
meta.
Marco Antonio
DEDICATORIA
A mi madre
A mi esposa
A mi hi jo
Mar co Antón io
ÍNDICE
Pag ina
INTRODUCCIÓN 1
CAPITULO ICONCEPTOS FUNDAMENTALES
1.1 Conceptos sobre flujo de gases 31.1.1 Propiedades generales 31.1.2 Conceptos básicos 4
1.2 Conceptos generales sobre transductores 121.2.1 Definición de transductores 121.2.2 Principios de transducción 131.2.3 Características generales 14
1.3 Métodos utiliza dos par 3. sensarel flujo 171.3.1 Sensores de flujo por diferenciad© presión 171.3.2 Sensores mecánicos de flujo 211.3.3 Sensores térmicos de flujo 241.3.4 Sensor magnéticode flujo 261.3.5 Sensor de flujo por oscilación de fluido 271.3.6 Sensor de flujo nucleón ico ,. 291.3.7 Sensor de flujo mediante disolución tintada 301.3.8 Sensor de flujo ultrasónico 31
CAPITULO I 1MEDIDORES DE FLUJO DE GASES
2.1 Clasificación de los medidores 332. 1.1 Medidores volumétricos. 332,1,2 Medidores másicos 35
2.2 Descripción de los medidores ap1icab1 esaí prototipo túnel de viento 362.2.1 Medidores volumétricos apiicab1 es
a 1 proyecto 372.2.2 Medidores de caudal masa aplicables
a 1 proyecto 422.3 Análisis comparativo de los medidores 49
CAPITULO I I IDISECO DEL.TRANSDUCTOR Y MEDIDOR PARAEL SENSOR TIPO TÉRMICO DE THOMAS
3.1 Diagrama de b1oques del transductor 513.2 Di seño y construcción del transductor 523.3 Diagrama en bloques de los medidores 60
3.3.1 Diagrama de bloques del medidorde referencia y realimentación 61
3.3.2 Diagrama de -bloques del medidorde las se fia les de error y de control 52
3.4 Dísefío y construcción de los medidores 633. 4. 1 Di sefio y cons brucción de 1 med idor
de referencia y realimentación 633.4.2 Disefío y construcción del medidor
de las señales de error y control 68
CAPITULO IVDISERQ DE LA ETAPA DE CONTROL DE FLUJO DE AIRE
4, 1 Diagrama de bloques general 724.2 Diseño y construcción del control 73
4.2,1 Detector de error 73A. 2. 2 Controles P, I , D; QN-OFF 744 . 2. 3 Etapa de potencia 75
&. 3 Métodos de a juste de controles 79
CAPITULO VPRUEBAS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS >
5.1 Descripción de las pruebas y presenta ciónde los resultados 555.1.1 Pruebas del sensor /trans mi sor 855.1.2 Calibración de tas acciones
- de control PID3 ON-OFF 855.1.3 Calibración del medidor de referencia
y realimentación en porcentaje 875.1.4 Calibración del medidor de las señales
d e e r r o r y control 875-1.5 Resultados obtenidos 87
5.2 Rangos de trabajo 905, 3 Coclusiones y recomendaciones 9®
ANEXOS
ANEXO IMANUAL DE USO Y MANTENIMIENTO
1. 1 Descripción del sistema 931.2 Normas de uso 941.3 Normas de mantenimiento 95
ANEXO 1 IPLANOS DETALLADOS DE LOS CIRCUITOSELÉCTRICOS I MPLEMENTADOS 96
ANEXO I I ILISTA DE ELEMENTOS UTILIZADOS 97
APÉNDICE A 99
1.- Información sobre los sensores térmicos resistivosu t i I izados.
2.- Información sobre el medidor de la velocidad delf lujo "Tubo de Pi tot".
3. - Información de los principales C.I. utilizados en elproyecto ,
INTRODUCCION
En la mayoría de los procesos industria1 es, se requiere
controlar y mantener constantes algunas magnitudes,
tales como la presión, el n i v e l , la temperatura, el pH,
la. conductividad, la velocidad, la humedad, etc. La
utilización del flujo de aire permite controlar la
mayoría de estas variables, directa o indirectamente.
Es por esta razón que se ha .visto la necesidad de inclu-
ir en el proyecto CONUEP 85-06 " DISECO Y CONSTRUCCIÓN
DEL LAB. DE INTRUMENTAC1ON " un sistema en el cual se
pueda realizar el contol del flujo de aire y posterior-
mente ve-r la posibilidad de la utilización del mismo
sistema para controlar otras variables, tales como la
presión, la temperatura., etc.
Para realizar la medición y el control del f íujo de aire
se escogido el sensor tipo Térmico de Thom^s, por la
siguiente causa: Para su construcción en su mayoría se
utilizaría principios eléctricos y electrónicos, en
cambio otros de los posibles sensores aplicables al
proyecto involucran principios mecánicos.
- A l ser este un trabajo que esta bajo los 1 ineamientos
del Lab. de Instrumentación, posibilitará e l que se
utilice para demostraciones prácticas a los nuevos
estud iantes, en el campo de la instrumentación. Además
permitirá que posteriormente se siga imp1 ementando en el
mismo prototipo otras formas de detección, medición y
control de esta y otras variables.
C A P I T U L O I
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
1.1 CONCEPTOS SOBRE FLUJO DE GASES
1.1.1 PROPIEDADES GENERALES
La. dinámica, o estudio de! movimiento de la materia, se
puede dividir en dos partes: dina, míe a de cuerpos rígi-
dos y dinámica de cuerpos f l e x i b l e s . Esta última com-
prende dos clasificaciones generales: elasticidad Csóli^
dos elásticos) y mecánica de fluidos. Como una gran par_
te de la tierra comprende al estado fluido, es apenas
obvio que científicos e ingenieros necesitan obtener co_
nocimientos acerca, de los fluidos. Pero antes que nada
¿Qué es un fluido? ¿Qué hace que un fluido sea diferen-
te de una. substancia sólida y elástica tal como una ba-
rra, de acero?.
Simplemente un fluido es una substancia incapaz de re-
sistir fuerzas o esfuerzos de corte sin desplazarse,
mientras que un sólido sí puede hacerlo. Los fluidos se
clasifican generalmente en líquidos y gases. Un 1 í -
quido esta sometido a fuerzas intermoleculares que 1 o
mantienen unido de tal manera que su volumen es defini-
do pero su forma no. Cuando se vierte un 1íquido dentro
de un recipiente, ocupará dentro de este un volumen i-
gual al suyo propio sin importar la forma del recipien-
4
te. Los líquidos son ligeramente compresibles y su den-
sidad varia poco con la temperatura o la presión.
Un gas, por otro lado, consta de partículas en movimien
to que chocan unas contra otras y tratan de dispersarse
de tal forma que un gas no tiene forma ni volumen defi-
nidos, llenará, completamente cualquier recipiente en el
cual se coloque. Para una masa dada o sistema de un gas
la presión, la temperatura y el volumen que ocupa, se
relacionan por medio de la ley de los gases.
Se puede clasificar el flujo de fluidos en diferentes
formas, observando algunos de los diferentes tipos de
flujo y relacionándolos con algunas de las experiencias
y observaciones diarias, pero antes es necesa rio defi-
nir algunos términos para formar un lenguaje en el cual
se pueda hablar con propiedad sobre el tema.
1.1.2 CONCEPTOS BÁSICOS
a) Densidad.- Es la relación entre la masa de un cuerpo
o substancia homogénea y su volumen (masa por unidad de
volumen), esto es:
f = m/V (1.1)
5
b) Den si a dad re latí va, - Es la relación entre la masa de
la substancia, y la masa de una substancia de referencia
en un mismo volumen, esto es:
f r = [/( [H20> (1.2?
c) Peso específico .- Se define como la relación de pe-
so por unidad de volumen, esto es:
Pe = w/V = mg/V = [g (1. 3)
d) Presión.- La presión en un fluido en reposo se defi-
ne como la fuerza de compresión normal por unidad de á-
rea (esfuerso normal) que actúa sobre una superficie su_
mergida en el fluido. Se puede medir la presión por la
fuerza que actúa sobre la cara de un cubo unitario (cu-
bo con dimensiones unitarias) colocada dentro del flui-
do. Debemos imaginar que el cubo no perturba al fluido,
de tal modo que la presión real en un punto del fluido
es igual a la fuerza que actúa sobre una cara del cubo
dividida por el área de esa. cara en el limite, cuando el
área es indefinidamente pequeña. La presión en un punto
de un fluido es isotrópica, o sea, que la fuerza es la
misma- sobre todas las cara.s del cubo, sin interesar la
orientación del cubo en el espacio. Esta presión
isotrópica se I lama presión hidrostática y es la propie,
dad termodinámica que se aplica o emplea en la ley de
los gases. Si la presión cambia de un sitio a otro en el
6
fluido, existe una fuerza neta de presión sobre cua_l_
q u i e r volumen fijo del fluido que pueda balancearse con
una fuerza externa como la gravedad, o si el fluido se
mueve, la fuerza de presión genera una aceleración.
En una situación dina.mica (cuando el fluido se mueve)
puede existir, a más de la. presión, fuerzas o esfuerzos
de corte. Sin embargo, la presión continúa siendo iso-
trópica y se define tal como se hizo anteriormente, pe-
ro debe medirse con el esfuerzo normal sobre un área, que
se mueve al tiempo con el fluido. Existen algunas
dificulhades en el movimiento de gases cuando los es-
fuerzos normales sobre un cubo son bastante diferentes
en todas :las direcciones; aquí podemos definir una pre-
sión hidrostática isotrópica, pero actúan también peque_
ñas fuerzas adicionales en diferentes direcciones debi-
do a. los esfuerzos de viscocidad.
í im F dF (1.4)p = =.
A 0 A dA
e) Viscocidad, fricción y flujo Ideal.- La viscociadad
es una propiedad de los fluidos que causa fricción. La
importancia de la fricción en las situaciones fisicas
depende del tiempo de fluido y de la configuración fi si.
ca o patrón de flujo. Si la fricción es despr es i ab 1 e , se
clise que el flu.lP es i d e a l , La fricción puede or-iginarce
por viscocidad o por turbulencia.
Uniría Móvil
""Í*F
1.1 Flujo entre láminas paralelas para ilustrar laviscocidad. La velocidad v es lineal a travésdel canal, v en el fondo y v en la superficie.Un pequeño elemento muestra el elemento decorte.
Hablando muy generalmente, la viscocidad es una medida
de la resistencia del fluido al corte cuando el f l u i d o
está en movimiento ( debe recordares que un fluido no
puede resistir esfuerzos de corte sin moverse, y un só-
lido si). Considérense dos láminas paralelas de gran ta_
maflo, figura 1.1, con movimiento relativo estable. El
fluido entre las láminas tiene un perfil lineal de v e 1 o_
cidad, como se ve en la figura C si no existe gradiente
de presión a lo largo de las láminas en la dirección del
movimiento). No existe deslizamiento entre el fluido y
las láminas; o sea, que en el interfase entre el fluido
y el sólido, la velocidad del fluido tiene que ser igual
a la del sólido. Si consideramos un pequeño elemento
del f l u i d o , como se muestra en la figura 1.1, el esfuer-
8
zo constante r en la superficie que es numéricamente
igual al del fondo, en este caso se puede escribir:
r = jj Jjj. (1.5)
donde ¿r es la viscocidad, constante de proporcionalidad
entre el esfuerzo de corte y el gradiente de velocidad.
2Las unidades de la viscocidad son g-seg/cm ^n el s iste_
ma absoluto de unidades. La relación entre la viscoci-
dad jj y la densidad se llama viscocidad sinemática y
se designa por v.
La viscocidad de un líquido decrece con el aumento de
temperatura (como se puede ver al tratar de prender un
automóvil en una man*ana fría) pero en los gases crece
con el aumento de temperatura. La viscocidad en los f 1 u_
idos depende también de la presión, pero esta dependen-
cia tiene pequeña importancia comparada con la varia-
ción de temperatura en problemas de ingeniería.
f) Flujo laminar y flujo turbulento.- Los términos flu-
jo laminar y flujo puramente viscoso se usan como sinó-
nimos para indicar un fl u i d o que fluye en láminas o ca-
pas, sn oposición a! flujo turbulento en el cual las
componentes cíe la velocidad tienen fluctuaciones turbu-
lentas al azar que se imponen sobre sus valores medios
(figura 1.2). Cuando se inserta una corriente de humo o
tinta en un flujo laminar, trazará una linea delgada que
9
está compuesta siempre de las mismas partículas de
fluido. En flujo turbulento la linea de humo se confunde
rápidamente y se mezcla, con las partículas de fluido a
medida que este fluye, fomando gran cantidad de nubes y
filamentos que se van dispersando. Un ejemplo vivo de
flujo laminar está en la m i e l espesa cuando se vierte en
una bote 1 la.
¿ Qué determina si un flujo es laminar o turbulento? Lo
determina en un f l u i d o dado, la velocidad y la configu-
ración o tamafio del conducto. A medida que la velocidad
aumenta el flujo cambiará de laminar a turbulento, pa-
sando por un régimende de transición. Los dos tipos det
flujo ocurren en la naturaleza, pero el turbulento pare.
ce ser el más usual.
Se puede tener un ejemplo sencillo de esta transición al
observar el humo que se eleva de un c i g a r i l l o o de la
leña. Durante una distancia el humo asciende de una
manera laminar . Después, casi bruscamente, comienza a
mezclarse, se convierte en turbulento y la columna, de
humo se extiende rápidamente y se diluye. La turbulen-
cia ayuda en la difusión del humo y hace que se diluya
en una corriente amplia y caótica.
Los efectos de viscocidad están siempre presentes en
flujo turbul-ento, pero son superados generalmente por
los esfuerzos cortantes turbulentos.
10
g) Tensión superficial.- El término tensión superficial
se usa ampliamente para identificar el esfuerzo aparen-
te en la capa superficial de un liquido. Esta capa ac-
túa como una membrana sometida a tracción y puede dar
origen a una diferencia de presión a través de una su-
perficie liquida curva Co sea una interfase aire-liqui-
do). Realmente, !a tensión superficial es una energia
asociada con cualquier interfase de fluido-fluido, y la
interfase aire-líquido es la más común. Como la s u p e r f JL
cíe liquida actúa, como una membrana, notamos por qué un
liquido puede formar un menisco en un tubo capilar, y
porque las gotas de a g u a son más o menos esféricas.
Lineasde corr i ente
Laminar
L íneasde corriente
Turbu 1 en to-
Fig. 1.2 Flujos laminar y turbulento,Las I ineas indican 1 as trayectorias de laspar t í cu I as.
11
h) Flujo compresible e imcompresible.- Es costumbre di-
vidir los flujos en dos grupos: gases y 1 i q u idos. Los
gases son compresibles y su densidad cambia concidera-
blemente con la temperatura y la presión. De otro lado,
los liquidos presentan dificultad a la compresión y para
muchas problemas se puede considerar como incompre_
sibles. Sólo en situaciones tales como propagación del
sonido en liquidos es necesario .considerar su compresi-
b i 1 i dad.
En un gas la densidad esta relacionada con la temperatu,
r a y la presión por la ley de los gases (recuérdese que
para un gas perfecto P= RT). En un liquido, la densi-
dad se relaciona con la temperatura con un coeficiente
de expansión igual que para un sólido, y la relación con
la presión se puede escribir como:
dp= e» d r ci.6)
done O es el módulo de compresión volumétrica.
i 5 Flujo estable.- Por flujo estable se entiende aquel
en el cual las componentes de la velocidad y las propie.
dades termodinámicas en cualquier punto del espacio no
cambian con el tiempo. Realmente, si fuéramos a seguir
una partícula fluida, en particular, notaríamos que tan-
to la velocidad como las propiedades pueden cambiar en
el transcurso de su movimiento. Sin embargo, esto no nos
interesa. En mecánica de fluidos preguntamos siempre:
¿Qué sucede en un punto particular del espacio sin
12
observar que partícula fluida está a l l í en determinado
momento? En este sentido, flujo estable significa que
nada cambia con el tiempo en cualquier punto del espa-
cio. Una película o una fotografía instan táviea señala-
rán siempre lo mismo sin importar en que tiempo se to-
men. Es importante anotar que un fluido puede tener una
aceleración en un punto del espacio aun en caso de flujo
estable. Una partícula fluida puede moverse, pero en un
punto particular del espacio se comporta exactamente i™
gual que la partícula que estaba ocupando ese sitio.
j) Caudal . - (Velocidad del flujo) es la velocidad del
movimiento del fluido, expresada en magnitudes de cant^_
dad de flujo por unidad de tiempo-
k) Caudal de volumen de un fluido.- Es la velocidad del
flujo expresada como volumen de f l u i d o por unidad de
tiempo.
1) Caudal de masa de un fluido.- Es la velocidad de f 1 u_
ido expresada en masa de fluido por unidad de tiempo.
1.2 CONCEPTOS GENERALES SOBRE TRANSDUCTORES
1.2.1 DEFINICIÓN DE TRANSDUCTORES
Muchos dispositivos sensores y diversos elementos de los
dispositivos de ana! i sis, son real mente transductores.
13
Un transductor es, simplemente, un dispositivo que
proporciona una sal i, da utilizable en respuesta a una
magnitud física, propiedad o condición específica que se
desea medir, pero los transductores han sido, son y
posiblemente siempre serán denominados por diferentes
nombres en diferentes diciplinas técnicas. En los proce.
sos industriales son denominados usualmente transmiso-
res (por ejemplo transmisor de presión, transmisor de
temperatura). En algunos casos se denominan sensores
(sensor de presión, sensor de fuerza, sensor de tempera,
tura). En algunos campos, sobre todo en el área de los
dispositivos electroópticos se denominan detectores.
Algunos autores definen al transductor como un aparato
compuesto de dos partes: el sensor y el acondicionador
de señal. El sensor se define como el elemento primario
sobre e! que actúa directamente la variable a medir, y
las modificaciones causadas por este, se convierten en
señales de información. El acondicionador de señal con-
vierte las señales integradas por el sensor en informa-
ción proporcional a la magnitud de la varia.ble dinámi-
ca, en una forma que puede ser utilizada, en elementos de
control o por el elemento de medida -
1.2.2 PRINCIPIOS DE TRANSDUCCION
Los principios de transducción más comúnmente útil iza-
dos nombraremos a continuación:
- Capaci ti vo
14
- 1nduct i Vo
- Re 1uc b i vo
- E l e c t r o m a g n é t i c o
- Pi ezoe1éctrico
- Resistivo
-Fotenciométrico
- Fotoconductivo
- Fotovoltalco
- Termoeléctrico
- Ioni za ción
Ceda sensor trabajando con un mismo principio puede ha-
Mar un sinnúmero de aplicaciones, así por ejemplo un
sensor del tipo capacitivo puede servir para detectar
cambios de presión, n i v e l , desplazamiento, etc.
Algunos de los elementos de transducción básicos no re-
quieren una excitación externa C transducci ón electroma_g_
nétice, piezoeléctrica, fotovoltaica y termoeléctrica).
Estos elementos de transducción se conocen como autoge-
neradores o activos.
1.2.3 CARACTERÍSTICAS GENERALES
A continuación se explican las carácter isti cas genera-
les aplicadas a los transductorss.
a) Características de la magnitud a medir.- Un fci~snsduc_
tor se diseña usualmente para medir una magnitud
15
fica y responder únicamente a esta magnitud. Obras mag-
nitudes pueden seí calculadas por la. relación existente
con otras magnitudes medidas por transductores. Sin em-
bargo, cada transductor, es específico por la magnitud
que mide y por el rango de medición que puede efectuar.
El rango de un transductor se especifica, como los l i m i -
tes superior e inferior de los valores de la magnitud a
medir, LB a m p l i t u d de medición esté dada por la diferen_
cía algebraica entre los dos límites de rango.
E1 sobre rango es la magnitud méxima de medida con que se
puede aplicar a 1 transductor y ocacionarle un cambia de
prestaciones dentro de unas tolerancias específicas.
b) Características eléctricas de diseño.- Las caracte-
rísticas eléctricas de diseño básicas de un transduc-
tor, excitación, salida, tierras y las impedancias de
salida, entrada, fuente y carga se ilustran en la figu-
ra 1.3 en la que el tra.nsductor se observa como una "ca_
ja negra", esto es, sin analizar su operación interna y
únicamente como un dispositivo que debe realizar una i n_
terfase eléctrica con otros equipos.
1S
T:*AMS»UCTÜ«
//
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\. r-— .
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Fig, 1.3 Características eléctricas básicas
de un trs.nsductor
A excepción de los tipos autogeneradores, los transduc-
tores requieren una excitación, consistente de una ten-
sión eléctrlca (o corriente eléctrica) externa ap1 i cada
a l mismo para su operación apropiada. La impedancia de
la fuente de excitación, presentada al transductor, es
la impedancia de La fuente CZ). La impedancia de un
transductor presentada a la fuente de excitación es la
impedancia de entrada ^2 .), La impedancia de los ca-
bles de excitación se concidera' par te de la impedancia
de la fuente, La impedancia a través de los terminales
de salida del transductor es la impedancia de salida
CZ ¡), La impedancia. presentada en los terminales de
sa l ida del transductor por la circuiteria externa, aso-
cia da C por ejemplo, la circuiteria de acondicionamien-
to de seíis.1. el dispositivo de visualización?, se deno-
mina la carga, y la impedancia debida al cableado entre
17
el transductor f terminales de salida) y a la carga es la
i m pe dañe i a de carga C Z, ) .
La salida es la magnitud eléctrica producida por el
transductor, que es una función de la magnitud amplia-
da. La salida es usualmente una función continua de la
magnitud a medir (salida analógica) en forma de una am-
plitud de tensión, una relación de tensiones, corriente
o a veces como cambio de capacidad, inducción y otros.
La frecuencia de salida, cuando el número de ciclos o
los pulsos por segundo son función de la magnitud a me-
dir las salidas moduladas en frecuencia, con desviacio-
nes de frecuencia a partir de una frecuencia central
también son formas de salida analógica.
Los elementos electrónicos y eléctricos relacionados en
el proceso deben ser especiales, así por ejemplo: los
amplificadores deberán presentar inmunidad al ruido, e.s_
tatai ! idad de ganacia y estabi 1 idad térmica; se debe ase.
gurar un buen si si: e m a de tierra, cab les cortos y apro-
pia, dos en la. transmición de señales,
1.3 MÉTODOS UTILIZADOS PARA 5EN5AR EL FLUJO
1.3.1 SENSORES DE FLUJO POR DIFERENCIA DE PRESIÓN
La medición de flujo se realiza comunmente forzando al
flujo a f l u i r dentro de un tubo con restricciones de m a.
18
ñera que la velocidad cambia en cada punto y se crea una
diferencia de presión proporcional al flujo. El f l u i d o
también puede f l u i r por tubos de sección curvada de
manera que la velocidad cambie en la reg'ión de curvatu-
ra, causando una diferencia, de presión entre puntos del
dispositivo. Como el producto del área, de la sección del
tubo y la velocidad del fluido es constante a pesar de
las restricciones, la velocidad a. u. menta en la son a. del
érea restringida y la presión cambia, correspondien-
temente. La diferencia de presión resultante se mide por
medio de un transductor de presión diferencial (figura
i.4). el caudal de masa del f l u i d o es aproximadamente
proporcional a la raíz cuadrada de 'la diferencia de
presión, Al punto en que la. presión es mínima en la sona
de restricción se le denomina vena contracta.
19
Flujo
JTÍ
-—^** íi i—-u K? 1"
Transducicf AP
mF día P í3ftja v •nu.io
F i g, 1,4 Medida de la presión diferencial debida a l
c a u d a 1 .
Elementos usados para la medida del flujo mediante el
método de presión diferencia] (galgas de presión) se
ilustran en la figura 1.5.
La armadura horadada C a) se inserta, entre dos pestañas.
La boca en la armadura puede ser circular tanto exéntri_
c a como concéntrica con respecto a la línea centra] del
tubo, o puede ser segmentada (otra forma diferente al
círculo). La boca puede ser cuadrada o cónica, en el Jado
de salida, al de entrada o ambos. Las espitas de
medición de la presión se colocan al lado de las pes t a.
ñas Cespitas de pestañas) directamente en la vena con-
tracta Cespitas de vena contracta), y al principio y al
final (espitas de tubo).
20
El tubo de Vénturi Cb), cuya configuración externa es
normalmente en forma de barrí! en vez de seguir la conf¿
g u ración interna, usualmente tiene sus espitas de pre-
sión en el centro y al principio de la zona cónica.
La tobera Cf) se forma entre dos pestañas. Tiene forma
redondeada, para ocasionar que la descarga de flujo sea.
paralela can is 1 inga central del tubo y en dirección
3. \ sección de s a I i d a . En la tobera -Vénturi la sección
inmediata despules de la salida de la tobera se configu-
ra como el cono de salida de un tubo de Vénturi.
El tubo estático de Pitot Ce) es un tubo en ángulo rec-
to insertado en el canal del fluido de tal manera que la
presión total (suma de las presiones esté, ticas y de
impacto Pí) se detecta por la espita accial y la pre-
sión estática, Po se determina por la espita lateral de
manara normal a l eje del flujo. En ¡a configur ación cía.
sica del tubo de Pitot la espita detectora de la pre-
sión estática se encuentra en la. pared del tubo, la ca-
ra al punto en que se sitúa la espita de presión total.
En las secciones centrífugas, tanto en codo Cd) como en
bucle Ce), la fuerza centrifuga causada por el cambio de
dirección del flujo, ocaciona un gradiente de presión
a lo largo del raadlo, de manera que la presión es mayo
donde el radio de curbatura es mayor.
r
Flujo
Flujo
Flujo
(b)
Flujo
Flujo
FLg, 1,5 Elementos de un sensor de flujo por presiónd i f e r e n c i a l : ( s > placa, horadada; (b) tubo deVén hur í ; (c) tubo de Pitot; Cd) seccióncentrifuga (. c o d o > ; (e) sección centrífuga,(bucle); <f > cuello.
1.3,2 SENSORES MECÁNICOS DE FLUJO
Se d i s e fi a n elementos mecánicos orientados a responder
al flujo de un f l u i d o uve di ante un desplazamiento o una
flexión, o por rotación a una velocidad proporcional a
la velocidad del flujo. Los medidores de flujo de área
va r isb1 e usan un flotador en una sección ver tica I del
tubo; el flotador se desplaza, hacia a.delante cuando au-
menta, la v e 1 o c i s d del flujo de manera que el peso del
flotador e q u i l i b r e la fuerza' actuante (figura 1. 6a) . El
22
émbolo acoplado con un mu el le de la figura 1 . 6b, en con,
junción con una restricción en el tubo de forma apropia,
da, opera de manera similar al principio de área varia-
ble. El flujo actuante sobre una. p 1 acá acop 1 ada a un
m u e l l e (figura l.Gc) o sobre una lamina en voladizo con
un cuerpo en forma de disco unido a la misma (figura
1.6d) responde 3 los cambá, os de velocidad de flujo con
cambios de f l e x i ó n o de deformación de la lámina, res-
pectivamente. El ú l t i m o principio, en donde el flujo im.
pacta sobre un disco en el extremo de la lámina se usa
también operando en modo de fuerza equilibrada. Un ele-
mento interesante es el cuerpo de arrastre, soportando
en una sección del tubo por un elemento cuya deforma-
ción o dep1asamiento debido al arrastre del cuerpo es
indicativo de la velocidad del flujo.
Los elementos mecánicos sensores de flujo descritos an-
teriormente no son tan frecuentemente utilizados como
los tipos rotativos, empleando diversos diseños de héli
ees (como los usados en la medición de la velocidad del
'viento) o más notablemente un r o d i l l o turbina o cúpulas
rotativas (usadas en anemómetros, elementos sensores de
la velocidad del viento); estos elementos se ilustran en
ia "figura 1.7.
—1 Despía
Flujo
Desplazamiento
Ib)
Desplazamiento
FlujoFlujo
Deflexión'
Id)
Fig. L . 6 Elementos sensores de flujo por d^splmiento mecánico; (a ) flotador f é r e 3v a r i a b l e > ; ( b > tapón accionado pormué 1 1 <? { £ r og vs r i ?b ) e í ; fe) Eispa congozne; í d > ? í? p ;= con v o 1 B d i z o .
F i g - 1.7 Elementos; sensores de flujo por rotación,mpcénic?: < a) h é! i c »; ib) turbina;fe) conjunto de copa?.
24
1.3.3 SENSORES TÉRMICOS DE FLUJO
La cantidad de calor transferida entre dos puntos en un
fluido en mohiento es proporciona) a la velocidad de la
masa de fluido. El primer medidor de flujo térmico fue
descrito por C. C, Thomas, en 1911 y desarrollos y refi-
namientos de disefíos posteriores no alteran sustancia 1-
mente los componentes básicos de ests diseño (figura
1.8a); Un elemento calefactor inmerso en el flu i d o y dos
sensores de temperatura uno localizado antes del
calefactor para determinar la temperatura de fluido fc1,
como referencia, la otra localizada posteri cemente para
detectar la temperatura t« adicional correspondiente a. 1
calor transferido desde el calefactor al fluido en mov i_
miento. El calor cedido Qn y la velocidad de la masa del
f l u i d o Qu se relaci onan mediante Q^ = c (tg - ^i^ QH -n
donde c es el calor especifico del fluido. Los termo.
p a res, originalmente usados para sensar la temperatura.
ahora están siendo reemplazados por sensores de tempera,
tura resistivos.
. Floto
T/C Calefaclor
Tal
25
FlujoIb)
(el
Fig. 1-8 Sensor de flujo térmico:(e) medidor de flujo de Thomas(b> medidor de flujo por capa l í m i t eCe) anemómetro de h i l o caliente.
Como la potencia calorífica precisada en este tipo de
d Í se fio crece dra me h i cemente con el diámetro del tubo,
el uso de estos sensores está l i m i t a d o a tubos de pe-
queñas dimensiones. En tubos de dimensiones grandes,
sin embargo, se pueden intercalar secciones pequeñas
que muestren 19 velocidad de la masa del flu i d o . Otra
manera mediante l a cuaI puede limitarse la potenci?
calorífica cedida consiste en inyectar el calor única-
mente en la caps l í m i t e del f l u i d o , adyacente a la pa-
red del tubo. En estos medidores de flujo de capa l í m i -
te los sensores de temperatura están instalados en la
parte interior de la superficie del tubo y el calefac-
tor está embutido en una muesca en la pared interior
del tubo, aunque aislado del f l u i d o colocado al rededor
del tubo (figura 1,8b>. La cantidad de calor cedida va-
ría con la velocidad de la masa del flujo y la tempera-
tura diferencial, de manera, que la relación es más com-
26
pieja que el medidor de flujo de Tbomas.
El anemómetro de h i l o caliente (figura 1.8c) consiste
básicamente en un h i l o delgado ca lentado y cuyo enfria-
mieto debido al flujo del f l u i d o es indicativo de la ve.
1 ocidad de la masa del flujo. Algunos diseños u t i l i zan
películas conductor a. s delgadas en vez de un hilo. El en.
friamiento se detecta en forma de un cambio en la resi.s_
tencia de un hilo. El anemómetro de h i l o caliente a si-
do utilizado principalmente para medidas de flujo de ai-
re (la palabra griega anemos significa viento) pero aho_
ra se utiliza en un amplio numero de aplicaciones.
1.3.4 SENSOR MAGNÉTICO DE FLUJO
Un fluido conductor (incluso medianamente conductor)
que fluye trB.nsversalm3.nte en un campo magnético induce
una fuerza electromotriz; que crece al aumentar la velo-
cí dad del flujo (figura 1,9). El campo magnético se cre_
a típicamente mediante un electromagneto excitada por
corriente senoidal c.a. o pulsada de c.c., y dos elec-
trodos se usan para d.etectar la tensión.
Devanadomagnético
Periil riodo Unjo
Períi! de velocidadde flujo turbulento
_
Fig. 1.9 Sensor magnético de flujo
1.3,5 SENSORES DE FLUJO POR OSCILACIÓN DE FLUIDO
Se puede introducir en un conducto de fluido con flujo
dispositivos que provoque en el f l u i d o movimientos o c i -
latorios proporcionales a la velociada volumétrica del
flujo. Las formas de oscilaciones utilizadas pueden cía.
sificaree en oscilaciones naturales y oscilaciones for-
zadas. £1 fcipo de oscilación forzada está dada por la
generación de vórti ees que ocasionan que el flujo sea
espiral, con el perfil de velocidad caracterizado por
una velocidad máxima (m inima presión) según la línea
ceTitral (núcleo) del conducto que es además la linea
central del dispositivo sensor. Cuando el fluido encuen.
tra una área de ampliación el eje de rotación se despla.
23 de un camino recto a una camino he 1 icoidal ; el cami-
no _» asi mismo, entra en rotación (proceso). La frecuen-
cia a la que el núcleo del vórtice rea. liza la precesión
28
al pasar por un punto dado es proporcional a la veloci-
dad volumétrica, del flujo en el método de sensor de flu.
jo por precesión de vórtice (figura i, 10 a ) . Esta fre-
cuencia es detectada por un sensor de respuesta, rápida,
como un sensor piezoeléctrico, produciendo a. su salida
una. frecuencia proporcional a la velocidad volumétrica
del flujo.
Se genera TI oscilaciones naturales en el fluido al s u m e r_
gir en el un cuerpo productor de vórtices. Los vórtices
se producen debido a que las fuerzas de fricción de la
superficie del vórtice actúan en la capa l i m i t e del flu.
ido. La forma del vórtice, forma estable con picos al-
ternados, es conocida como forma de vórtice de Von Kar-
man- La forma es diferente para ios diferentes cuerpos;
en IB. figura 1. 10b se muestra la forma típica cuando se
utiliza como cuerpo a un cilindro recto circular. Las
fluctuaciones periódicas de las fuerzas del vórtice se
detectan con un dispositivo, como un sensor de fuerza
con galgas extens i orné t r i cas proporcionando 3 su salida,
una frecuencia proporcional a la velocidad de flujo.
Región de ba[a prosíón (alta Vatocídad)
1. i 0 Sensor de flujo por f l u i d o oscilante:a) oscila.ción forzada, (presesión de vór-
tice) ;b) oscilación natural (vórtice lanzado),
1.3.6 SENSOR DE FLUJO NUCLEON1CO
Cuando una porción de un f l u i d o en movimiento se con-
vierte parcialmente en radiactiva, por inyección de uni
elememto radio isótopo o por otros métodos, como un taom_
bardeo de neutrones (figura 1.11), la cantidad de ra-
diactividad, detectada en un punto avanzado del fluido
por un sensor de radiación, es indicativo de la veloci-
dad del flujo, dada por los cambios en el contador del
detector de radiación. Este método es utilizado a veces
para la medida de fluidos con dificultades (multifase o
fluidos de composición variable, grasas o suspensiones)
Fuento do neutrones
CCCZZZZZZ2 •/•>-f-r-j-~frrr
Delectar -
-Flujo
Fig. 1,11 Sensor de flujo nucleónico
1.3.7 SENSOR DE FLUJO MEDIANTE DISOLUCIÓN TINTADA
Este método se utiliza frecuentemente en la medida de
flujos de canales abiertos, zanjas, cloacas y conductos
naturales. Una tinta trazadora se inyecta en el'conduc-
to, a velocidad constante o de un único impulso (inyec-
ción pulsada) y un sensor de fluorescencia, colocado en
un punto más avanzado que el punto de inyección, detec-
ta el paso de la disolución tintada. Cuando se inyecta
a velocidad constante, el fluorímetro se utiliza para
medir la concentración de tinta como consecuencia de la
velocidad del flujo. Cuando se aplica en forma de impui.
so, se mide el tiempo transcurrido desde la inyección
hasta la-detección por el sensor. En la figura 1.12 se
muestra el método general.
31
FluoHmelro
F i g . 1,12 Sensor de flujo por disolución de tinta.
1.3.8 SENSOR DE FLUJO ULTRASÓNICO
Diversos principios se usan en los sensores de flujo uj_
trasónicos. Normalmente se pres i san uno o más pares de
transductores, excepto en el método de ruido, en el q^ie
se usa solamente un transductor que detecta las varia-
ciones del nivel sonoro del tubo. Los transüuctores son
emisores o receptores de energía ultrasónica o pueden
operar de ambas maneras. Un transductor usado como emi-
sor de sonido (todo e) tiempo o mitad del tiempo) se de_
nomina activo, mientras que un transductor usado sola-
mente de recepción se denomina pasivo. El transductor
puede estar en contacto con el fluido a medir (húmedo)
o acoplado al exterior del tubo (abrazado).
La configuración más típica es la de un par de transduc.
tores, determinando la velocidad del flujo por la medi-
da de la velocidad de propagación del sonido por el f1 u.
ido. Los cambios de velocidad usando sefía 1 es continuas
como pulsadas, pueden ser medidas en términos de di fe-
32
rencia de tiempos de recorrido, diferencia, de fase o di_
ferencia de frecuencia. Corresponden a la detección del
tiempo, fa.se o frecuencia. El principio básico para, la
detección del caudal por ultrasonido por diferencia de
frecuencia se muestra, en ía figura 1.13.
Tfansductor t
Flujo
Transductor 2
Flujo •
Ib)
Fíg. 1.13 Sensor de flujo ultrasónico (principiode diferencia de frecuencia):(a) en contacto con el fluido;(b) abrazado a la conducción
C A P I T U L O I I
MEDIDORES DE FLUJO DE GASES
2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS MEDIDORES
En 1 a mayor parte de las operaciones realizadas en los
procesos industriales y en las efectuadas en laborato-
rio y en plantas piloto es muy importante la medición
de los caudales de líquidos o de gases.
Existen varios métodos para medir el caudal según sea
el tipo de caudal volumétrico o másico deseado. Entre
los transductores más importantes figuran los siguien-
tes:
2.1.1 MEDIDORES VOLUMÉTRICOS
Los medidores volumétricos determinan el caudal en volu_
men del fluido, bien sea directamente (despl 3. zamiento),
bien indirectamente por deducción (presión diferencial,
área variable, velocidad, fuerza, tensión inducida, tor_
be 1 1ino).
Hay que señalar que la medida del caudal volumétrico en
la industria se efectúa principalmente con elementos que
dan lugar a una presión diferencial al paso del fluido.
Entre estos elementos se encuentran la p1aca-orifici o o
diafragma,la tobera y el tubo Vénturi.
34
A conti-nus.ción se presenta un cuadro sinóptico de los
diferentes medidores volumétricos especificando el sis-
tema, e 1 elemento y el transmisor utilizados.
Si stema
P res i oríd i ferenci a 1 >
Áreavariable
Ve locidad
Fuerza
Tens ioninducida
E 1ememto
P laca-orif icioTobe ra
Tubo VenturiTubo PitotTubo Annubar
Rotámetro
Transmi sor
conectados a.tubo U Equilibrioo s. elemento de fuerzasde f u e l l e Silicio
o de diafragma difundido
Equi 1 ibriode
mov imi entos
Potenci orné-tr i coFuente deimpedancias
Vertedero con flotadoren canales abiertosTurbinaSonda s ultrasónicas
Placa de impacto
Medidor magnético
Desp1azamiento<pos i ti vo
Disco giratorioPistón oscilantePistón alternativo
Potenci orné-tricoP i ezoe 1éc-tr ico
Equi1ibriode fuerzasGa1 gase xtensóme-
tr i cas
Convert i do rpo teñe i orné-
t r i co
Generadortacométricoo
f C i c l o i d a l t r ansduc to rM e d i d o r r o t a t i v o ^ B i r r o t o r d e i m p u l s o s
[O val I
Medidor de frecuencia de TransductorTorbellino termistancia, o condensador de
o ultra, sonidos resistencia
35
2.1.2 MEDIDORES MASICOS
La determinación del caudal masa puede efectuarse a p a r_
tir de una medida volumétrica compensándola para las va.
riaciones de densidad del fluido, o bien determinar di-
rectamente el caudal masa aprovechando características
medióles de la masa del fluido.
En el primer caso se compensa directamente la densidad
o bien las variables de presión o temperatura.
Si bien en la industria, se utilizan medidores volumé-
tricos de caudal, con el caudal determinado en las con-
diciones de servicio, o bien compensando según la pre-
sión, la temperatura o la densidad, en ocasiones intere.
sa aprovechar carácter isti cas medibles de la masa. En
este caso existen dos si temas básicos, los instrumentos
térmicos y los de momento angular. En menor escala se
utilizan los de presión diferencial.
En el siguiente cuadro sinóptico se presentan los dife-
rentes tipos de medidores especificando como en el cua-
dro anterior, el sistema, el elemento y el transmisor
uti 1 izados.
S i stema
36
E 1 emento Transmisor
CompensasIon depresión y tempe-ratura en medido-res volumétricos
Té rmi co
Momento
Par giroscópico
D i ferenc ia detemperatura endos sondas deres i stenci a
Medidor axialMedidor axial dedob1 e turb ina
Tubo giroscópico
Presión diferencial Puente hidráulico
Puente deWheatstone
Conver t i dorde par
Equi1ibr i ode fuerzas
2,2 DESCRIPCIÓN DE LOS MEDIDORES APLICABLES AL PROTOTIPO
TÚNEL DE VIENTO
Existen varios métodos para medir el caudal según sea
el tipo de caudal volumétrico o másico.
De la. gran variedad de medidores existentes, para nues-
tro proyecto, como primera posibilidad hemos escogido
los s i eui en tes:
37
2.2.1 MEDIDORES VOLUMÉTRICOS APLICABLES AL PROYECTO
Dentro de los medidores volumétricos aplica.bles al pro-
yecto tenemos:
3.) TUBO DE P ITOT
El tubo de Pitot mide la diferencia entre la presión tg_
tal y la presión estática, o sea, la presión dinámica,
la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad
C f i g . 2,1?.
Prssloni a
Presión
Fig. 2.1 Tubo de Pitot
La ecuación correspondiente es:
Pl
en la que
38
P2 = presión de impacto o total absoluta en el punto
donde el líquido anula su velocidad;
P. = presión estática absoluta en el fluido;
w = peso específico;
V = velocidad del f l u i d o en el eje del impacto
De aquí se deduce:
cp2 - P!> 2gvi =
o bien introduciendo un coeficiente de velocidad C para
tener en cuenta la. irregular distribución de velocida-
des, la rugosidad de la tubería, etc., resulta:
CP? - P,) 2gvt = c
El tubo Pitot es sensible a las variaciones en la dis-
tribución de velocidades en la sección de la tubería,
de aquí que en su empleo es esencial que el flujo sea
laminar disponiéndolo en un tramo recto de tubería. La
máxima exactitud en la medida se consigue efectuando va.
rías medidas en puntos determinados y promediando las
r a ices cuadradas de las velocidades medidas.
39
Su precisión es baja, del orden de 1.5 - 4%, y se em-
plea normalmente para la medición de grandes caudales
limpios con una baja pérdida de carga.
b) TUBO ANNUBAR
El tubo Annubar es una innovación del tubo de Fitot y
consta de dos tubos, el de presión tota] y el de pre-
sión estática. El tubo que mide la presión total esta
situado a lo largo de un diámetro transversal de la
tubería y consta, de va.ríos orificios de posición criti-
ca determinada por computador, que cubren cada uno la
presión total en un a n i l l o de área transversal de la tu_
bería. Estos a n i l l o s tienen áreas iguales. En tutaerias
de diámetro mayor de 1" se dispone en el interior de
otro tubo que promedia las presiones obtenidas en los
orificios.
<„._,
Fig. 2.2 Tubo Annubar
40
.El tubo que mide la presión estática se encuentra de-
trás d e l de presión tata. 1 con su orificio en el centro
de La tubería y aguas a bajo de la misma.
El tutao Annubar es de mayor precisión que e! tubo Pitot
del orden de 1 - 3%, tiene una baja perdí dad de carga y
se emplea para la medida de pequeños o grandes caudales
de líquidos y de gases,
c) TUREI.NAS
Los medidores de caudal que utilizan una turbina rotor
como elemento sensor y un devanado sensor electromagné-
tico en conjunción con alabes como elementos de trans-
ducción Ca. a veces reemplazados por dispositivos elec-
troópticos) son utilizados muy ampliamente. El rotor es_
tá diseñado para que convierta la velocidad lineal del
flujo en una equivalente de velocíad angular del rotor
C f i g . 2,3), Siempre se incorporan acondicionadores de
flujo en la parte anterior del rotor. El rotor está so-
portado por uno o varios cojinetes y existe una varie-
dad de técnicas orientadas a minimizar la fricción de
estos. Si se utiliza una técnica de transducción elec-
tromagnética se crea una pequeña retención electromag-
nética que tiende a retardar el movimiento del rotor.
Transductores del tipo inductivo, corrientes de remoli-
no y excitación RF reducen este problema asi como las
técnicas e 1ectroópti cas. El arrastre viscoso afecta a la
velocidad del rotor sobretodo a velocidades de flujo
pequeñas. La seña! de salida es un frecuencia, propor-
cional a la velocidad volumétrica de flujo; puede ser de
forma senoidal o de pulsos, dependiendo, de la forma de
los dientes del rotor. La sensibilidad de un medidor de
flujo por turbina se expresa, por el coeficiente de flujo
K, en hertz (ciclos) por metro cúbico (o por galón o por
litro). Este coeficiente es apiicable en unas
condiciones específicas de densidad, viscocidad, tempe-
ratura del fluido, presión absoluta y velocidad del flu_
jo y para una configu ración determinada de la turbina
(longitud de la turbina, del tubo, de los acondicionado,
res de flujo).
i . ; Devanado captador de señal; \a de salida proporcional al-flujo)
Soporte de'rotor \/ \r de la turbina (fa velocidad da
,; rotación es proporcional al caudal)
; Acondicionador dé flujoi de entrada y sopórtele rotor
Fig. 2.3 Elementos básicos de un medidor
de caudal por turbina.
42
2.2.2 MEDIDORES DE CAUDAL MASA APLICABLES AL PROYECTO
Dentro de los medidores de flujo másico tenemos los si-
guientes como posibles aplica bles a nuestro proyecto;
a) MEDIDOR DE CAUDAL POR FLUIDO CALENTADO
Fue desarrollado primeramente por C. C. Thomas, en 1911.
Utiliza un calefactor eléctrico que eleva la temperatu-
ra, del fluido a. medir y dos sensores de temperatura, uno
antes y otro después de la pocisión del calefactor, con
el fin de determinar el aumento de la temperatura del
f l u i d o debido a la calefacción.
El caudal de masa del fluido se reíaciona con la dife-
rencia de temeperatura por Q = W/ (C x t), en donde
Q es e! cauda I de masa del fluido, W la potencia calo-'ÍH '
.rifica, C el calor específico del fluido a presiónP
constante y t la diferencia de temperaturas. En la fi-
gura 2.4 se ilustra este principio. Si la velociada de
flujo se expresa en términos de moles por unidad de
tiempo en vez de 'unidades de masa por unidad de tiempo,
C se expresa en unidades mol en vez de unidades masa.
La aplicación típica de los medidores térmicos de cau-
dal es la medida de la velocidad de masa de gases (o
velocidad molar).
Fig. 2.4 Medidor de caudal por fluido calentado
(MEDIDOR DE THOMAS)
Diversas variaciones al diseño del dispositivo de Tho-
mas han ido aconteciendo en el tiempo, encaminadas prin_
cipalmenmte a disminuir el problema de consumo elevado
de potencia. Un diseño en este sentido, es el medidor de
flujo en la capa límite, en el que únicamente la capa
extrema de fluido en con tacto con la pared del tubo es
calentada, determi nandose la diferencia de temperatu.
ras .
b) ANEMÓMETROS TÉRMICOS
El segundo grupo de medidores de caudaí térmicos está
relacionada con los anemómetros térmicos. El cuerpo ca-
44
lentado es normalmente un sensor autocalentado o calen-
tado exteriormente (los sensores de temperatura de re-
sistencia de p e l í c u l a delgada o cableada, y los termis-
tores producen autoca 1 entamiento). El sensor calentado
actúa con modos de temperatura constante o de corriente
constante. Muchos diseños incorporan un segundo sensor
de tempera, tura, actuando de brazo de compensación en el
puente de Wheatstone, de manera que ambos sensores es-
tán dentro del fluido pero el compensador no está calen.
tado,
Los anemómetros de h i l o o película caliente se utilizan
principalmente para medir la velocidad del viento o el
flujo de otros gases; sin embargo, a 1 g u n o s diserías son
también utilizables en fluidos líquidos. Sensores de dj_
mensiones muy pequeñas permiten realisar anemómetros de
elevada velocidad de respuesta, permitiendo 7u utiliza-
ción en microestructuras o en la determinación de turbu.
lencias o flujos de corriente libre.
Los elementos sensores resistivos consisten en hilos
delgados o películas depositadas soportadas por co-
nexiones eléctricas, de manera que la conducción c a 1 o r £,
fica de los elementos de soporte sean mínimos. El sen-
sor se conecta am un circuito en puente^de Wheatstone en
el que la excitación proporciona el autoca1entami ento
adecuado. Cuando se sumerge en el fluido a medir, el
elemento pierde calor, por convección, cedido al fluí-
45
do. Esta pérdida de calor convectivo varia aproximadá-
mente con la raíz cuadrada de la velocidad del fluido.
Se utilizan dos modos de operación en los anemómetros de
elemento caliente (véase figura 2.5). El circuito puente
de un anemómetero de .corriente constante obtiene la
excitación a partir de una fuente de corriente cons-
tante (figura 2.5a). :La corriente se ajusta de manera
que el sensor se calienta a una temperatura, óptima para
ía aplicación. Un aumento del caudal del f l u i d o incre-
menta e! enfriamiento del sensor, la resistencia resul-
tante cambia y ocaciona el desequilibrio del puente, m.L
diándose el cambia a través de la tensión de salida del
puente. El anemómetro de temperatura constante tiene un
sensor de temperatura no calentado actuando de compensa,
dor en el brazo adyacente al brazo constituido por el
sensor calentado (ambos sensores se encuentran física-
mente próximos uno del otro). A medida que el sensor se
enfría debida a la velocidad del flujo, su resistencia
desequilibra el puente. La salida del puente se aplica
a una unidad de control que contiene un amplificador de
elevada ganancia y cuya salida es la excitación del
puente. Un desequilibrio del puente l l e v a al amplifica-
dor compensar el error, de manera que la temperatura
del sensor sea i guaI a la temperatura inicial. Los cam-
bios de excitación del puente provocan cambios en la sg.
46
'V-.-jVÍ'.V
Fig. 2.5 Circuito de anemómetros con sensor calentado:
(a) Operación de corriente constante
Cb) Operación de temperatura constante
Se han desar'ro 1 1 ado configuraciones tipo sonda para una
variedad de aplicaciones de anemómetros. Una. sonda con-
siste:
En un sensor, el soporte, el cuerpo de la sonda y la co_
nexión eléctrica. Se encuentran sensores típicos cilin.
dricos, tanto en forma de h i l o delgado (del oreden 5 jjm
de diámetro) corno anillos no conductores en donde se
han depositado una pe l i c u l a metálica. Como materialjes
de los cables se tienen aleaciones de piatino-plata-
tungsteno y platino-rodio. En los sensores de película,
47
se deposita un metal con un elevado coeficiente térmico
de resistencia como el níquel, sobre un sustrato termo-
estable (cuarzo); el sensore de película se protege con
otra película, tipieamenté también de cuarzo; el grozor
de esta película es del orden de .5 jjm (en aire) a 2 jjm
(en agua). La longuitud activa de los el'ementos es del
orden de 0.2 a 2 mm. En la figura. 2.6a se muestran sen-
sores de configuración de sonda en forma de punta. Las
puntas pueden ser rectas y de longuitud igual o d iteren.
te, colocando e] sensor en un ángulo de l eje de la son-
da; también pueden ser doblemente inclinadas de manera
que el sensor se encuentre desplazado del eje de la scn_
da. Los sensores no cilindricos son del tipo de pelícu-
la, se uti I izan en sondas en forma de cufia y cónicas
(figura 2.6b) así como en sondas de montaje robusto y
fijo, por ejemplo, para la .medición de fricción superfj^
cial. En una misma sonda se pueden incorporar dos o tres
sensores, a determinados ángulos para la medida de la
dirección de flujo o de fluidos tridimensionales. La
sonda de la figura 2.6c contiene tres sensores ortogona.
1 es entre s i.
Un sensor de temperatura para compensación se af1a.de en
los tipos cableados o de p e l í c u l a (usua1ment»de plati-
no), con el sensor de velocidad (c a. líente), sobresal ien_
do sobre el sensor de temperatura. Existen diversos de
sondas normalmente todos proteguidos por una vaina. Las
vainas se diseHan con manoplas para operaciones manua-
les o con accesorios de montaje tipo cuña o de presión
para instalaciones rápidas.
Fig, 2.6s Configuraciones de sonda de h i l o
caliente.(Cortesía de DISA Electronics)
jttttVM .*
Fig. 2.6b Sondas de anemómetros de p e l í c u l a
ca 1 iente. CCortesía de DISA E 1ectrrni es)
.Fig. 2.Se Sondas de anemómetros de h i l o caliente
triaxial. ("Cortesía de DISA Electronics)
49
2.3 ANÁLISIS COMPARATIVO DE LOS MEDIDORES
En la tabla 2.1 se muestran las características resumi-
da s de los instrumentos de caudal,debiendo señalar que
sólo están incluidos los elementos primarios, sin cons_i_
derar los transmisores ni los receptores correspondien-
tes.
TA
BLA
4.1
5 T
abla
de
ca
ract
erís
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lo
s m
edid
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100
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50
25 35 100
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100 — -
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C A P I T U L O i J I
D1SEP30 DEL TRANSDUCTOR Y MEDIDOR PARA
EL SENSOR TIPO TÉRMICO DE THOMAS
3.1 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL TRANSDUCTOR
Como se explicó en el capítulo anterior, este transduc-
tor y medidor de Thomas, consta básicamente cíe tres par_
tes que son: los dos sensores térmicos y el calefactor.
Al primer sensor térmico se le denota por T r ., a. 1 según.
do por Tr2 y al calefactor por C. Además de estos tres
elementos principa, les tenemos algunos circuitos comple-
mentarios, los cuales son: la fuente de alimentación del
calefactor, circuito indicador de la diferencia de
temperatura marcados por Tr. y Tr^, un amplificador de
instrumentación y adicional mente podemos considerar co-
mo parte del transductor al acondicionador de señal.
Los tres elementos principales están montadodos en un
tubo de menor diámetro que el del canal, este se u t i l i -
za con el fin de disminuir la potencia necesaria para
calentar el calefactor.
El transductor se puede representar por el siguiente
diagrama de bloques, presentado en la figura 3-1.
r
Cada bloque tiene su propósito definido, es asi que:
La fuente se encarga de entregar la energía eléctrica
suficiente para calentar el calefactor y que su energía
calorífica pueda ser transferida al fluido circulante.
El primer sensor térmico Tr, tiene por objeto sensar la
temepar tura antes de que el fluido sea calentado. El se_
gundo sensor térmico Tr^ tiene por objeto sensar la tem,
peratura del f l u i d o ya calentado. El siguiente bloque
tiene como objetivo determi-nar la diferencia de tempe-
raturas entre los dos sensores, ya que el flujo másico
está en relación a la diferencia de temperatura. A con-
tinuación tenemos un bloque de amplificación tipo ins-
trumental el cual nos entrega una señal con cierta reía,
ción al flujo existente, esta relación no es la óptima
por lo que es necesario un acondicionador de señal para
que pueda ser comparada con la señal dada por la refe-
rencia. Notemos que todos los bloques son indispensa-
bles para el correcto funcionamiento del sensor, es de-
cir, no podemos dejar de utilizar alguno de ellos.
"' -
Fig. 3.1 Diagrama de bloques de! transductor
tipo térmico de Thomas
3.2 DISEfíO Y CONSTRUCCIÓN DEL TRANSDUCTOR
Para empezar el diseño del transductor se realizaron
pruebas, con si fin de determinar el tubo en el cual
irán montados interiormente los sensores y el
calefactor; llegándose a obtener óptimas condiciones
con la variación de temperatura al paso del fluido y
de la potencia necesaria para el calefactor, con un tubo
de las siguientes diemnsiones:
Díame tro: 6 cm
Longuitud: 15 cm
Separación entre sensores: 7 cm
53
Como ya dijimos anteriormente son tres las partes prin-
cipales de este transductor los dos sensores y el cale-
factor; entonces veamos que tipo de elementos son u s a -
dos en nuestro casoí
Los dos sensores térmicos son del tipo PRTCPlatinum
Resistance Thermometer) estos son sensores térmicos de
resistencias variables, las cuales son de platino y es-
tán encapsuladas en vidrio el código especificos de los
utilizados es Gsg !Ptl00. Las características de estos
se encuentran en la apéndice A.
El calefactor es una resistencia eléctrica de aire Cusa,
da normalmente en secadores de pelo) el valor de su re-
sistencia es de 34 ohmios y la potencia, eléctrica máxi-
ma es de 150 W.
Diseño de la fuente de alimentación para el calefactor
El diseño de esta fuente de alimentación del calefac-
tor, tubo por objeto el poder controlar la potencia en-
tregada a este, ya que en caso de cambiar el sistema de
ventilación se necesitaría mayor potencia para el cale-
factor para que pueda ser determinda una diferencia de
temperatura considerable entre los dos sensores. Y con-
siderando que la resistencia es de 110 V AC, se vio la
conveniencia de realizar un control de voltaje de fase
directo.
El circuito resultante se presenta en la lámina tt 3, en
el cual tenemos como último elemento de control un po-
tenciómetro, este se calibrará de a cuerdo al flujo e x i s_
tente en el canal, tanto ahora como posteriormente.
Diseño del circuito diferenciador de temperatura
Este circuito esta constituido de un puente de Wheats-
tone de 4 resistencias, 2 de las cuales son fijas y las
54
otras dos son los sensores térmicos resistivos T r. y
Tr2.
Para el diseño del puente es necesario considerar la
posibilidad de cometer un error en la medición causado
por el calentamiento de los sensores devido a la co-
rriente que circula por e l l o s al existir alimentación
eléctrica del puente. Para el sensor por nosotros uti-
lizado existen características presentadas en el manual
que expresan el error devido al calentamiento del sen-
sor como Self Heating Error que esta dado en C/mW; para
aire fluido a. una velocidad de 1 m/seg tenemos 0.36
°C/mW y para aire quieto tenemos 0.8 °C/mW.
Para el diseño del puente usaremos la característica de
aire en movimiento, es decir que por cada mW disipado
por este devido a la circulación de corriente aumenta
la temperatura en 0.36 °C y por ende el valor de la re_
sistencia en sus terminales.
El puente de Wheststone tien la siguiente forma:
PRT i
Fig. 3.3 Puente de Wheastone
Como podemos ver por los dos sensores de temperatura va
a circular una corriente que estará, limitada únicamente
por la polarización y por- los valores de las resisten-
55
•cías Rj y Rn, el valor de la polar ización está fijado en
10 -V, por lo que se tendrá que determinar un valor
mínimo de resistencias para el puente:
Cuando la temperatura sea mínima la resistencia, también
será, mínima por 3o tanto la corriente máxima y la poten_
cía también máxima. Si por condiciones ambientales y del
flujo asumimos que la temperatura mínima puede ser cíe
10 °C tenemos que:
10
Rl + T r iPf - Tr[ * i 2
T= 10°C -> T r j = 103.90 Q
Pf < 1 mW
ij2 R < 1 mW
7 1 x 10 o W -i/ < ^ . = 9.26 x 10"b C A )
1 103.90 S2
i . < 3. 1 x 10~3 < A )
10 ( V ) q
< 3 . 1 x 1 0 " ° C A )
R j > 3230 £2
= > R j = 4 .7 k£2
R e e m p l a z a n d o t e n e m o s
10 (V)i = ty 2. C m A )
1 4.7 kS2 + 103.9 £2
- 9 (2 x 10~3)2
_v RI 0 T 5 C m W )ÍD3 X
< 1 C m W )
56
El mismo cálculo determina a R», quedando el puente de
la siguiente forma:
Y -PRT 0 I RRT 1
Fig, 3.3 Puente de Wheatstone para determinar
la diferencia de temperatura entre
í os dos sensores
Complementando al puente de Wheatstone tenemos un
ficador de instrumentación con entrada diferencial, es-
te tiene las siguientes características: 31ts ganancia,
una resistencia elevada de entrada, b a ja compensación y
una razón elevada de rechazo en modo común.
La ganancia, alta es necesaria porque el amplificador tie_
ne que ser sensible a las señales de amplitud muy baja.
La carga mínima en la fuente de se fia I requiere una re-
sistencia de entrada elevada. La baja compensación es
necesaria para la presición en la medición que se rea-
liza.. Se requiere un valor alto de CMRR para asegurar
que sólo se a m p l i f i q u e la entrada diferencial y que se
atenúe considerablemente la seña. 1 en modalidad común.
57
En la figura 3.4 se presenta el circuito del amplifica-
dor de intrumentación utilizado. La señal diferencial de
entrada se aplica a dos amplificadores operacíonaI es que
se conectan como seguidores el e v o l t a. je. Se tiene la
pos i b i l i d a d de variar dos resistencias para poder, obte-
ner la razón necesa ria de resistencias.
Si tenemos que
"•i
Se puede decir que;
1 )
Fig. 3.4- Amplificador de instrumentación
*
58
Se han fijado los siguientes valores del amplificador
de instrumentación:
R. = 9 Kohm RA1 a
R2 = 9 Kohm Rg = 2 Kohm
H3 = 2 Kohm
Los valores de Rg y Ry se han cambiado por dos poten-
ciómetros para poder regular la ganancia.
Diserlo del acondicionador cíe se fía 1
Al realizar las pruebas con el transductor en el cana I
se pudo observar que se presenta una no lineal i dad en el
proceso. Esta, no íinealidad se da en el intevalo de f I u.
jo de 0 hasta, un flujo (considerado) minimo en el cual
se puede observar que la señal de voltaje de salida del
amplificador de instrumentación aumenta con el flujo y
pasado este l i m i t e comienza a trabajar en una forma a~
proximadamente lineal decreciente, esto se puede enten-
der más claro al observar la siguiente curva:
/f
f1
i .J/i1J
\\
•sV
Llnütí Lince!
Fig. 3.5 No íinealidad presente a la salida
de 1 amplificador de instrumentación
59
Por lo tanto es necesario utilizar un circuito para cam_
biar la forma de esta señal por una que sea comparable
con la señal de referencia, la cual tenemos que a 0 V.
es flujo minimo y a 10 V es flujo máximo esto es:
Htoc
Fie. 3.G Señal de referencia.
El siguiente grupo de curvas indica el proceso seguido;
Vf
-j'VF'i
-*«- Flujo
- K'
íMin Max- FI
Fig. 3.7 Proceso de cambio de señal
El circuito que logra esto es el siguiente, este tiene
una ga nac i a de 1 :
R?
i 10 Kí
R? i•-vw* i-5-H\0 K
R?
r-vv-" 10 K
_£
fl?B
Fig. 3.8 Circuito acondicionador de seña!
Así de esta forma tenemos la señal V. y eliminando la
región por debajo del íffi:nj podemos ver que es comparable
con la señal de referencia.
De esta forma se ha. explicado en su totalidad el diseño
del transductor, se presenta en la lámina i un esquema
general de todo el tranductor.
3.3 DIAGRAMA EN BLOQUES DE LOS MEDIDORES
En este prototipo se van a utilizar dos medidores, uno
para determinar tanto la. seflal de referencia como la se_
Pial de realimentación y un segundo medidor que indica
la forma de variación del error y la señal de control.
61
3.3.1 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL MEDIDOR DE REFERENCIA Y
REAL I MENTACIÓN
Este medidor sirve para realizar mediciones tanto de la
referncia. como de la realimentación, por lo que primera,
mente es necesario realisar un circuito que nos permita
escojer la señal a medirse, las dos señales son analó-
gicas, y como nuestro fin es tener un indicador d i g i t a l
se necesita realizar una conversión de señal analógica/
d i g i t a l , nosotros utilizaremos un conversor voltaje/fre.
cuencía el que entrega una frecuncia proporciona 1 al
voltaje de entrada., la frecuencia entregada servirá de
entrada de reloj para nuestro contador y con las seña-
les de los contadores realizar 1a. decodificación y pre-
sentarla en los displays, los que indicarán en un caso
el flujo requerido determinado por la seílal de referen-
cia y en otro caso el flujo obtenido en el túnel el e
viento el cual es indicado por el transductor, en ambos
casos en forma porcentual, ó sea, el flujo máxima es
100% y el flujo mínimo 0%.
En la figura 3.9 tenemos el diagrama de bloques de este
medidor.
de
Conversar
-»«-
Cantador
j;DeeadlftecdorDtepl&ys
Fig. 3.9 Diagrama de bloques del medidor
de salida y referencia
3.3.2 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL MEDIDOR INDICADOR DE LAS
SEDALES DE ERROR Y DE CONTROL
Para dar una idea de como varían estas señales en el
sistema se a implementado una barra indicadora, esta
permite observar tanto las variaciones pos i': ivas como
1 as negat i vas.
Esta barra es un conjunto de 10® Leds estos los he divj^
dido en dos grupos a. partir de la mitad para un lado i n_
dicará el error positivo y de la mitad para el otro la-
do indicará el error negativo.
Como la seflal de error también es una señal analógica
se necesitará un conversor s i m i l a r al anterior, este
conversar entrega una frecuencia la que por media de un
grupo de circuitos se logra establecer una indicación
positiva o negativa en la barra. Esta barra nos permití,
rá observar una variación aproximadamente continua del
error.
En la figura 3.10 se presenta el diagrama de bloques de
este medidor.
U o n v i ?: o \ o n~t r^ o L eí
Tle-ripo^s yO o n^ c<. oí o í1"-
A ex >
Fig. 3.10 Diagrama de bloques del medidor
indicador de error
3.4 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE LOS MEDIDORES
3.4.1 DISEflO Y CONTRUCCiON DEL MEDIDOR DE REFERENCIA Y
REAL I MENTACIÓN
Para una mejor comprensión del diseflo de este medidor
analizaremos parte por parte, es decir, cada bloque por
separado.
Conversor v o l t a l e frecuencia
Con este fin se utiliza el circuito integrado LM 331,
cuyas caracteristicas técnicas se pueden ver en el apén_
dice A, el circuito para este conversor se presenta en
la. figura 3-11,
El conversor voltaje frecuancia va a trabajar en rela-
ción directa con el valor del voltaje de entre.da y los
valores de R7, R , R y C, C ; se ha fijado el valor de— o f l ¿ o
las resistencias R2 , R y de los condensadores C , C y
64
tenemos a R ¿ variable con el objeto de regular a las
condiciones del flujo a obtenerse en el cana í o tune 1
de vi ento.
Fig. 3.11 Conversor volts, je frecuencia para,
el medidor de referencia y salida.
Los elementos se han fijado en los siguientes valores
R, =
R2 «
R =
120 Kohm
6.8 Kohm
68 Kohm
= 9.2 Kohm
= 47 ohm
= 50 Kohm
Ct = 0.1 uF
C2 = 0
c3 = iuF
uF
Control de tiempos
Es'te circuito debe encargarse de dar esencialmente dos
señales de control, estas son: la seflal de inicio de
conteo para los contadores (reset) y la sefíal de ha-
bí litación de los decodifica dores-displays.
Principalmente se encuentra formado por tres C, 1. timers
LM555; un timer funciona como biestable dando una fre-
cuencia de 1 Hertz y los otros dos como monoestables,
-&.
65
creando ciertos retardos necesarios para que puedan ser
adquiridos los datos de los contadores por los decodif_i_
cadores-disp1ays y que se enceren posteriormente los
contadores para que reinicie nuevamente el conteo. El
siguiente es el diagrama de tiempos:
A rir í-. y:
fc- ; \:-ncf>
Fig. 3,12 Diagrama de tiempos del control de tiempos
El circuito se presenta en la figura 3.13,
66
vccvcc
HABILITADORDE DISPLAYS
ENCERADODEL CONTADOR
Fig. 3.13 Circuito de control de tiempos
del medidor referencia y salida.
C o n t ador
El contador cons de tres contadores ECD SN74192 conec
tados en cascada, estos tres contadores se encargan de
realizar un conteo de la frecuencia entregada por el
conversor voltaje frecuencia en un período de 1 segun-
do, el conteo resultante en este tiempo es pasado a los
decod if i cadores-di sp 1 ays y posteriormente son encerados.
El circuito encargado del conteo es el presentado en la
fisura 3. 14.
67
Fig. 3.14 Contador
Decodificación v displavs
Este bloque esta forma, do por tres dispositivos simila-
res, cada uno de e l l o s consta de un LATCH MEMORY, MATRIX
DECODER, LED MATRIX DR1VER y LED MATRIX. Es decir, que
e l l o s mismos se enecargan de retener el dato, decodifi-
carlo y presentario en la matriz de leds, para lo cual
necesitan la.s seílales de los contadores, la señal de
habilitación y su polarización. Las características
técnicas de estos dispositivos se presentan en la
apénd ice A.
El esquema de este grupo es el presentado en la figura
3. 15.
5.T..
amy í
H *RJ t í
X í
X X
X Í Í X
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•5.1 \ iI J *j > < K >
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( S í í
c «t íí íí í
í S
( t<m
Fig, 3. 15 Decodificador-displays de í
medidor de referencia, y salida
Luego de explicar cada uno de los bloques que conforman
el medidor se presenta, el circuito global de este en la
1á m ina 2.
3.4,2 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL MEDIDOR INDICADOR DE
LAS SEDALES DE ERROR Y CONTROL
De manera s i m i l a r que en el punto anterior, si= explicará
bloque por bloque.
Conversor voltale frecuancia
En este punto no solamente se presentará el converso,
sino también los circuitoa adicionales que permiten
dividir a la barra indicadora, en dos partes, devido a
que estas señales puede ser positivas como negativas.
Entonces primer a. mente será necesario realizar una. compa_
ración del error con 0 (V) para determinar si es posit¿
vo o negativo, y proceder a la conversión voltaje fre-
cuencia de la señal o de la señal negada respectivamen-
te, por lo tanto podremos obtener una cierta frecuencia
para determinado voltaje sea positivo o negativo i n d i f e_
réntemente.
La. comparaci ón se ha realizado con un C. I . LH339 cuya
señal de salida servirá para controlar a los switches
análogos utilizados para encaminar la señal de error o
su invertida., de esta forma tendremos única mente volta-
je positivo en el conversor voltaje frecuencia., la. se-
ñal del comparador también se utiliza para determinar si
la. frecuencia obtenida va al reloj UP o al DWN.
El circuito de todo este bloque se presenta en la figu-
ra 3. 16.
69
+12 V
•n-Hh Li/ i 'i , iK .01 uF —
Fig. 3.16 Coriversor voltaje frecuencia, para el medidor
indicador de error
Control de tiempos v contador
El control de tiempos se deve encargar de Inicializar a
los contadores periódicamente, por lo que se ha realiza,
do este circuito con un timer LM555 trabajando como un
biestab í e.
El contador esta formado por dos contadores BCD SN74192
conectados en cascada, a estos lle g a n las señales para
los dos relojes UP y DWN, la señal enviada por el timer
que va a ordenar cargar en el contador de las unidades
el valor de 0 decimal y en el contador de las decenas el
valor el e 5 decimal para conseguir que el cero de error
esté en la mitad de la barra indicado.ra.
- 70
El circuito que realiza esto es el presenta, do en
figura 3.17.
74LS192
Fig. 3.17 Control de tiempos y contador del medidor
indicador de error
Decodificador. amplificación y barra indicadora
La etapa de decodificación tiene como entradas las sepia.
les entragadas por los contadores, esto es dos grupos
de datos en BCD de las unidades y de las decenas que se
decodífican en decima les en los C.í. SN74145 y SN7442
respectivamente, el circuito SN74145 tiene sus salidas
en colector abierto por lo que nos permite manejar di-
rectamente a la barra y el C. I . SN7442 nos permite ha-
tailitar y desabilitar a 10 trans istores PNP que actúan
como driver. El circuito se presenta en la figura 3.18.
71
En este gráfico tenemos a la barra como una matriz I
neal de LEOS,
VCCíR?
33
15¿3
15131¿
0?
i2
D 67a9
74LS42
D?
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ftiA2f t3 i .R4 HA5 [-P6 DA7 (— ,AB OA9 n
filO H
C80 n
C70 ¿JC60 ^eso ¿C40 r/¡
C30 [X)C20CIOco
Fig. 3,18 Decodificador, amplificación y barra
indicadora del error.
C A P I T U L O I V
72
DISEÑO DE LA ETAPA DE CONTROL DE FLUJO DE AIRE
4.1. DIAGRAMA DE BLOQUES GENERAL
Sé puede considerar como el sistema de control total a
la siguiente secuencia de bloques;
/ís/N..Qott 4. y >-.\/.\ te I
Pov3'r;.:-A iPÍWtft
.Ñí;L-cc;r/T."':.''fCc(iJctí I
Fig. No, 4.1 Diagrama de bloques de la etapa de
control del sistema.
~ Detector de error
- Con tro I adores P, I , D ; ON-OFF: Estas tres acó iones de
control pueden actuar en forma individual o en forma
combinada, teniendo en cuenta posibles respuestas
bruscas en el sistema. Cada acción de control tiene su
constante r e g u l a b l e para lograr obtener por medio de
cal i ID ración un control óptimo.
Este grupo de con tro!adores, muy bien se puede reempla-
zar por cualquier otro, ya que se han dejado conectores
para realizar las conexciones requeridas, por ejemplo,
se puede realizar el control por medio del computador,
esto es enviando la seílal de error al computador y que
e 1 computador entrega la seílal de con tro! que activará
la etapa de potencia.
73
El control QN-OFF ha sido realizado dando un pequeño
rango de zona muerta, para evitar inestabilidades.
- Etapa de Potencia: Este bloque se encarga de conver-
tir la señal de control en señal necesaria para mover
el servomotor en cualquier sentido de giro. Los elemen-
tos utilizados para este fin son transistores de poten-
c ia .
- Actuador: En este sistema tenemos como elemento actua_
dor al servomotor acoplado mecánicamente a las persia-
nas, las que se encargan de permitir el mayor o menor
paso de flujo de aire por el canal variando su posición.
-Planta: Esta consiste en un túnel de dimensiones espe-
cificadas en la lámina No. 8, al cual se alimenta el
flujo de aire por medio de un ventilador, consta ademas
de una compuerta en la entrada de aire, dos grupos de
persianas. las cua les son íntercambiables y movibles;
sobre las cuales se va ha re alisar el control, otra com-
puerta que permite el paso cié I flujo de aire a l horno
a travez de un conducto y por ultimo tenemos el desfoge
o salida del flujo de aire.
El gráfico general de la planta se presenta en la lámina
No. 8.
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL CONTROL
A.2.1 DETECTOR DE ERROR
Este circuito se encarga de realizar la resta entre el
voltaje de referencia, y el voltaje entregado por el
acondicionador de señal, el rango de las dos señales es
de 0 CV) a 10 (V), con este fin se ha utilizado un cir-
cuito restador realisado con un amplificador operacio-
nal UA741, en la configuración presentada a continua-
ción, esta tiene ganancia uní taria,
R?
R?10 K
\> -VWR?P^/VHin K
2
--a-
•
•*
•t-
2
a
i
>
i
/
K
5
^Ji—e ioSa¿£>
R? LrfF'íL
Fig. 4,2 Circuito detector de error
1.2 CONTROLES P, I , D; ON-OFF.
- Control Propiorcional
5i el amplificador operacional se usa como amplificador
analógico de ganancia finita, su alta ganancia da lugar
a que le entrada tenga que ser muy d é b i l , casi nula, del
orden 0.2 mV. Para disminuir esta elevada ganancia es
necesario reslimentar la s e fi a I de salida a la. entrada
inversora -Ve mediante una resistebcia Rf, y como nos
interesa que la serial de entrada tenga un valor d i s_
tinto de cero, se añade al circuito la resistencia Ra,
En le. figura No, A. 3 tenemos el circuito resultante.
La ganancia del amplificador esta dada por:
Vo
Vi
Rf
Ra
En nuestro caso pondremos en ves de Rf un potenciómetro
el cual permitirá, que se pueda, regular la ganancia pro-
porci one1.
75
R?
10 K
Hh0.1 uF
10 K
*—VXA,—a
Fig, No, 4.3 Control Proporcional
- Control Integral
La acción integral puede generarse con el amplificador
operacionaí mediante un condensador conectado en serie
con la. línea de realimentación negativa y con una resis_
tencia conecta, da en serie con el terminal inversor,
según puede verse en la figura No. &. 4-.
La. relación entre el voltaje de entrada, y el voltaje de
salida es la siguiente;
Vo = - 1/CRa Ci) 1 Vi dt
esta, ecuación integral con constante de tiempo T'j-Rg-Cj
Para poder regular esta constante de integración R se
ha convertido en un potenciómetro P. de tal forma que
al variar este cambia. T-,
76
470 uF
Fig. No. 4,4 Control .Integral
- Con tro 1 Derivativo
La acción derivativa puede conseguirse colocando un con_
densador Cd a la entrada inversora y una resistencia R.
en paralelo entre la salida y la entrada inversora.
El circuito tenemos en la figura No. 4.5.
La ecuación resultante es;
Vo = Rd Cd dVi/dt
en la cual la constante de tiempo TJ= Rd^C^.
El ajuste de la acción derivativa se obtiene transfor-
mando la. resistencia Rj en un potenciómetro. Cuando la
señal de error cambia rápidamente (debido 3 una varia-
ción rápida del punto de consigna o bien de la variable
o quizá, provocado por señales con ruido) la señal de sa_
lida aumenta muy rápidamente tomando en el limite la
forma de un pico. Este efecto es indeseable ya que pue-
de per judicar al control del proceso.
7 f
R?
2.2 K 2.2
20 K
*CVv-R?
-A/V
i K R?
145B
Fig. No. 4.5 Control Derivativo
Hasta ahora hemos visto los tres tipos de controles por
separado, pero estos pueden ser uti 1 izados creando con-
troles P, P t , P E D ; las comb i naciones de estos pueden 1 o_
grarse por medio del circuito acciónador y sumador de
las tres acciones, las cuales se escogen mediante tres
pulsantes, estos activan interruptores analógicos que
permi ten o no el paso de cada acción y luego se suman
obteniendo asi la señal de control que es IB que traba-
ja sobre la etapa de potencia.
- Control ON-OFF
Este control ON-OFF se consige por medio de un
comparador con una zona, muerta, lo que se ha logrado
con dos comparadores LM339 y un amplificador operacional
UA741, El circuito u t 1 i z a d o es el siguiente:
F i g . N o . 4 . 6 C o n t r o l ON-OFF
78
4.2.3 ETAPA DE POTENCIA
La entrada a la etapa de potencia es la señal de con-
trol, la cual tiene por fin ordenar que se realice al-
guna acción para disminuir o aumentar el flujo circulan.
te dependiendo de las condiciones existente?. Este au-
mento o disminución de flujo se logra modificando las
posiciones de las persianas por medio de un servomotor
acoplado mecánicamente a el las.
El circuito que logro hacer esto es un amplificador de
potencia, el cual trabaja como un seguidor de voltaje,
pero con la posibilidad de manejar mayor cantidad de
corriente que la señal .de control.
Además se incluyen-A micro switches en serie al motor,
estos tienen por objeto interrumpir la alimentación del
motor cuando las persianas han ll e g a d o a uno de sus l i -
mites de giro (ángulo máximo y ángulo minimo) de cada
persiana, ademes un interruptor que nos permitirá
escojer con que grupo de persianas se va a trabajar.
Como un .cornp 1 emento se ha puesto LEDs de indicación de
flujo máximo alcanzable y flujo minimo alcanzable para
cada grupo de persianas.
El esquema de esta etapa de potencia se presenta en la
lámina No, 5.
- Actuador: Como elemento actuador tenemos el servomo-
tor acoplado mecánicamente a las persianas, 1 as cua1 es
permiten la mayor o menor circulación de flujo.de aire
por el túnel,
El servomotor tiene las siguientes carácter isti cas:
Marca; DAYTON
Modelo: ¿Z835
Torque: 38 IN-LBS
Alimentación DC de la Armadura: 12 (V)
79
Corriente DC de la Armadura: 0.9 CA)
Relación de Reducción de Velocidad: 580:1
Velocidad Angular: 4.5 RPM
Temperatura de Trabajo (ambiental): 25°C
- Planta: El diseílo de Is panta se presenta en la Tesis
de Grado de los compañeros de la Fac. de Ing. Mecánica
cuyo tema es: "Diseño y Construcción de un Equipo de
Laboratorio para Flujo de Aire con Control Automático".
4.3 MÉTODOS DE AJUSTE DE CONTROLES
Existen varios sistemas para ajustar los centro 1 adores
al proceso, es decir, para que la banda proporcional
(ganancia), el tiempo de acción integral (minutos/repe-
tición) y e! tiempo de acción derivada (minutos de an-
ticipo) del controlador, caso de que posea las tres ac-
ciones, se acoplen adecuadamente con el resto de los
elementos del bucle de control+proceso+trans;nisor + vál-
vula de control. Este acop 1 ami ento debe ser tal que,
ante una perturbación, se obtenga una curva de recupera,
ción que satisfaga cualquiera de los criterios menciona.
dos para que el control sea estable,
/
Para que este acoplamiento, entre eí controlador y el
proceso sea posible es necesario un conocimiento ini-
cial de las características estáticas y dinámicas del
sistema controlado. Existen dos métodos fundamenta les
para determinar estas características, el método ana I i -
tico y el experimental.
El método anal i tico se basa en determinar la ecuación
relativa a la dinámica del si stema, es decir, su evolu-
ción en función del tiempo. Este método es generalmente
d i f i c i l de aplicar por la complejidad de los procesos
industriales y la dificultad de obtener datos fidedig-
nos suficientemente aproximados.
En el método experimental, las carácter i stic a. s estáti-
cas y di n árnicas del proceso se obtienen a partir de una
medida o de una serie de medidas realizadas en el proce_
so rea!. Estas respuestas del proceso pueden efectuarse
de tres formas principales.
1.- Método de tanteo.
2. - Método de sensibilidad l í m i t e ,
3. - Método de curva de reacción,
El método que nosotros utilizaremos para calibrar nues-
tro sistema, es el de tanteo.
Método de Tanteo-- Este método requiere que el' controla_
dor y el proceso estén instalados completamente y traba,
jando en su forma ñormal. El procedimiento general se
basa en poner en marcha el proceso con bandas anchas en
todas las acciones y estrecharlas después, poco a poco
individualmente, hasta obtener la estabilidad deseada.
Para provocar cambios de carga en el proceso, y obser-
var sus reacciones, se mueve el punto de consigna arri-
ba y abajo en ambas direcciones, lo suficiente para lo-
grar una perturbación considerable, pero no demasiado
grande que pueda dañar el producto, perjudicar la mar-
cha de la planta o bien crear per turbaciónes intolera-
bles en los procesos asociadas.
Es necesario que pase un tiempo suficiente después de
cada desplazamiento del punto de consigna, para obser-
var el efecto total del último ajuste obteniendo algu-
nos ciclos de la respuesta ante la perturbación creada.
Para a justar los controladores proporciona les, se empi e_
zs con una banda proporciona i ancha y se estrecha gra-
dualmente observando el comportamiento del sistema has-
81
ta obtener la estabi1idad deseada. Hay que hacer notar
que al estrechar la banda proporcional, aumenta la ine.s_
tatailidad y que a l a m p l i a r l a se incrementa el error de
offset, tal como se ve en la figura No, 4.7.
.4refría
Fig. No. 4.7 Ajuste de banda proporcional
Para, a jus ta r los cóntrolsdores con banda P •*• í , se pro-
cede del siguiente modo:
Con la. banda integral 0, o en su valor más bajo, se si-
gue el procedimiento descrito anteriormente para obte-
ner el ajuste de la banda proporcional hasta una rela-
ción de amortiguamiento aproximado de 0,25. Como la
acción integral empeora el control y al poseerla el ins_
trumenmto, su banda proporcional debe ser un poco más
alta (menor ganancia del contro1 ador) , se aumenta lige-
ramente ía banda proporcional y a continuación se incre_
menta por pasos la banda integral, creando al mismo
tiempo perturbaciones en forma de desplazamiento del
punto de co'ns i gna, has ta que empiezan a a.umenta,r 1 os
ciclos. La última banda ensayada se reduce l i geramente.
En la figura No. 4.8 puede verse unas curvas carácter is_
ticas de recuperación.
Sin &o:lort
Fig. No. 4.8 Ajuste de banda integral
Un control ador PI bien ajustado l l e v a 13 v a r i a b l e si
punto de consigna rápidamente y con pocos ciclos sin
que éstos rebasen o bajen de! punto de consigna según
haya sido e! signo de» la perturbación.
Al ajus tar los con trotadores PM +D, se procede del sí-
guíente modo:
Con la banda derivada e integral a 0, o al mínimo, se
estrecha la banda proporcional hasta obtener una rela-
ción de amortiguamiento de 0,25,
5e aumenta 1entamenté la banda integral en la forma in-
ri i cada anteriormente hasta acercarse al pu7ito de inesta.
b i 1 idad.
Se aumenta la banda derivativa en pequemos incrementos,
creando al mismo tiempo despl as a. mientes del punto de
consigna hasta obtener en el proceso un comportamiento
cid ico, reduciendo ligeramente la última banda deriva-
da. Después de estos ajustes, puede estrecharse norma 1 -
mente la banda proporcional con mejores resultados en
e 1 contro1 .
83
Hay que seílalar que una acción derivada óptima después
de una perturbación l l e v a la v ariable a la. estabiliza-
ción en muy pocos ciclos..
En otra forma de ajuste, para obtener una óptima banda-
derivada se trabaja primero con una banda proporcional
que da. lugar a. una l i g e r a oscilación (varios ciclos)
ante una perturbación, con ía acción integre'1 reducida
al minimo. Se aumenta, a continuación la acción derivada
hasta eliminar el ciclo de la proporcional. Se estrecha
denuevo la acción proporcional hasta que los ciclos se
inician, y se aumenta todavla más la banda derivada has_
ta eliminarlos, continuando con estos pasos hasta que
el aumento de la acción derivada no mejore la
eliminación de los ciclos producidos. Finalmente se
ajusta. la acción integral en la forma descrita
anteriormente para eliminar el offset.
En la figura &.9 se representan unas curvas caracterís-
ticas de recuperación.
TOf'U
Fig. No. 4.9 Ajuste de banda, derivada.
54
Si los ajustes efectuados son excesivos, pueden obtener,
se las oscilaciones:
- Oscilación proporcional.
- Oscilación integral.
- Oscilación derivada.
Para distinguirlas, se observan las siguientes reglas:
a) La oscilación integra.! tiene un periodo relativamen-
te largo < f i g , ¿-,7);
b ) Le oscilación proporcional tiene un per iodo relativa,
mente moderado (fig. 4.3)
c) La oscilación derivada tiene un periodo muy largo y
la variable tarda bastante tiempo en estabilizarse
< f i g . 4 , 9 K
CAPITULO V
PRUEBAS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
5,1 DESCRIPCIÓN DE LAS PRUEBAS Y PRESENTACIÓN
DE LOS RESULTADOS
5.1.1 PRUEBAS DEL SENSOR/TRANSMISOR
Estas pruebas tuvieron como objetivo determinar: las
dimensiones óptimas del cuerpo del sensor, la separación
de ios sensores a la resistencia térmicael, n i v e l de
alimentación de la resistencia térmica, la amplificación
de la señal entregada por el puente.
Ls> variable que permitirá, a justar todos estos parámetros
es la seña 1 entregada por el amp 1 i f icador de instrumen-
tación.
Es asi .que con las dimensiones obtenidas y presen tadas
en la lamina íí 9¡ y en' el diseño del sensor se logro
obtener óptimas condiciones en la. variable, asi como;
respuesta menos lenta ante una perturbación; mayor rango
de trabajo, esto es, aproximadamente de 0 a 10 f V) . Cabe
indicar que por involucrar un proceso térmico en la me-
dición de la variable, la respuesta de por si es lenta.
En estas pruebas se determinó la no linealidad existente
en la medición del flujo con este s.ensor, la cual se
presentó en e] diseño del sensor.
5.1.2 CALIBRACIÓN DE LAS ACCIONES DE CONTROL
PÍD, ON-OFF
Para la calibración de las acciones de control se uti-
lizó el netodo de Tanteo, esto debido a la dificultad
que presenta el sistema para determinar la función de
transferencia y por los retardos que presenta el sensor.
Siguiendo ei procedimiento del mébodo ya presentado,
empezamos con el ajuste de la banda proporcional; con la
banda proporcional ancha, o sea, con una ganancia minima
en nuestro caso Kp= 0.5, estrechamos la banda aumentando
la ganso ia del controlador en pasos pequeños observando
en cada, paso la respuesta, obteniendo un error mínimo y
estabilidad cuando la ganancia es de Kp= 0.92, a mayor
ganancia empieza a presentarse la inestabilidad. Una vez
determinado este punto óptimo con respecto a la banda.'
proporcional, se procedió a ubicar como punto medio del
potenciómetro de ajuste de la ganancia, perro itindo que
esta va ríe en un rango en el cual se puedan observar
diferenctes condiciones de trabajo pero que garantize
seguridad para el sistema.
Para ajustar la banda integra. I y proporcional a. la. vez,
se pone la banda integral en su mínimo, en nuestro caso
T- = 70.5 seg, se procede en forma similar a la anterior
con la banda proporcional para obtener de ser posible
a una reí ación lo más cercana a 0.25, I legando a tener
un punto s i m i l a r a l obtenido anteriormente; se aumenta,
un poco la. ga.nancia y se aumenta la banda integral
lentamente, hasta l l e g a r a l punto óptimo, el cua1
presenta un menor error, pero con un mayor número de
oscilaciones, esto es cuando el valor de Kp= 0.90 y
•f. - 51,7 seg y de forma similar que para la acción
proporcional se coloca est'e valor como punto medio del
potenciómetro que permite regular la constante T¡.
Para la calibración de la acción derivada, siguiendo el
método ya descrito se l l e g ó a determinar un valor de la
constante r .= 31.68 mseg.
Con estas constantes K , T. y t¿ se ha logrado las
mejores condiciones de trabajo del si stema.
Lamentablemente debido a la existencia del retardo
87
provocado por el sensor se presentan problemas tales
como: ei error un tanto considerable y el tiempo de
estabilización no muy adecuado.
5.1.3 CALIBRACIÓN DEL MEDIDOR DE REFERENCIA Y
REAL I MENTACIÓN EN PORCENTAJE
La calibración de este medidor se logra simplemente con
la determinación del nivel de frecuencia que entrega el
conversor vo1taje/frecuencia, es decir, que para el
flujo máximo se deberá entregar una frecuencia similar
a 1000 Hz la cual permitirá, que en los displays presente
99,9 %¡ el nivel mínimo no l l e g a a presentar 0 % ya que
el flujo mínimo no es cero, si no que hay un pequeño
flujo que pasa por las persianas aunque estén totalmente
cerradas.
5.1.4 CALIBRACIÓN DEL MEDIDOR DE LAS SEÑALES DE ERROR Y
CONTROL
De forma s i m i l a r se procede para la calibración de este
medidor ya que el método de conversión es el mismo. En
este caso, el medidor podré indicar hasta ± 50% de error
con respecto al valor máximo de flujo, es decir, un
error del 10% significa el 10% del valor máximo del
flujo. Por ejemplo: si la referencia se encuentra en 50%
y el .medidor cíe error indica -10%, entonces la serial de
realimentación tendrá un valor de 40% del valor máximo
de flujo.
5.1.5 RESULTADOS OBTENIDOS
La determinación de los niveles de flujo se lo ha
rea í izado median te la útil i z ación del Tubo de Pitot, el
cual determina la velocidad del aire en pies/seg y con
la sección transversal del túnel se puede calcular el
valor del flujo de aire para diferentes niveles de
86
apertura de las persianes. En la siguiente tabla se
presentan valores determinados con el tubo de Pitot para
diferentes porcentajes del medidor de referencia y
real imantación.
% MEDIDOR
REF/REALI
20%
40%
60%
80%
95%
PULGADAS
DE CULUMNA
AGUA
2. 4
2. 6
2. 8
3. 0
3. 2
ELUCIDAD
PIES/MIN
6200
6450
6700
6950
7200
FLUJO
PIES3/MIN
4171
4339
4507
4675
4844
FLUJO
G/SEG
1. 90
1. 98
2. 06
2. 13
2.21
El procedimiento seguido para obtener la tabla anterior
se explica a contunuacion:
1.- Se realiza la medición con el Tubo de Pitot, este
nos da una medición en Pulgadas de Columna de Agua.
2.- Con la regla calculadora de la velocidad de aire
propia del Tubo de Pitot, determinaremos la velocidad
del aire en Pies por minuto. Los pasos segidos son:
a) Colocamos el valor de humadad relativa bajo la flecha
roja y determinamos el factor de corrección para la
temperatura cié trabajo ( 7 0 °F) .
b > Colocamos la temperatura de trabajo debajo del valor
de presión barométrica (29.9" Hg) y realizamos la
lectura de la densidad del aire indicada sobre el factor
de corrección obtenido anteriormente, de no conocer el
valor de ¡a humedad relativa se realizará la lectura
sotare el factor de corrección " 1 " .q
c) Colocar el valor de densidad obtenida (0.075 Ib/ft )
debajo de la flecha roja, de la parte posterior de la
r e g l a de cáIcuío de la velocidad de aire.
d) Realizar la lectura de la velocidad de aire, u t i l i -
'zando la. medición de pulgadas de columna de agua.
Si los valores de presión barométrica y de temperatura
son desconocidos, se usará, el valor estándar de la
89
3densidad de aire en 0.075 1 bs/f t .
e) Con el valor de la velocidad en pies/minuto, y el2
valor del área transversa] al flujo (625 cm = .67272 3ft ), determinaremos el valor del flujo en piíss /minuto,
multiplicando la velocidad por el área. Como el medidor
térmico de Thomas es un medidor de flujo más ico, es
necesario expresar el flujo en gramos/segundo, para lo
cual únicamente se reaslizará la conversión de unidades.
A continuación se presenta una tabla de los valores
determinados por medio del sensor tipo térmico de
Thomas.
% MEDIDOR DIFERENCIA DE FLUJO
REF/REALI TEMPERATURA °K G/SEG
20% 19.8 1.72
40% 18.5 1.84
60% 16.9 2.01
80% 15,7 2.1S
95% 14.2 2,39
Esta ta.b 1 e se obtubo de la aplicación de la ecuación
correspondiente a l sensor tipo térmico de Thomas :
Q = W/ (C x T)
en donde:
ID es el caudal de masa del fluidoIS
W es la potencia calorífica
C es el calor especifico
T es la. diferencia de temperaturas
En ls resistencia térmica del sensor se entrega una
potencia de 34 (W) más o menos.
El valor de calor específico es 1 kJ/Ckg °K).
90
RANGOS DE TRABAJO
Para la determinación del rango de trabajo, será necesa-
rio tomar en cuenta que el si s tema para l l e g a - a estabi-
1 i zarse requiere de algunas oscilaciones al rededor del
punto de trabajo y de cierta amplitud. Por lo tanto las
dos variables serán necesarias considerar. La primera
que seria el tiempo de respuesta, limitará la p o s i b i ~
I i dad de variar seguidamente el punto de trabajo y la
segunda que sería la amplitud de los sotare picos limita-
rá los valores máximo y minimo de trabajo, ya que de
superar estos l í m i t e s se podría dar que el sistema l l e g e
a. sus extremos de trabajo y se enclave en ell o s . Para
determinar estos lí m i t e s se pondrá al control PID en sus
coTidiciones óptimas y se determina que el nivel máximo
de trabajo es del 70% y el n i v e l mínimo del 30%; cabe
indicar que estos valores son aproximados. Para superar
estos l í m i t e s superior e. inferior se requiere aumentar
La ganacia Kp y con estos se aumenta la inestabi1idad
del si stema,
5.3 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
- La planta presenta fugas de aire por lo que existen
fluctuaciones del flujo de aire, lo que contribuye para
la inestabilidad del sistema,
- El motor utilizado para el ventilador que alimenta al
túnel de viento no es el adecuado, por lo que se reco-
mienda de ser posible en lo posterior hacer el cambio de
este motor con uno que además de tener mayor velocidad
permita el control de esta.
- El servomotor utilizado para realizar el control con
el movimiento de las persianas tiene una velocidad alta
por lo que esto tamb ién contribuye a la Inestabilidad
del sistema. Se recomienda en lo posterior realizar un
91
acople mecó.nico que permita reducir la velocidad.
- El sensor tipo térmico de Thomas por involucrar un
proceso térmico presenta un retardo en la medición-de la
var i able.
- Comparando Los resultados obtenidos con el sensor
térmico de Thomas y con el Tubo de Pitot podemos darnos
cuenta que el error (diferencia) existente es pequeña,
por !o que se puede considerar las mediciones correctas
o aprox i madas.
- La causa principal del alto error que se presenta es
debido: que a pesar de realizar un control continuo de
la alimentación ai servomotor, este no responde en todo
el rango sino que empieza cundo la tensión de alimen-
tación esta alrededor de 2.5 V, por lo tanto, para 1 as
condiciones de las acciones de control este representa
un error semejante al 28%.
- En el numeral 2,2 se mencionaron algunos medidores
apl i c a b l e s al prototipo túnel de viento, por lo que se
recomienda que se planteen nuevos temas de tesis para la
construcción e implementación de estos en el prototipo.
Cabe indicar que sería bueno que se consiga un anemóme-
tro de h i l o caliente el cual permitirá calibrar con una
mayor precisión al medidor realizado y a posteriores.
Debido a la. contextura de los sensores térmicos
resistivos Ptr se recomienda que se tenga mucho cuidado
en el manejo de estos y en general del sensor tipo
Térmico de Thomas.
- De lograrse el cambio del motor del ventilador, seria
bueno que se p1 antee un proyecto para realizar el con-
trol del flujo de aire por medio de la variación de la
velocidad del motor.
- Se podría también realizar el control del flujo de
aire realizando un control de posición de las persianas.
- A pesar de todas las dificultades prosentadas se puede
decir que se a cumplido con los objetivos planteados y
que los resultados están acorde 3. la. utilización de este
equ i po.
93
ANEXOS:
1. MANUAL DE USO Y MANTENIMIENTO
1,1 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA
El s i s tema "Controlador de flujo de aire" consta de i as
siguientes partes;
a ) Planta.: está, constituida del túnel de viento alimen-
tado por un ventilador,
b) Panel de control: Dentro de 1 • pane 1 de con tro! se
encuentran todos los circuitos electrónicos distribuidos
en las siguientes placas impresas;
- Fuente de a 1imentación
- Re ferencia, Sensor y Error
- Control de voltaje para la resistencia térmica
- Controles PÍD, ON-OFF
- Etapa de potencia
- Medidor de referencia y realimentación
- Medidor de las señales de error y control
c) Lineas de transmisión; tenemos grupos de conexiones
para el sensor, para el servomotor y para los fines de
carrera de protexión del servomotor.
d) Sensor tipo térmico de Thomas : Consta de tres
elementos:
- Resistencia térmica\ 2 sensores de temeperatura PRT (Platinum Resistanee
Thermometer) Gsg !Ptl00
e) Protecciones de fin de carrera en las persianas: cada
grupo de persianas consta de dos fines de carrera para
limitar el ángulo máx imo y el ángulo mínimo de giro.
94
1.2 NORMAS DE USO
Para logra un correcto funcionamiento del sistema y no
causar ningún daño en el , es necesario seguir las
siguientes normas:
a) PARA ENCENDER
t. - Verificar la correcta, posición de los grupos
de pers i anas.
2.- Verificar las conexiones entre el panel de
control y el sensor, el servomotor y los fines de
carrera.
3.- Encender el ventilador
4. - Encender el SW general del panel
5.- Activar el sensor Ceste se debe tratar de
mantener encendido únicamente el tiempo
indispensable únicamente).
b) PARA APAGAR
1.- Desactivar el sensor
2. - Apagar el SW general del pa.nel
3.- Apagar el ventilador
c) PARA EL USO
Este sistema nos va ha permitir trabajar en el
control de flujo de aire, en los rangos ya
establecidos anter tormente.
Para, esto se dispone de:
i,- Señal de referencia ^ v ) * a cual es una saI ida
de voltaje, que varia entre 0 (V) a 10 CV).
2.- El detector de error que consta de dos señales
de entrada y una de salida. Las señales de entrada
son: la. señal de referencia. ^ V .) y ^a señal de
realimentación * Wj) . Estas dos señales pueden
variar entre 0 (V) y 10 (V). La.seña I de salida es
\B señal de error (V ) la cual puede varior entres '-10 CV) a +10 (V).
3.- Controles ON-OFF, PID.
95
La serial de entrada es el error CV ,) y la salidaeles la señal de control <VC), las dos sefíales pueden
varior entre -10 (V) a +10 (V). Existen SWs para
determinar que tipo de control aplicar al sistema;
de escoger los controles P1D, es posible variar
las constantes Kp, ri y rd; por medio de
potenciómetros
¿.- Etapa de potencia.
Esta etapa tiene como entrada la señal de control
C V . ) y salida que alimenta a l servomotor.
5.- El actuador que esta formado por el servomotor
y el grupo de persianas escogido, esto devido ha
que hay dos grupos de persianas que puedan escoger-
se por medio de un SW.
6. - Medidor de referencia y realimentación, se
escoge una de las dos señales por medio de un SW.
7. - Medidor de las sefíales de error y de control,
de igual manera nos permite escoger una de las dos
señales por medio de un SW.
1.3 NORMAS DE MANTENIMIENTO
Las normas que daremos a continuación van encaminadas a
prevenir cuaIquier problema en el funcionamiento del
equi po:
- Seguir el procedimiento indicado para la utilización
de 1 equi po.
- Diferenciar claramente cuales puntos del panel frontal
son entradas y cuales salidas.
- Antes de utilizar el equipo, chequear que la ubicación
de los sensores térmicos y en si de todo el sensor de
Thomas sea la correcta.
- Para disminuir las fugas de aire, se deberá cambiar
con cierta frecuencia las cintas utilizadas para este
fin.
- Para 'calibrar alguno de los medidores o la potencia
entregada a la resistencia térmica se utilizan
96
potenció metros, los cuales están en Iss tarjetas
respect i vas .
- Se debe revisar periódicamente la sujeción del sistema.
de ventilación, para evitar roces de las aspas.
2. PLANOS DETALLADOS DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS
IMPLEMENTADOS
Los diagramas que a continuación se presentan son los
circuitos i m p l ementados en cada una de las p 1 a cas
impresas ;
Lámina Kl: Fuente de alimentación
Lámina if2: Referencia, Sensor y Error
Lámina #3: Control de voltaje para la resistencia
térmi ca
Lámina &4: Acciones de control PÍD y QN-QFF
Lámina #5; Etapa de potencia
Lámina £6 : Medidor de referencia y realimentación
Lámina #7: Medidor de las señales de error y de control
Lámina #8 : P I anta
Lámina #9: Cuerpo del sensor
Lámina #10: Panel (frontal)
Lámina 911: Panel (dimensiones)
97
3. LISTA DE ELEMENTOS UTILIZADOS
Semiconductores
A Diodos 1N510¿
8 Diodos 1N5108
2 Transistores 123AP
11 Transistores A733AQ
1 Transistor 2N3055
1 Transistor MT2955
1 Triac 15 A/ 400 V
1 Opto acopador ECG 4030
6 LH555
4 TL082C
5 UA741CP
2 LM339
2 LM331
5 SN74LS192
1 SN7400
1 SN7¿42
1 SN741A5
1 CD4016
2 Reguladores 7805C
1 Regulador LM323K
1 Regulador 7812C
1 Regulador 7915C
I Regulador 7912C
Ind i cadores
I1 LEDs rojos
3 Displays HD5P-78X
1 Barra indicadora HDSP 8820
Condensadores
¿L 4700 uF/63 V
6 0,1 uF
2 0.22 uF
i 1 uF
1 2.2
1 47 uF
95
3 0.001 uF
Resis tencias
2 4.7 KÜ
2 9 KÜ
5 2 KO
4 47 KO
33 10 KO
1 1,7 KO
3 1 KO
1 1.5 I<0
6 220 O
2 22 KO
2 3 KO
1 2.2 KO
2 12 KO
2 15 KO
1 120 KO
2 47 O
2 68 KO
4 6.8 KO
1 9.2 KO
1 180 O
3 5.6 KO
2 3,2 KO
1 2,4 KO
1 24 KO
Potenciómetros
6 50 KO
3 20 KO
1 100 KO
E I e men tos varios
2 Sensores térmicos PTR !Ptl00
1 Resistencia térmica 34 O/ 150 W
4 Fines de carrera
6 SW DPDT
2 sw SPOT
99
APENO!CE5
APÉNDICE A
1. - Información sobre los sensores térmicos resistivos
uti I i zados.
2. - Información sotare el medidor de la velocidad del
f1ujo "Tubo Pitot"
3.- Información de los principales C.í. utilizados en
el pr oyecto.
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0.360.350.360.360.350.360.350.360:350.360.350.360.350.360.350.360.35•0.350.360.350.360.350.350.360.350.350.360.350.350.350.360.350.350.350.360.350.350.350.350.350.360.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.350.35
36136236336436536636736B369370371372373374375376377378379300381382383384385386387388389390391392393394395396397398399400401402403404405406407408409410411412413414415416417418419
233.17233.52233.87234.22234.56234.91235.26235.61235.96236.31236.65237.00237.35237.70238.04238.39238.74239.09239.43239.78240.13240.47240.82241.17241.51241.86242.20242.55242.90243.24243.59243.93244.28244.62244.97245.312-J5.66246.00246.35246.69247.0-1247.38247.73248.07248.41248.7624Í1.10
249.79250.13250.48250.82251.16251.50251.85252.19252.53252.88253.22253.56
0.350.350.350.350.340.350.350.350.350.350.340.350.350.350.340.350.350.350.340.350.350.340.350.350.340.350.340.350.350.340.350.340.350.340.350.340.350.340.350.340.350.340.350.340.340.350.340.350.340.340.350.340.340.340.350.340.340.350.340.34
420421422
423
424425
426
427428429430
431432433
434
435
436
437438
439
440
441442443444445446447448449450451452453454455-156457458459460461462463464465466467468469470471472473474475476477478479
253.90254.24254.59254.93255.27255.61255.95256.29256.64256.98257.32257.66258.00258.34258.68259.02259.36259.70260.04260.38260.72261.06261.40261.74262.08262.42262.76263.10263.43263.77264.11264.45264.79265.13265.47265.00266.14266.402G6.82267.15267.49267.83268.17268.50268.84269.18269.51269.85270.19270.52270.86271.20271.53271.87272.20272.54272.88273.21273.55273.88
INFORMACIÓN DEL TUBO DE PITOT
Boletín D-58
INSTRUCCIONES PARA EL MARK II
MODELOS DE MANÓMETROS PLÁSTICOS
I nsta 1 ación. - Localice al Mark I I en una superficie ver-
tical conveniente. La instalación no debe ser expuesta
a superficies cloruradas, o disolventes como bens i na,
acetona o carbón fcetrae Iorizado, etc. El instrumento es
adecuado para presiones normales internas sobre los 10
PSI y temperaturas ambientales de 140DF. NO SE EXCEDA
ESTOS LIMITES.
Perfore dos hoyos de 1/8" o de 9/64" en linea vertical
separados 3 15/16". Instale el instrumento con sus pro-
pios tornillos sjustándoloal vorde, pero no lo apriete.
ajuste el instrumento hasta e! íoco centrado en el nivel
de inclinación, ajuste ios t o r n i l l o s , chequee y asegúre-
se que el nivel de) instrumento este correcto, si es
necesario realice una renivelación para, adaptar al ins-
trumento a. su uso por tab 1 e .
Conec tar. - Retroceda (gire el contador, en el sentido de
las agujas del reloj hasta 0) , ajuste la. perilla hasta
su tope, luego gire aproximadamente tres vueltas comple-
tas de ta I manera, que haya espacio para a justar en cua I -
quier dirección. Mueva el insertador y l l é n e l o con líqu_i_
do para el instrumento, hasta que el fluido sea visible
en las inmediaciones cíe 0 en escala.
Precaución; Use 0.826 como gravedad específica en el ins_
truniento con a.ceite rojo para los instrumentos numerados
con: 25, 27, MM-80 y 11-700 Pa. Use 1.9 gravedad específi.
ca. para aceite asul para los instrumentos numerados 26,
28 y MM-180. Ajuste la p e r i l l a exactamente a<2> y reempla_
ce el enchufe. Si la unidad está sobrecargada y no se
puede adecuar a 0 se debe quitar el exceso de aceite
incertando una mangera limpiadora atraves.del portafil-
tro y extrayéndole. La longitud de 8 pies de la doble
columna de tubo plástico está incluida en el instrumento
con los adaptadores para la conexción a 1/8" NPT de
hojas o canales de metales conectados al tubo, con la
banda del tubo rojo a una presión alta (izquierda), la
conección del vorde final del instrumento está dirigida
a una presión positiva. La presión baja (derecha) esta
conección deberá ser similar al tubo d"codificado, y
girado a la presión negativa.
Mantenimiento. - Chequear oc ación a imente el nivel del
aceite, y ajuste la p e r i l l a a 0 cuando requiera.
Asegúrese de que todas las presiones estén apartadas,
desconectados los tubos al final del instrumento antes
de ajustar la p e r i l l a a 0. Arlada aceite únicamente
cuando sea necesario, use aceite rojo o azul solamente
marca. Dwyer, otros líquidos pueden dañar el instrumento.
Limpíelo con telas suaves, usando un poco de jabón puro
y agua. Use un cepi1 1 o pequeño que le ayudará a limpiar
las perillas. Evite limpiadores líquidos y jabones 3íqu_i_
3
dos, que pueden tener solventes clorurados y pueden
dañar el instrumento.
DATOS DE APLICACIÓN
Mecanismo de regulación
Arranque la tubería de 1/8" de hierro de largo, desde el
abastecimiento del mecanismo a un punto dentro de los 5
pies desde el regulador. Provea de un mecanismo para la
limpieza periódica para remover la acumulación de
h o l l í n . Realice la conección del mecanismo hacia el
conector derecho.
Indicador de la presión estática '
La velocidad del aire de 1000 fpm o el eres más grande
es una. posible fuente de error. Para mayor eficacia, la
/punta de la presión estática deberá, ser ins!. alada, con
la punta, d i r i g i d a hacia, la corriente de aire. Si la
presión estática no es usada, realice las conecciones
para introducir el ducto perpendicular a la corriente de
aire y terminar en el ingreso.
Regulador del f i l t r o de aire
Arme el regulador dentro de los tres pies de la o r i l l a
del f i l t r o e instale un tubo adaptador en cada lado del
elemento del filtro. Corra el tubo desde el ajuste del
f i l t r o de la conección derecha y el tubo desde el otro
lado del f i l t r o de la conección izquierda. Remueva el
4
papel desde la parte posterior de las flechas verde y
roja e i stale junto al tubo indioador para señalar el
filtro de lecturas claras y borros as.
Velocidad del aire en metros
Un tubo Pitot es requerido para indicar la velocidad del
aire y la exactitud de las unidades depende de la insta-
lación. Seleccione un localizador para el tubo Pitot
con secciones suaves y rectas del ducto por lo menos de
4 diámetros de longitud en ambas corrientes (arriba y
abajo). Instale con el tubo centrado en el ducto y la
punta dirigida hacia la corriente de aire. Conecte el
ángulo derecho del tubo de Pitot, encajando a la conec-
ción derecha, conecte el tubo Pitot hacia la izquierda.
La lectura de le velo ciad a. ahora indicado en el centro
es la velocidad máxima. Para velocidad promedio cruce el
área completa del ducto multiplicados por un factor de
,9 , La. velocidad indicada es para aire seco en 70°F,
29.9" de presión barométrica y una densidad resultante
de .075-cu/ft -Para las variaciones de estas condiciones
estándar, las condiciones deben estar basadas, sobre los
siguientes datos.
CALCULO DE LA VELOCI DAD DE AIRE
Velociada del aire = 1096.2 \yPv/D
donde Pv = presión de la velocidad en pulgadas de agua
D = densidad de aire in/-cu. ft.
Densidad de aire = 1.325 * Pn / T
5
donde Pg = presión barométrica en pulgadas de mercurio
T = temperatura absoluta (temperatura indicada en
°F más 460)
3Flujo en ft /min = área del ducto en pies cuadrados x
velocidad del aire en pies/minuto.
Boletín No, H-ll
VELOCIDAD DEL AIRE CON EL TUBO DE P1TOT DWYER
VELOCIDAD DE AIRE
La presión total de una corriente de aire que fluye en
un ducto es la suma de una presión estática o presión
atmosférica hacia los lados de las paredes del ducto, y
el impacto o la presión de la velocidad del aire en
movimiento. A través del uso de un tubo Pitot conectado
diferencialmente al manómetro, este indicará solamente
la presión correspondiente a la velociada del aire
determinado.
Ps ra una presisión de mes o menos de 2% como en las ap I i_
caciones de un laboratorio se requiere de un extremo
cuidado y deben seguirse las siguientes observaciones:
6
1 .- El diámetro del ducto de 4" o más grande.
2. - Realice una píataforma exacta para el diseño- de la
derecha, calcule las velocidades y el promedio de
1ecturas.
3.- Pula las secciones dirigidas al canal a un mínimo de
8 1/2 diámetros de longitud hacia la corriente superior
y 1 1/2 diámetros hacia, la corriente inferior del tubo
de Pitot,
4.- Realice un agujero de bonva directamente hacia la
corriente superior del tubo de Pitot.
Al realizar el chequeo de la velociada de aire, selec-
cione una localización como se lo suguiere arriba,
conecte los avances de los conductos del tubo de Pitot
las conexciones del manómetro e incerte el conducto con
el extremo d i r i g i d o hacia la corriente de aire. Si el
manómetro s e fS a 1 a una indicación menor invierta. los
tubos. Con una lectura directa del manómetro las veloci-
dades del aire serían indicadas en pies por minuto. En
otros tipos el manómetro leerá la presión de la veloci-
dad en pulgadas de agua y la velocidad correspondiente
se encontrará en las curvas de este boletín. Sí las
circunstancias no permi ten una exactitud transversal
ub i que el tubo en el cana 1, determine el centro de la
velocidad y multiplique por un factor de .9 para el
7
próximo promedio de velocidad. Los campos de pruebas que
funcionan de esta manera deberían ser precisos con más
o menos 5 %.
La velocidad indicada para el aire seco a 70°F, 29.9" de
presión barométrica da un resultado de .075 8/cu. ft.
para el aire a una temperatura de 70 F se refiere a las
curvas en este.boletín. Para otras variaciones de estas
condiciones, las correcciones podrían basarse en el
siguiente dato;
Velocidad de aire = 1096.2\/Pv/D
donde Pv = presión de velocidad en centímetros de
agua
D = densidad de aire en tt/cu. ft.
Densidad de aire = 1.325 x PB/T
donde Pn = presión barométrica en pulgadas de
mer cur i o
T = temperatura absoluta, (temperatura
indicada. °F más 460)
Flujo en cu. ft por min = área del ducto en pies
cuadrados por lavelociad*>.
del aire en pies por min.
BulIeLin D-58
InstructionsFOR
MARK HMOLDEO PLÁSTIC MANOMETERS
Mark IIModel No. 25 moldedplástic manometer.
InstallationLócate Ihe Mark II on a convenicntvertical surface. The ins ta l la t ion shouldnol be exposed to strong chlorine at-mospheres or solvents such as bcnzenc,accione, carbón tctrachloride, etc. Theinstrument is sui tablc Tor total in terna lpressurcs up to 10 PSI and ambicntlemperatures of M0° F. DO NOT EX-CEED THESE LIMITS!
Drill two I H" or 9/64" holes on a verticalI íne3 15/16"apart. Install gage with self-tapping scrcws providcd, turning thescrews down snug, but not tight, AdjusLthe gage until the bubble is ccntered inthe spirit level. Tighten the mount ingscrews; check to be sure the instrumentremained level and relevel as necessary.To adapt gage for portable use, orcleroptional A-612 Portable Stand.
FilringBack out (turn counter clockwise) thezero adjust knob until it stops: thenturn in approximately threefull turnsso that there is room for adjustment
in either direction. Remove the fillplug and f i l l with gage f lu id until fluidis visible in vicinity of zero on scale.Caution: Use .826 specific gravity redgage oil for Gage Nos. 25, 27, MM-80and M-700 Pa. Use 1.9 specific gravityblue oil for .Gage_.Nos. .26. 28__and_MM-I80. Adjust for exact zero settingwith zero knob and reph'co f i l l plug. Iftheuni t i sover f i l l ed totheextentthatthere is insuffícient zero adjustmentto accbmmodate it, the excess oil canbe removed by inserting a pipecleaner through the f i l l p'ort andblotting up the excess.
An cíght foor length of double columnplástic tubing is included with the gagealong wilh adaptors for connection Lo VNPT f i t t i ngs or sheet metal ducís.Conncct the tube wi th red code stripe tothe hígh prcssure CleCt) connection at topof gage and lo Ihc posítive or morepositivo prcssure to be sensed. The lowprcssure £ right) conneclion shouldsimilar ly be connected to the uncodedlubcand i l i n turn to the ncgalive or morenegativo pressurc to be sensed.
MaintenanccCheck oil level occasíonally and adjust7.0ro knob as required. Be sure allpressure ís removed by disconnectingtubing a t top of gage befare adjusting-/.ero knob. Add oil only when necessary.Use Dwyer red or blue oil only — olherfluids may damage Ihe gage. Clean wi tha soft cloth using a l i t t l c puré soap andwater. Use of a small brush will aid incloaning the knobs. Avoid clcaning fluidsand liquid soaps which may ha vechlorinated solvente in them as Ihey niaydamage the gage.
Copyright 19S2 D-yer Instruments Inc.
bWYÉR- ' IÑSTRÜMEIsJTSi INC.P. O. BOX 373 • MICHIGAN CITY, INDIANA 46360, Ü.S.A,
Phone 219/872-9141
AAARK HMANOAAETER INSTRUCTIONSBullcün D-58
Page 2
Dimensíons
•1%
APPLICATION DATAD r a f t GageR u n irnn pipe. "B" or largor, from sourcco f d r a f t L o a point within five feet or gage.Providea meansfor pcríodic clean-out toremove soot accumulation. Make gageconnecLIon to right hand connector.Static Prcssure I n d i c a t o rAir vclociliesof 1000 fpm or grea ter a re apossible source oí error. For grcateraccuracy, sfatic pressure tips shculd beinstíillcd, with Lhe tips directed into Lheair flow. lf statíc pressure tips are notuscd. make connections cnter thc ductperpendicular to the air stream andfin ish off smooth on the inside.Air Fillcr GageM o u n t gage wi th ín three fcct of f i l te rbank and ínstall a tubing adaptcr oneach side of the f i l te r elemenl. Run thetube from the fitting on the dischargeside of the f i l ter to the right gage con-
t nectjpnand the tube froni the pther s[deI of the fif ter to the íeft gage connection.
Remove paper from back of green andred arrows and install adjacent to in~dicating tube to indícate clean anddirty filter readings.Air Velocity MetersA pitot tube is required for air velocityindications and care musí be taken ininslal lat ion to insure accuracy. Select alocation for the pitot tube with smooth,straight sections of duct at least fourL l t h o in USA 5/BZ
diamclers ' in length both upstrcam anddownstream. Tnstall with the tube cen-tered in the duct and the tip directed in tothe air stream. Connect the right anglepitot tube f i t t ing to the right gage con-nection. Connect the straight pitot tubeconnccíion to Lhe left gage connection.The velocity reading now indicated onthe gage is thc centcr or máximumvelocity. Foraverage velocity across theful I área of thc duct multiply by a factorof .9 The velocity indícated is for dry airat70° F.,29.9" Barometric pressure anda resulting density of .075-cu./ft. Forvariatíons from these standard con-dítions, corrections may be based uponthc following data.
AIR VELOCITY CALCULATIONS:
No.
A¡r Velocüy= 1090.1 \" D
wherc Pv= velocity pressure in inches ofwaler
D-Air density ín V-cu. ft.Pe
Aír D*ntrly=* 1.325 * ——
where PB^Barometric Pressure in in-ches of mercury
T - A b s o l u t e Tempera lu re f í n -dicatcd tempcrature °F plus 4GO)Flow in cu. ft. per min.^Duct arca insquarc feet x air velocity in fl. per min.
Fluid-,R2fí-K1.9 sp, gr. blue oil.826 sp. gi\d oil1.9 sp, gr. blue oil,826 sp. gr. red oíl.826 sp. gr. red oil1.9 sp. gr. blue oil
lían ge0-3J n, W,CO-TIn.W.C.0-80 M.M. W.C,0-180 M.M. W.C.
M-700 Pa 10-0-700 Pascáis27 * 0-7,000 fpm28 * 0-10,500 fpm
26M-80M-180
;- Nos. 27 and 28 require pitot tube ataddi t ional cost. See BuIIetin H-100.
67-440215-00
DWYER INStRUMENTS, INC.P.O. Box 373, Michigan City, Ind, 46360
Phone: 219/872-9141
B U L L E T I N N O . H-ll
AIR VELOCITÍESWITH THE DWYER PITOT TUBE
A I R V E L O C I T YThe total pressure of an oír streom f lowing in a duct t s the sum of the s tat ic or bursting pressure exerted
upon tlie s idewa l l s of the duct and the impact or velocí ty pressure of the moving air. Through the use of a
pítot tube connected d i f ferent ía l ly to a manometer, the velocí ty pressure alone is indicated and the cor-responding air velocíty determined.
For accuracy of plus or minus 2%, as in laboratory applications, extreme care ¡s required and the f o l l o w i n g
precaut ions should be observed;
Duct diameter 4" or greaíer.1.
Make an accurate traverse per sketch at
right, calcúlate the velocities and av-erage the readings.
Provide smooth, straight duct sectionsa mínimum of 8Vi díameters in lengthupstream and 1 Vi d iameters down-stream from the pitot tube.
Provide an egg crate type straightenerupstream from the piíot tube.
In making an air ve loc i ty check se lec t a location as suggested above, connect tubing leads from both pitot
tube connecííons to the manometer and insert in the duct with the tip directed ínto the air stream. If the
manometer shows a minus indícat ion reverse the tubes. With a direct reoding manometer, oir ve loc i t ies wil l
now be shown in feet per minute. In other types, the manometer wi l l read ve loc í t y p ressure in inches of
water and the correspondí ng veloc i ty will be found from the curves ¡n this bulletin. If c ircum stances do
not permit on accura te traverse, center the pitot tube in the duct, determine the center veloci ty and mulM-
ply by a factor of .9 for the approx imate average ve loc i ty . Fíela tests run in this manner should be ac-
curate withín plus or minus 5%.
The veloci ty indicated ís for dry air at 70°?., '•29.9 " 'Barometric Pressure and a resulting density of .075 j/
cu. ft. For air at a temperature other than _70°F. refer to the curves in this bulletin. For other var iat íons
from these conditíons, corrections ma y be based upon the following data:
Air Velocity = I 090.2
where
Air Density= 1.325 x
DDV = velocity pressure in ¡nches of Woter
D = Aír density in £/cu. ft.
-PB-
Twhere PB — Barometric Pressure ¡n inches of mercury
T=Absolute Temperature (indicated femperature ° Fplus 400)
Flow in cu. ft. per mín. = Duct área in square feet x, air velocity in ft.
per min.
AIR YELOCITYCALCULATOR
Compules velocity basedon air density correctedfor condítions of tempera-ture and pressure. Elimí-nales t e d í o u s c a | c U-latíons. Ranges from .01to 10" water correspond-ing to 400 to 20,000 FPM.Furnished with eoch pitottube.
LITHOGRAPHED IN U.S.A. 3/84
STAINLESS STEELPITOT TUBES
Test confirmed unity co-ef f ic íent and l i fet ime con-structíon of No. 304 stain-less steel. I n C h gradu-atíons show depth of in-sertíon Eor I r a v e r s i n g .Complies with AMCA andASHRAE specif ícat ions.Sizes 12 Jo 60" long.Hand or f ixed m o u n t i n grypes.
COPYRIGHT 1984 DWYER INSTRUMENTS, INC.
DWYER- INSTRUMENTS, I N C-P.O. BOX 373 • fyilCHIGAN CITY. INDIANA 46360, U.S.A.
Phcne: 219/872-9141
uc
CDCL
O>O)
Ü
J9o;
2600
2400
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
.02 .04 .06 .08 .10 .12 .14 .16 .18
Gage Reading with Pitot Tube (Velocity Pressure) in Inches of Waler.20
FR 72-440226-00
13000
12000
.21.0
1-2
1.4
1.6
18
H.o
2
2
2.4
2.6
2.8
Cog
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Pre
ssur
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in
Inch
es
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Wal
er3.
03.
2
3.4
3.6
3.8
4.0
Voltage ComparatorsNationalSemiconductor
LM139/239/339, LM139A/239A/339A, LM2901,LM3302Low Power Low Offset Voltage Quad ComparatorsGeneral DescriptionThe LM139 series consists oí four independen!precisión voltage comparatprs with an offset volt-age specíficatíon as low as 2 mV max for all fourcomparators, These were designed specífícally toopérate from a single power supply over a widerange of voltages. Operation (rom spüt powersupplies is also passible and the low power supplycurren! drain is independen! .of the magnitude ofthe power supply voltage. These comparators alsohave a unique characterístic ¡n that the inputcommon-mode voltage range includes ground,even though operated from a single power supplyvoltage.
Application áreas ínclude límít comparators, simpleanalog 10 digital converters; pulse, squarewave andtime delay generators; wide range VCO; MOS clocktimers; muliivibrators and high voltage digital logícgaies. The LM139 series was designed to directlyinterface wíth TTL and CMOS. When operatedfram both plus and mínus pawer supplies,'theywill directly interface wíth MOS logic— where thelow power drain of the LM339 is a dístinct advan- .tage over standard comparaiors. •
Advantages« High precisión comparators• Heduced Vos drift over temperature
• Eliminates need for dual supplies
• . Allows sensíng near gnd• Compatible with all forms of logic• Power drain suitable for battery operation
Fea tu res• Wide single supply voltage range or dual sup-
pliesLM139 series, 2 VDc to 36 VDc orLM139A series, LM2901 ±1 VDC to ±18 VDC
LM3302 2 VDCto28 VDC
or ±1 VDC 1° ±14 VDC• Very low supply current draín |0.8 mA) —
independen! of supply voltage (2 mW/compara-to ra l+5 Voc)
• Low ínput biasing curren! 25 nA• Low input o f f se t current ¿5 nA
and offset voltage ±3 mV• Input common-mode vpltage range includes gnd• Differential Ínput voltage range equal to the
power supply voltage• Lowoutput 250 mV at 4 mA
saturation voltage
• Output voltage compatible with TTL, DTL,ECL, MOS and CMOS logic systems
Schematic and Connection Diagrams
oinrvr t eurmlt
Ord«r Numb.r LM139J, LM139AJ,LM239J. LM239AJ, LM339J,
LM339AJ, LM290U or LM3302JJ14A
Typical Applications (v+ = 5.ovDCj
Ord«r Numb«r LM339N, LM339AN,LM29Q1N or LM3302N
ck»fl« N14A
B*Ȓc Compiritor Drtvinq CMOS
5-23
Drívlr-i TTL
co coco co£r
lo-ro-
CO J1
ooco
rocoo
cocooro
co
LM139/LM239/LM339, ••• — -• : f .LM139A/LM239A/LM339A, LM2901, LM330;
Absoíule Máximum Ratings
Supply Vollagí, V f
DIHfienlIM Input VoltngeInpul Voltng-iPoWíi Dliiipatíon (Mole 1)
• Molil-d DIPDwity DIP
OiHpiit Shotl Clfcillt lo GND, (Nnlf 21Irtput Cimcm [V1N<-0.3 VDC), (Nol-3)Qp*iMing TrnnperMurí R*nqt
LM33DALM239A ' ^LM2901LMI39A
Sloragt Tempsrsture R»r>gelearf TrmpírMufe (Soldeilng, 10 wconiii)
Electrical Characterístics
LM139/LMZ39/LM339LM139A/LM239A/LM339A
LMM01
36VD CDri l8VD C
to
570 mW900 mWBOO mW
Cotí lio uo u i50 mA
0"Cto 470"C-25"C to4R5"C'-10" C lo +B5°C-55riClníl25°C-65°C to MSO'C
Continuo!»50 mA
-65 Cío 4150 C300"C
PARAMETER
Input Oíl^t Vr>ll»gr
Inpul Blü Currenl
Inpul Otliel Cuttf nt
R.nq.
Supply Cuirf nt
Vollag» Giin
t«n- S-gnil Palpóme Time
HMpome Tlm- •
Oulpul SlnV Cufi-nl
•--•• v-.~
CONDITIONS
TA • 25°C, |Not- 9)
l|N[t] "''INI-) wlthOulpui ln
Une«( R.ng-, TA - 25"C, (Mote 5]
I|N|41-'INH.TA-250C
TA - 25"c. (rJot. 61 •
RL - - on «II Comp^MoH, TA - 25"C
RL - «*. v ' " 3ov, TA *• 25*c '+ (
Suppoit L'tge VQ Swlngj, TA - 25"C
V,N-TTLLDq!cSwl-.g:.VREF-
M VDc-VRL-5 VDC. RL "5.1 Vn.
VRL-5vDC.nu-5. lvn.TA - 2S"C. (Note 7)
VINH&I VOC-VINUJ-O.
!°?!5^rv",",t:-
LM139A
MIN TYP MAX
±1.0 12.0
25 100
Í3.0 125
0 . V*-1.5
0.8 ' 2.0
50 200
300
1.3
0.0 16
, -.
LM239A, LM339A
MIN TYP MAX
±1.0 12.0
25 250
¿5.0 Í50
0 V4-1.5
•
O.B 20
50' 200
300 '
Í
"' i 1.3
fio 16
-, «
LM139
MIN TYP MAX
¿3.0 ¿5.0
25 " Í00
¿3.0 ¿25
0 V*-1.5
0.8 2.0
200
300
1.3
no IR
-,
LM239, LM339
MIN TYP MAX
12.0 ±5.0
25 ' 250
¿5.0 ¿50
0 V*-1.5
O.B 2.0
200
300
1.3
R O IR
— ™
LM2901
MIN TYP MAX
¿2.0 17.0
25 250 .
¿5 ±50
0 V*-1.5
O.B 2.0
1 2.5
25 100 ,
300
-
1.3
i f) i ^
-
LM3302
MIN TYP MAX
¿3 120
25 500
¿3 ±100
0 . V*-1.5
'. O.B ' 2
.-
2 - * • 30 *•
300
" .'
1.3
fin !"
- —
UNITS
mVDC
nAOC
nADC
VDC
mAoc
mAoc
' V/mV
ni
í..
Incxit OKiti Volt»9*.
trrxit O([i*t Cturtni
Inpul Bhi Curren!
Inpul Common-Mode Voll*g*
Síluridon VolUij*
fc Qulput L"V»9* Currenl
OHIrrtnllil Inoul Voll*g*
tHol. S) ' % \I " 'INI-)
' lN(4J °' 'lN(-) w'th Oulput lnLIntir R«nv«
v,Nl-,|-c,c.v1Wl,-».
VIN(*)5 ' VDC.V|N(-| ' 0,
v0 - so VDC
K'tp.HV,N-'>OVDC(orV-,
!( uied). (Mote B|
"T"1 — ~>'" — "'
±100
300
0 Vf-2.0
7ÜO
1.0
V(
^V--^4,r'
1160
•100
'
0 Vt-2.0
700
1.0
V*
'•.V?--fe7?»«*- ,. _ : iioo' ' 300
0 , V*-2.0
700
t.O
38
feP^r»..'%. * '. '.^'-'. ' ii»
' á1 *'m
o f v*-2.n
700
1.0
36
5?***$*$, • w too
20d BOO
0 V+-2.0
400 700
1.0
0 Vf
j ^ l''v*. '•- . J. .-. i 1000
o v4-2.q
700
1.0
VGC
pSFi:- "*«xi
"*OC
mvoc
^AOC
VDC
Not» 1: For oporatlnn ni hlgh tfimperaturBí, tha LM339/LM339A, LM2901, LM3302 muit ba derated bmcd on R 125"C máximum lunctlon terpperalure end e thermnl reiinence of 175" C/W whlch nppItBi forthe dcvlce loldered ln a prlntrd clrcult bonrd, oporatlrtfl ln a nll! alr amblen!. The LM239 and LM139 mu« be deraledbnsod on a t50"C máximum Junctlon temp^raiure. The lowbliM dliilpallon «rvd tha "ON-OTF" chnrnctarlitlc oí lh" outputt hftpt the eh!p dliilpitlon vary irnall (PD < 100 mWl, provlded thn output (ramillón «re nllowffd to wturaia.Nol* 2: Short clrculti (rom trie output lo V4 can cnu»; excenlve heotlng and nventtinl daítructlon. The máximum outpui curten! li opproxlniately.20 mA Independen! ot iha mtonltude ot V+,
Notí 3: Thli input curren! wlll only exlít when Ihe volleoe at any ot the Inpul Inodj ll drlven neoatlve. It Is due to the colleclor-bflie Junctlon oí the InptJl FNP trtnilitor* becoming torward blnwd nnd thereby•cllng ai Input dlod" clamp). ln addítlon to thl» dfod« ectlon, Ihsre ll elfo laioral NPN po.-«i)tlc trariiUtor ncllon on Ihe IC chlp, Thli trnnililor «ctlon cnn cmiw Ih* output vollitfwi ot th* comporutnr» to oo to th»V* volmp^ leve) (oí- to oround tor a Inr0« overdr|u«) fbr th- tima duratlon th«i »n Input U drlven ñi-ontlu», Thl< U not d»ttructl«« and normal outpul itat*i wlll rr-*itnbll.h wh«n th« Input volteo», whlch wat rn-o*-llwf, pgoln r*turn> to a vnlue jrenter than ~O,3 VDC-Not« 4: Thew jpecIticBtlon» npply íor V+ - 5 VDC and -65°C < Tft ¿ 4-125"C, unle» oiherwhe Meted. Wlth the LM239/LM239A, »ll temperatura ipcclflcalfoni ere llmlted to -25"C ¿ TA < 485"C, th«LM339/LM339A tempera ture ipt-cltlcnllonf are llmlted to 0°C < TA < +70"C, and the LM2901, LM3302 lemperalure renos li —10"C < TA < +S5"C,Hott 5: The dlrectlon of th« Input current li out of th" IC due to the PNP Input Msge. Thli current li ««antlnlly conitnnt. Independan! of the itate of th- ouiput to no loadlng charm» «xltti on the refrenen orInpul lino.Not" 6: The Input common-mode voltage or alther Input dijnal voltaoe ihould not be allowed to BO neoslíva by mora thsn 0.3V.The upper end oí the common-mode volteoe renge ll V+—1.5V, but ílthef or both
Inpuii can ga to +30 VDc vvlthout damege.
Nol» 7: The reinante time tpeciíled li tor e 100 mV input itep wítli 5 mV ovordrlve. For Inroer overdrive jlgnelí 300 ni can b« obtalned, ice lyplcal performance charncteriitlcí lectlon.
Nott 8: Poílllve excunloni of input volttfje may exceed the powtir mpply levnl.Ai long ai the olher voltftflfi rem«lni wlthln the common-moda reno*, the comparalorWill proVWe a proper output tule. The low
input voltnge itate muí! nol be Ie*i iHan -O.3 VQQ (or 0.3 VQQ below Ihe mngnltudo of thn negativa power lUpply, If uied).
Nole9: Al oulput íwitch point, VQ K 1.4 VDC, Rs - OH wílh V* from 5 VDC;Bnd ovor iha tull Input common-moda roño-» (O Vpc to V+-1.5 VDCK
Not. 10: For inpui ilgnali ihat exceed Vcc, only Ihe overdrlven comparator li atfected. Wlth a 5V lupply, VIrj ihould bs llmil'ed to 26V max, and a llmiting reilitor ihould be used on nll Inpu» iho! mfoht
exceed the poiltlve «upply.
M555/LM555C TimerIfrrfGeneral Description
V *T>i« LM555 is a híghly stable device for generating•ccurate time delays or oscillation. Additional termináisir» províded for triggenng or resettíng íf desíred. In the.time delay mode oí operation, the time is precisely con-
NationalSemiconductor
Industrial/Automotive/FunctionalBlocks/Telecommunications
, one external resistor and capacitor. For astable, operation as an oscillator, the free running frequency andduty cycle are accurately controlled with two externalmistors and one capacitor. The circuít may bfi triggered
¡ and reset on falling waveforms, and the output círcuiti lource or sink up to 200 mA or dríve TTL circuíts.
Features-i
,*, Dírect replacementfor SE555/NE555• Tíming from mícroseconds through hours• Operates. ín both astable and monostable mcdes
• Adjustable duty cycle
• Gutput can source or sínk 200 mA• Output and supply TTL compatible
• Temperature stability bétter than 0.005% per °C
• Normally on and normally ofí output
Applications• Precisión timing
• Pulse generatíon• Sequentíal timing
• Time delay oeneration• ' Pulse wídth modulation• Pulse posítion modujation• Linear ramp generator
enenen
enenenO
Schematic Diagram
Connection DiagramsDu«|.|n-L(n
Ord«r Nutnb«r LM555H, LM555CHSM NS Pack»9a HOBC
Ord*r Numb«r LM555CNS« NS pKkogt HOBB
Ord«r Numb«r UM555J or LM555CJS« NS Pack» . JOSA
9-29
mm5.-iLOU5LT>
Absolute Máximum RatingsSupply Voltage -f|8VPower Dissípation (Note 1) ' 600 mWOperating Temperature Ranges
LM555C 0DCto+70°CLM555 -55°Cto+12S0C
Storage Temperature Range —65°C to +15QDCLead Temperature (Soldering, 10 seconds) 300°C
(TA =25°C, Vcc =+5Vto+15V, unless otherwise specifled)
PA RAM ÉTER
Supply V/oltiQe
Supply Curren!
Timino Error, Monoit*ble
Inlti»! Accur»cy
Drlh wltti Temtwrituií
Accui»cy ovtf Tempfr»ture
Drlh wim Supply,
Tfmfng Error, Amble
lnlii*t Accuracy
Drlh with TemrKriturtAccur»cy ovtrTtfnperitufe
Drlh with Supply
Threthold Voliagí
Triffger Voltaye
Tripger Current
Rei«tVolt»ge
fie»*! Current
Threinold Curien!
Control Voli*g* L*vel
Pin 7 Le«k»oe Output H¡oh
Pin 7 Sal (Note 5)
Output Low
Outpul UDW
Ouiput ValtKjf Diop (Low)
Ootput Voluge Orop (High)
RiitTIrrw o) Output
FillTimt oí O\Jtpu!
CONDITIONS
V C C - S V . R L - ™Vcc - 15V. RL - » .(LowSimHNole2J
R A .R B - Ikta )DOk.
C-O.lyF. (Nott31
Vcc - 15V
VCC - 5V
(NotM)
Vcc - \5VVcc - 5V
Vcc ' ISV.t, • 15 mAVcc - 4^V, I7 -<¿mA
VCC - 15VISINK - 10 mA
ISIM« • 50 mA
ISINK ' lOOmAIS|N< -SOOmA
Vcc ' SV'SINK ' 8 mA
ISINK ' 5 mA
'souncE-200mA.Vcc- l5V
ISOURCE - 100 mA, Vcc - 15V
Vcc ' 5V
LIMITS
'UM555
MIN
4.5
4.81.45
0.4
9.6
2.9
133
TYP
310
0.530
1.5
0.05
1.5902.50.15
0.667
51.67
0.01
0.5
0.1
0.1
10
3.33
1
15070
0.10.4
22.5
0.1
12.5
13.3
3.3
IDO
100
MAX
IB
5
12
'
2
3.0• 0.2
5
0.2
5.7
1.9
0.5
1
0.4
0.25
10.4
3.B
100
100
0.15
0.52.2
0.25
LM555C
MIN
4.5
0.4
9
2.6
12.752.7S
TYP
310
150
1.50.1
2.25
1503.00.30
D.G67
51.67
0.5
0.5.
0.1
0.1
10
3.33
1
1BO
BO
0.10.422.5
0.2S
12.5
13.3
3.3
100
100
MAX
16
615
7
0.5
0.9
1
0.4
0.25
114
IDO
200
0.25
0.75
2.5
0.35
LH»-'
,-
-
[—
»
p«—
\
-
r'
-
-
-
.
'
-
"
Non 1; Por operetlng at elévate** temperatureí the devíce must be dersted be*«d on a •fl50°C máximum ¡unctlon lempwrMure and a irwlitsnce of -M5°C/W ¡unctíon lo cate for TO-5 and +15QBC/W junctlon to ambíent (or both packaoot.
Not« 2: Suppty current when output hí0h typlcally 1 mA Ion at VCG " sv-
Now 3: T<med ai Vcc - 5V and VCc - 15V.
Not» 4: Thii w!ll determine Ihe máximum valué of RA + Rg for 15V operetion.The máximum iota! lR,i\ Rg) ii 20 MR.
Not» 5: No protKtlon aoalnit exceorve pin 7 current o necooary prowlding the packepe ditiipatlon ratlng wlll not b« exce«ded,
_— .
Performance Characteristicsum Pulm Wldth
) *'. l.t 8-1 U »-'
K.TAGE LEVEL DF TRIGCEH fULSE [X Vc(
Supply Curr»nt vi
sumY VQLTAGE |v)
LoW Output VoU«p« >Ckitpíit SInk Current
Hlph Outtíut Volt*on v»Output Soorc» Curr»nt
Uow Outpu! Volt»9« vtOutput Sink Curr*nt
Oíen
oíoíoíO
'CWtput Prop-Bdtlün Ol«yLevel o( Tn^-r Pul
Diicruirp* Trnralitor (Pin 71Voltig* *» SInk Currunl
r VOLIAGÍ LíVEL OF IRICCER TULSE |K
0.1 OJ OJ
VOLTAGE LEVEL ÜF TRIGGER PUISE IX Va
D¡ich»r(r Tmniiitor (Pin 7)Voltaje vi Stnk Current
O,SI 0.1 1.0 10 tOO
9-31
otoLOLO
LOLOLO
Applications Information
MONOSTABLE OPERATION
In this mode oí operation, the timer íunctíons as aone-shot {Figure 1}. The external capacitor is initiallyheld discharged by a transistor insíde the timer. Upon ap-plication of a negative trigger pulse of less than 1/3 Vcc
to pin 2, the flip-flop is sel which both releases the shortcírcuit across the capacitor and drives the output hígh.
1 Mili
1 TKieCEJl
I! oimuí
í**
L) J
] ii
1
DIJCHtRCi
IHRESUOIO
[0*1*01VDITICÍ _
-Tí.,.,
C
FIGURE 1. MonoíiBW*
The voltage across the capacitor then íncreases exponen-tially for a period oí t = 1.1 RAC, al the end'of whichtime the voltage equals 2/3 Vcc. The comparator thenresets the flip-flop which in turn discharges the capacitorand drives the output to its low state. Figure 2 showsthe waveforms generated in this mode of oper.ation.Since the charge and the threshold level of the convparator are both dírectly proportional to supply voltage,the timing internal is independent oí supply.
J_J_
C-MI.F
FIGURE 2. Mom*t.bl« W«v«Iorrm
During the timing cycle when the output is high, thefurther application of a trigger pulse will not effect thecírcuit. However the circuít can be reset during this timeby the application of a negative pulse to the resetterminal (pin 4). The output will then remain in the lowitate until a trigper pulse ¡s agaín applied.
When the reset fuñction ¡s not in use, h is recommendedthat it be connected to Vcc to avoíd any possíbílíty offalse triggering.
Figure 3 is a nomograph for easy determination of R, Cvalúes for various time delays.
NOTE: In monostable operation, the trigger should be,dríven high before the end of timing cycle.
ASTABLE OPERATION
If the círcuit is connected as shown ¡n Figure 4 (píns 2and 6 connected) U wíll trigoer itself and free run as a
FIGURE3. T!m« D«l»y
multivíbrator. The external capacitor charges throughRA + RB ar|d discharges through RB. Thus the dutycycle may be precísely set by the ratio of these tworesistors.
• _[ T-
FIGURE A. Art«H«
In this mode of operation, the capacitor charges anddischarges between 1/3 Vcc and 2/3 VCc- ^s ¡n tne
trlggered mode, the charge and discharge times, and there-fore the frequency are independen! of the supply voltage.
Figure 5 shows the waveforms generated in this modeof operation.
c-t.n.f
FIGURES. Astabl. W.v.fomu
The charge time (output high) is gíven by:t, = 0.693 (RA + R a ) C
And the discharge time (output low) by:ta «0.693 ( R B ) C
Thus the total period Is:T-l, +tz =0.693 (RA +2RB) C
9-32
jl '.- FIGURE 6. Fn* Runnlng Fr»qu«ncy
'FREQUENCYDIVIDERyt The monostable circuí! of Figure 1 can be used as ak: fnsquency divider by adjuslíng the length of the tlmingv cycle. Figure 7 shows the waveforms generated ín a.t divide by three circuit.
jplications Information
i frequency of oscíllatlon is:
1 1.44f = •. T (RA + 2 R B } C
vre 6 may be used for quick determinatíon of thesel valúes.
R«: duty cycle is: DRA + 2RB
2enCJloí
enenenO
Tl"t - I J WB . - l . l i l IC-t.tl-F
FIGURES. Pul». Width Moduluor
PULSE POSITION MODULATOR
Thís appllcation uses the tímer connecied for astableoperation, as in Figure JO, with a modulating sígnalagaín applied to the control voltage terminal. The pulseposhion varíes with the modulating signal, sínce thethreshold voltage and henee the time delay is varied.Figure 11 shows the waveforms generated for a trianglewave modulation sígnal.
^r\E 10, Pul». Po«ítion Modal*tor
PULSE WIDTH MODULATOR
When the timer is connecied in the monostable mode. »nd tríggered with a continuous pulse train, the output
pulse wídth can be modulated by a sígnal appÜed to pin5. Figure 8 shows the clrcuit, and ín Figure 9 are someWBveform examples.
< 1
! í
1M(I |
1 1
1
5DltCHMGI
IMKCtHQLD
•OBUIAIIO»iwin
FIGURE 8. Pul»* Wldth Modujitor
FIGURE 11. Pulí» Pmltltm Modulitor
LINEAR RAMP
When the pullup resistor, RA, in the monostable circuitis replaced by a constant curren! source, a linear ramp is
9-33
COco
COco
NationalSemiconductor
A to D, D to A
LM131A/LM131, LM231A/LM231, LM331A/LM331Precisión Voltage-toFrequency Converters
coCN
coCM
co
co
General DescriptionThe LM131/LM231/LM331 family oí voltage-to-frequency converters are ideally suited for use ín simplelow-cosr circults for analog-to-dígital conversión,precisión frequency*to-voltage conversión, long-termintegration, linear frequency modulatíon or demodu-lation, and many cther functíons. The output when usedas á volt3t¡; to-frequency converter ¡s a pulse traín at afrequency precísely proportional to the applied ¡nputvoltage. Thus, ít próvidas all the inherent advantages ofthe voltage-to-frequency conversión techniques, and iseasy to apply ín all standard voltage-to-frequencyconvener applicatíons. Further, the LM131A/LM231A/LM331A attalns a new high level óf accuracy versustemperature whích could on!y be anaíned wíthexpensive voltage-to-frequency modules. Addítronallythe LM131 is ideatiy suíted for use in digital systems atlow power supply voltages and can províde low-costanalog-to-dígital conversión in microprocessor-controlledsystems. And, the frequency from 3 battery poweredvoltage-to-frequency converter can be easily channeledthrough a simple photoísolator to províde isolationagalnst high common mode levéis.
The LM131/LM231/LM331 utilizes a new temperature-compensated band-gap reference circuít, to provideexcellent accuracy over the ful! operating temperaturerange, at power supplies as low as 4.0V. The precisióntimer circuít has low bias currents wíthout degradíng
the quíck response necessary for lOOkHz volt age-ufrequency conversión. And the output is capablt- r*dríving 3 TTL loads, or a high voltage output up :.40 V, yet is short-circuít-proof agalnst VCG-
Fea tu res
• Guaranteed linearity 0,01% maX
• Improved performance Ín existing voltage-to-frequenr»convarsíon applications
• Split or single supply operation
• Operates on iingle 5V supply
• Pulse output compatible with all lógic forms
• Excellent temperature stability, ¿50 ppm/°C max
• Low power dissipatlon, 15 mW typícal at 5 V
• Wíde dynamic' range, 100 dB min at 10 kHz full scalifrequency
• W¡de range oí full scale frequency, 1 Hí to 100 kHí
• Low cosí
Typical Applications isv • vs
ie ítable componenu wiih lo*v tempersture coefficienti. S«e TVPÍcal Applicatíoni wctíon.
FIGURE 1. Simple Stand-AIone Voltage-to-Frequcncy Converterwith ±0.03% Typicsl Unearíty (f - 10 Hz to 11 kHz)
8-162
Máximum Ratings
LM131A/LM13V
40V -
Continuous
Contrnuous
-0.2Vto+Vs .
TMIN TMAX
-55°C.to+125°c
670 mW150°C/W
LM231A/LM231
10 V
Continuous
Continuous
-0.2V to +VS
TMIN TMAX
~25°C to +85°C
570 mW150°CAV
500 mW155°C/W .
LM331A/LM331
40V
Continuous
Continuous
-Q.2Vto+Vs
TMIN TMAX
0°C to -f70°C
570 mW150°CAV
500 mW155"C/W .
t Circuit to Ground
l Circuit to VCG
nbíent Temperature Range
n (PD at 25°C)l Reiísiance (f?j/0
•). PD
PD
CharaCterÍStÍCSTA = 25°Cunless otherwise specified. (Note 1)
1TUW331A
1ETER - •
y (Note 2)
gure ¡
«cy Scale Factor
A, LM231, LM231A
A
11 ty o! Gain
/LM331
1A/LM331A
th VS
requency
d Full-Scale) . .
CONDITIONS
4.5V< VS<20V
'TMIN<TA<TMAX.
VS- 15V,!= 10 Hz to 11 kHi
V|M= -10V, HS- 14kíl
TMIN < TA < TMAX, 4.5V < vs < 2ov
4.5V< Vg<10V
10V< VS<40V
V|N«-r10V
VIN--IW
MIN
0.95
0.90
-
'10.0
10 .
TYP±0.003
' ¿O.G06
±0.024
1.00
1.00
-±30
±20
0.01
0.006
MAX
±0.01'
±0.02 '
±0.14
1.05
1.10
±150
±50
0.1
0.06
*
UNITS
%Full-
Scílc
% Fu||.
Scale
% Full-
Scslt
; ' '
IcHz/V
kHi/V
ppm/°C
Ppm/°C
%A/%^v
l<Hi
%
«31/LM331
./LM231A/LM331A
¡ fítnge
JLM231A/LM331A
TMIN<TA<TMAXTMIN <TA< TMAX
TMIN<TA<TMAX
vs- isvOV<VP|N5<9.gv
±3
±4
±3
0.667
±10
200
200
0.22
±10
±14
±10
-300
±100
Vcc-2.0
0.70
±100
1000
500
0.5
mV
mV
mV
nA
nA,
V
xV S
nA
nA
nA
V
co
co
r~2ro
£i—2ro
coco
coco
8-163
ft'
LM13
1A/L
M13
1, L
M23
1A/L
M23
1, L
M33
1A/L
M33
1
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o Ül
HEWLETTPAGKARD
101 ELEMENTBAR CRAPH ARRAY
•-RED HDSP-882Ó
TECHNICALDATA JANUARY I9B5
Features• EXCELLENT RESOLUTION (1%)
• EXCELLENT ELEMENT APPEARANCEWide, Easily Recognizable ElementsMalched LEDs íor UnílormilyExcellent Elemenl AlígnmentEasy Readabllfty at 1 Meter
• SINGLE-IN-LINE PACKAGE DESIGNSlurdy Leads on Induslry Standard 2.54mm(0.100") CentersEnvlronmentally Rugged PackageCommon Cathode Configuratlon
• LOW POWER REOUIREMENTS
As low as 1.0 - 1.5 mA average per elementdepending on Peak Current Levéis,
• SUPPORT ELECTRONICSEasy Inlerface with Microprocessors
Description ApplicationsThe HDSP-8820 is a lOÍ-elemetil monolilhic LED lineararrny. It is designed lo display Information in easily recog-n¡7abío bnr graph or posMicm indicntor lorrn. Tho dcvlcoulillzos OnAsP LED chips nssemblcd on a PC board whlchis onciosríd in n red polycarbonnle covcr wilh an opoxybackfill soal. The common cathode chips aro nddressedvía 22 single-in-Iine pins extending (rom Ihe back side ofllie package.
Package Dimensions (1.21
.IS * .76(.Dio-.o;jfii - — ,
PROTECllVE Í1A1W \0 1 0.1G I
(.300 1 .006) I
5.31.2101
I i H.Wi .111)
|
I~P
7,0 í O.Z1.2.16 f .008)
7.1510.15(.2H2 i .00fi|
i i 1 1 1 II 1 1 1 II • 1 ' 1 1 U II iu l U u l i U i u l u U I I U l U U U U U"^•PIN t . i 37 PIM LOCATIOMS ON PIN 37 -"*""'
LOCAllOM Z.BÍ nm [.IW] CENIERS LOCATION
• 91.* 1 0.13 . . t
~^/
• INDUSTRIAL PROCESS CONTROL SYSTEMS
• EDGEWISE PANEL METERS
• INSTnUMENTATION
• POS1T1ON INDICATORS
• FLUID LEVEL INOICATORS
MAGNlFlED ELEMENT DESCRIPTtON
. .NO I ES:1. ÁU OIMEN3IONS IN MILUMETF1ES AND tlNCPlfeS).3. ALL UNtOLERÁNCED DIMENSIONS Áne FOR HEFERENCE ONUV¡3. FIN 11DENT1FIF.D BY IfJK DOT ADJACENT TO LEAD AND IIP
PART NUMBEfl DN BACK OF PACKAGE.
5-27
Internal Circuit Diagram"-
f'íTi H- \¿J N
C200—
030(13) —
C4o(n)
C50(¿7) — .
C60 ( JS)
C70®H
T
~
-
-
H-
-HHHHH--1H---H
H----HH-HHr---HH-
-
-j —A
A
A
A
A•JAV
k)
AA
<J~
V-
•J
A
A,
De
' I I I l I ¡ I I' i 1 I 1 1 i 1t i l i i i i
SIX ADD1TIONALGROUPSOF
TEN ELEMENTS
4-<J-A*J
/I
k!•JAVA
AVA
<J-J
(0-k>-i<l
M
HN-1sJ
/iC
—OA(w) i
ZOA*
~)-PINNUMB£H
vice Pin Description
PINLO CATIÓN
1234•56 ' . ' .78 .
.-• 9101112 ' . . .1314
' "' ''15 - •'.- 1 6 ' • • - - -
- - ' • .17.^ . " .18 ' • .192021222324252627282930 .31323334353637
FUNCTION
COA4
" No Pin *CIO
- ' A1. - A B
No PinC20No PinA'(5>No Pin .
. C30No Pin
' - A7 '- No Pin
C40• No Pin.' A2
No PinC50No PinA3No PinC60No PinA10No PinC70No PinA9No PinC80A5A6No PinC90
NOTES:A. ELEMENT LOCATIOM NUMBER • COMMON CATHDDE NUMBEH * ANODE NUMBER.
FOR EXAMPLE. ELEMENT B3 JS DBTAlNED BY ADDRESSING C80 AND A3.5. A' AND C' ARE ANDDE AND CATHODE OF ELEMENT 7.EHO.
:
Absoluta Máximum Ratings'•* Parameter
• Average Power per Element', TA — 25° C
PeaK Forward Curren! per Element, TA - 25° C (Máximum Pulse Width - 300 ¿isí61
Average Forward Curren! per Element, TA = 25° C'71
Operating Temperalure Range . .
Storage Temperature Range
Reverse Voltage per ElementLead Solder Temperatura, 1.59 mm fl/16 inch) Below Seating Plane|fl!
HDSP-8B20
15 mW
200 mA
7 mA-40° C to-f85°C
-40° C to+85°C
5V
260° C for3 seconds
NOTE:6 See Figure 1 to eslablish pulsed operaling condilions. 8. Clean only in waler. tsopropanol. Ethanol. FreonTForTE of" Derale máximum average forward curren! above TA ~ 70° C equivalen! , or GenesoJv DM5 or DE-15 -or Equivalen! . See
at 0.16 mA/° C per elemenl. See Figure 2. mechanical seclic*' oí this data sheel (or inlormalion on vvavesoldering conditions.
Electrlcal/Optical Characteristics at TA = 25°CParameter
Timo averaged Lumínous Intensity per ElementtUnit average) (9>
Peak Wavelength
Domínant Wavelength n0'
Forward Vollage per Element
Reverse Volíage per Element
Temperature Coefficient v> per Element
Thermal Resistance LED Junction-to-P¡n
Symbol
IV
APEAK
Xtí
VFVH
¿VF/*CRej-piN
Test Conditlons
100 mA Pk.: 1 of 110. 'Duty Factor
. ,lF = lOOmA
IR= 100 ^A
Min.
. 8
3.0
Typ.
20
655
GAO
1.7
-2.0
700
Max.
2.1
Units
/icd
nm
nm
V
V
mW°C
°CAV/LED
Noles:9. Operation al peaK currenls oí less Ihan 15 mA is nol recommended Display aeslhelics are specified al 100 mA 1 oí 110 DF.
10 The dominanl wavelength, A<j. is derived from Ihe CIÉ chromaticHy diagram and is Ihal single wavelength which defines the colorof Ihe device.
0 ec5 § '
OPEHAT10NIWTHI5 REGIÓNREQUIRESTEMPERATUHEDEHATINGOFloe MAX.
10 1M ]OOO ]C
Ip - PULSE DURATION - iSEC
Figure 1. Máximum Tolerable Peak Currenl vs. PulseDuratlon
DC OPERATION
300Q*C/WLED
\ 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
BB
TA -AMBIENT TEMPERATUHE-'C
Figure 2. Máximum Allowable D.C. Curren! perLED vs. Ambienl Temperalure. Deratlngs basedon Máximum Allowable Thermal Resíslance,LED JunclIon-lo-Amblenl on a per LED basls.
U I 1 1 1 1 • 1 1 1 1 '
O 20 *0 60 80 100 120 1*0 160 ISO 200
Ipf-AK - PEAK CURREN! PER SEGMENT - mA
160
140
130
1M
.*• 20
Figure 3, Relativo ElUclency (Lumlnous Inlenslty per UnllCurfenl) vs. Peak SegmenI Curren!
D 0.2 O.J 0.6 D.fl 1.0 1.2 1.4 l.fi 1,6 2.0
VF - PEAK FORVVARO VOLTAGE - V
Figure 4. Forward Currenl va. Forwnrd Vollagc
For A Detalled Explanation on the Use o) Dala Sheet Information, See Application Note 1005.
Operational ConsiderationsELECTRICAL
The HDSP-8B20 is a 101 element monolithic bar grapharray. The device utilizes GaAsP red LED chips assembiedon a PC board which is enciosed in a red polycarbonatecover with an epoxy backíill seal. The linear array isarranged as ten groups oí ten LED elements píus oneadditional element. The len elements of each group havecommon cathodes. Like lements in the ten groups havecommon anodes. The device ís addressed via 22 single-in-Hne pins extending from the back síde of the display.
This display Ís designed speciíically for strobed imult»plexed) operation. Mínimum peak forward currenl al whichall elements will be illuminaled Ís 15 mA, 1/110 DF. Displayaesíhetics are speciíied at 100 mA. 1/110 DF, peak íorwardcurren!. The typical forward voitage valúes, scaled fromFigure 4. should be used lor calculaling Ihe currenl limitingresistor valué and typical power dissipation. Expectedmáximum VF valúes, for the purpose oí driver circuil designand máximum power dissipalion. may be calcuialed usingthe íoliowing Vp modei:
HDSP-B820
VFMAX - 2.02 V + IPE¿K i.B fl)For IpEAK>40 mA
The time averaged luminous intensity al TA= 25° C may be-calculated using:
Iv Time IF-AVGiF-SPEC-AVG
where TJ, relativa Iuminous efficiency may be determinedfrom Figure 3.
The circuil in Figure 5 displays binary weighted input inbar graph form with 101 bil resoiution. Central to thedesign is a 74390 TOO count decade counter. The "1's"output from the counter drives the display element anodesthrough a 7442 1 of 10 BCD decoder. Sprague UDN 2585
drivers boost peak currení. The "10's" output írom thecounter drives the group cathodes Ihrough a 74145 1 oí
'10 BCD decoder. A 74393 seven bit binary counter fol-lows the decade counler and is reset afler each 100counts. A 74LS85 binary comparator looks at inputs fromthe binary counter and external circuitry. The comparatoroutput disables the display when tiie binary count exceedsthe binary weighted inpul. The first display element is DCdriven.
The Texas Insírumenls TL507C is an economical A/Dconverter with 7-bit resolution. The TL507C has a máxi-mum analog input currenl oí 300 nA. The single output ispulse-width-modulated to correspond to the analog inputvoitage magnitude. With VCG = 5V the analog input voitagerange is 1.25V to 3.75V. The TL507C oulput is resel eachtime the 74390 resets. Duralion of the high output pulse isshorter for larger analog input voltages. A high oulput(rom the TL507C disables the display by (orcing Ihe 7442inputs to an ínvalid slate. Henee, as the analog input voi-tage ¡ncreases more elements of the bargraph display areilluminated. Display element zero is DC driven.
The clrcuit in Figure 6 uses Ihe HDSP-8820 as a 100 bitposition indicator. Two BCD input words define Ihe posi-tion oí the illuminated element. Display duty factor. 1/100,Ís conírolled by the EÑASLE signa!.
MECHANICALSuitable conditions for wave soldering depend on thespeciíic kind oí equipment and procedure used. A cooldown period aller flow solder and beíore flux rinse isrecommended. For more Information, consult the localHewlett-Packard Sales Office or Hewlett-Packard Oplo-eiectronics. Palo Alto. Caiilornia.
5-30
Figures. 101 Element Bar Graph
5-31
HEWLETTPACKARD
HERMETIC, HEXADECIMAL AND NUMERICDISPLAYS FOR MILITARY APPLICATIONS
HICH EFFICIENCY REDLOW Power
HIgh BrightnessYELLOW
HDSP-078X/078XTXV/078XTXVBHDSP-079X/079XTXV/079XTXVBHDSP-088X/088XTXV/088XTXVB
TECHNICAL DATA JANUARY 1985
Features• CONFORM TO MIL-D-87157, QUALITY LEVEL A• HERMETICALLY SEALED• TXV AND TXVB VERSIONS AVAILABLE *Éfl* THREECHARACTER OPTIONS C*BA
NumericHexadecimalOver Range
• 4 x7 DOTMATRIX CHARACTER• HIGH EFFICIENCY RED AND YELLOW
4
A<£*S
IH k ^ ^^^^V| pt '2^V . k
aefei wtí^t J^t*í¿ ' 11 M^ >Rv5?SS^j *BÍÍ mSSsKÍ'k
*
J
• TWO HIGH EFFICIENCY RED OPTIONS ^3í§§3ifcí?' AtSSXFLow PowerHigh Brightness
• PERFORMANCE GUARANTEED OVERTEMPERATURE
• HIGH TEMPERATURE STABILIZED• GOLD PLATEO LEAOS
•f$c_1'"1' -4&iLJi'w^^y
• MEMORY LATCH/DECODER/DRIVERTTL Compatible
• CATEGORIZED FOR LUMINOUS INTENSITY
DescriptionThe numeric devices decode positive BCD logic ¡ntocharacters "0-9". a "— " sign. decimal point. and a tesl
- . . _ , . , , ,. ,-j , , • j u pattern. The hexadecimal devices decode positive BCDThese displays are hermetic, solid state numeric and hex- F°"C • ' c _ ^, . . . ' . . ... , , . , ,, . , oqicm o iScharacters, 0-9. A-F . Anmpu us provided on
adecimal indicators with on-board decoder/dnvers and ivyu-miuiw °"lc ' ' , 1U „ , , „ , r-r. ,t\. They are designed and tested for use in míliíary tfie hexadec.mal devices ío b ank the d.splay lall LEDs offl
and aero-space applications. The character height ¡s 7.4 without los.ng the contents ot (he memory.mm (0.29 inch). The TXVB versions oí these producís con- The over range device displays "±1" and right handform to Qualily Level A oí MIL-D-87157. the general decimal point andis typicallydrívenvia externalswitchingspecification for light emittíng dlode displays.
DevicesParí Number
HDSP-0781/0781TXV/0781TXVB0782/0782TXV/0782TXVB0783/0783TXV/0783TXVB0784/0784TXV/0784TXVB
• 0791/0791TXV/0791TXVB0792/0792TXV/0792TXVB0783/0783TXV/0783TXVB0794/0794TXV/0794TXVB
0881/0881TXV/0881TXV8
0882/0882TXV/0882TXVB
0883/0883TXV/0883TXVB0884/0884TXV/0884TXVB
[ransistors.
Color
High-Elliciency RedLow Power
High-Elficiency RedHIgh Brightness
VoKnuJI clIUW
FrDescriptlon VI
Numeric, Right Hand DP /Numeric, Lefí Hand DPOver Range ±1HexadecimalNumeric, Righl Hand DPNumeric, Left Hand DPOver Range ±1HexadecimalNumeric, Right Hand DPNumeric, Left Hand DPOver Range ±1Hexadecimal
ontew
\
D
i**33
3
^3
CD
package DimensionsFRONT VIEW A FRDNT VIEWB FRONT
1.6(-001
, 11
5-6 -i—(.22) [
3.6(.1-»
10.2 MAX. 11.400] ~~|
r3_r-ilr- 1 i—i 1
LJ-T
i ^• •
:
J- -i
JLJ
T7,4
1.29 1
1 '3— L (.5
-5'
i_j
4.8
I 10.2MAX._ It.AGQl ~H
I n i — i i — i f— i 'PIN
1
1
3
4
5
6
7e
FUNCTION
NUMER1C
InpillZ
InpJl 4
Inpiil 8
Decimalpoinl
Uilehínablt
Ground
VerInpOI 1
HEXA-DECIMAL
lniHJi2
Inpui <f
Inpul 8
BI«nV|ngcontrol
Lülchtinhle
Giound
VerInput 1
REAR VIEW
10.3I.40D]
HDSPXXXX
LUMINOUS-INTENSITY
CATEGOHY
-DATECODE
f^TEND VIEW
Í 3'8 r-ATINGn'-'^rSEATING
PLAÑE
0.3 TYP.(.0121
3. Unle» otlicrwiio !p-ciliei!. íhr ¡o'.tmnce
3. Digit cenlct Ime it -.25 mm (-.01-J
" .Hoy.5. Coi™ cotle lot HDSP-OflBX if.irt.
j-UU^ v- l¡y50T-l|H H«™j pr^=f= _j L_2.sii"~] 4JT i r -H h- (.i2.5 TYP.I-10)
DATA INPUTILOIV LEVEL DA7AI i
Figure 1. Timing Disgram
TñUTHTABLEBCDDATA"'
"« *<i
L L
L : U
L
L
L
L
L
L
H
H
H
H
H
H
H
H
L
L
H
H
*;
L
1
H
H
L
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L
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L
H
L
H
H ; H i i
NUMERIC HEXA.DECIMAL
0 ! 0?!»' ."•'•'
'••': í "••{
U
bH H ¡ H j "]
L L
<- *•
L
H
L H | L
L
H
H
H
H
H
L
L
H
H
DECIMAL PTIJJ
ENAHLE"
BLANKIMG13'
X
L
H
L
H
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i_ ^IBLANKl ¡ P
IBLANK]
-
(BLAMK1
ISLAMS)
;¡ !
;-
rON VD(, - L
OFF VDP • H
LOAD DATA Vc - U
LATCH DATA VE - H
DISPLAY-ON VB -1
DI5PLAYOFF VB -H
Na leí'I. H • LOJIC High, L • LoaiC Lovf. Wilh Ihe nía bit inpul a
ctisngei m BCD inptit log-c Itvell ha«e no ellíd UPOI ililtiirmotv. diiülayeil ch*f«cici. ot DP.
2 ll>e deonul poml inpul. DP, |Kilimi nnly lo Ihe "umrt3 The blanVmg conliol inuul, B. [«rlJini onlv lo IhF hena
dnpl*vi. Blínting in|Hil hn no c'lfcl upo» il\\t>\ft mtn
Figure 2. Logic Black Diagram
Absolute Máximum RatingsOescrlption
Storage temperatura, ambíent
Operating temperature, ambíentHI
Supply voltage^l
Voltage applied to input logic, dp and enable pins
Voltage applied to blankíng ínputl2!
Symbol
T*TA
Vcc
V,,VDP.VC
VR
Mln.
-65
-55
-0.5
-0.5
-0.5
Máximum soldar temperature at 1.59mm (.062 ínch)below seatíng plañe; t < 5 seconds
Max.
+125
+100
+7.0
V«.-
Vcc
260 -
Unlt
°C
°C
V
V
' V
°C
Recommended Operating ConditionsDescrípllon
Supply Voltage Í2i
Operating temperature, ambient I1!
Enable Pulse Width
Time dala must be held before positive transitiono( enable Une
Time data musí be held after positive transilionof enable line
Enable pulse rise time
Symbol
VCC ; ' •
, TA -'
tuí • .
tsErrr
IHOI.M
tll.H
Mln.
4.5
-55
100-
50
50
Nom.
•5.0
Max.
5.5
+ 100
1.0
Unlt |
V !
°c ;nsec
nsec
nsec ;
msec
Optical Characteristics at TA = 25°C, VCc = 5.0VDevice
HDSP-078XSeries
HDSP-079XSeríes
HDSP-088XSeries
Descríption
Luminous Intensity per LED(Dígil Average)^.-1)
Peak Wavelength
Dominanl Wavelengtht5J
Luminous Intensity per LED(Digit Averageil3-4!
Peak Wavelength
Dominanl WavelengtM5'
Luminous Intensity per LED(Digil Averageit3-11)
Peak Wavelength
Dominan! Wavelengtht5-6!
Symbo!
Iv
XPEAK
Xd
Iv
APEAK
\
Iv
XPEAK
\
Mln.
65
260
215
Typ.
140
635
626
620
635
626
490
583
585
Max. Unll
¿jcd
nm
mu
/jcd
nm
nm
/jcd
nm
nm
Notes1 The nominal líiermal resislance of a display mounted m asockeíthal is soldered onlo a prinled circuil board isR0jA = 50°C/W/device
The device package thermal resistance is ROj-piN = 15°C/W/device. The Ihermal resislance device pm-lo-ambienl ihrough Ihe PCboard should not exceed 35°C/W/device lor operation at TA = •HOO°C.
2 Voltage valúes are with résped to device ground. pin 6.3. These displays are categorlzed (or luminous tnlensity wilh the mtenslty calegory designaled by a leller code localed on the back o' the
display package Case lemperalure o( the device immediately prior to the lighl measurement is equal to 25°C.
; (TA= -55o C to+irjO°C, unless otherwisespecmed)
Description
Supply HDSP-078X SeriesCurrent HDSP-079X Series. -
HDSP-388X Series
Power HDSP-078X SeriesDissipation HDSP-079X Series
HDSP-088X Series
Logic, Enable and BlankingLow-Level Input Voltage
Logic, Enable High-LevelInput Voltage
Blanking High Voltage;Display Blanked
Logic and EnableLow-Level Input Current "
Blanking Low-Level Inpul Current
Logíc, Enable and BlankingHigh-Level Input Current
Weight
Leak Rale
Symbol
Ice
PT
VIL
VIH
VBH
IIL
IBLllH
Tesl Conditions
Vcc = 5.5 V(Numeral 5 andDP Illumlnated)
Vcc - 5.5 V(Numeral 5 and ,
; DP Illuminated)
Vcc - 5.5 V . • -
•VIL = 0.4 V : • - . - •
Vcc = 5.5 V ;.'.-'VIH - 2.4 V
'. ' . ' '-
Min.
2.0
2.3
Typ.CT]
78120
390690
1.0
Max.
105175
573963
0.8
-1.6
-10
440
5x10-8
Un»
•mA
mW
V
V
V
mA
//A
,A
gmcc/sec.
Notes:4, The luminous inlensily al a specific operating ambient lemperalure. i V -TA • may be approxlmated Irom the íollowing expolenlial equallon:
Iv TA = lv i25°C' e k i'-ss'cDeviceHDSP-078X SeriesHDSP-Q79X SeriesHDSP-088X Series
K i
-0.013 1/"C
-0.0112/°C
5. The dommant wavelength. \. is derived (rom Ihe CIÉ Chromaticíty Diagramandis Ihal single wavelength which defines Ihe coloroí Ihe device.
6. The HDSP-088X series devices are categorized as lo dominanl wavelenglh with the calegory designaled by a number on Ihe backside oí the display package,
7. All lypicai valúes al Vcc = 5.0V and TA = 25°C.
Operational ConsiderationsELECTRICAL
These devices use a modiíied 4 x 7 dot matrix oí lightemilting diodes to display decimal/hexadecimal numericinformation. The high efficiency red and yellow LEDs areGaAsP epitaxial layer on a GaP transparent substrato. TheLEDs are driven by conslanl current drivers, BCD informa-tion ¡s accepted by the display memory when the enableline is at logic low and the data is latched when the enableís at logic high. Using the enable pulse width and datasetup and hold times Usted in íhe Recommended Operat-ing Conditions allows data to be clocked into an array ofdisplays at a 6.7 MHz rale.
The decimal point input is active low true and Ihis data islalched into the display memory in the same fashion asthe BCD data. The decimal point LED is driven by the on-board IC.
The blanking control input on the hexadecimal displaysblanks iturns off • the displayed informalion withoutdislurbing the contenís oí display memory. The display isblanked at a mínimum threshold level of 2.0 volts. Whenblanked. the display slandby power is nominally 250 mWal T A = 25° C.
MECHANICAL
These displays are hermetically sealed for use in environ-menls that require a high reliability device. These displaysare designed and tested lo meet a helium leak rale of 5 x10-8 cc/sec.
These displays may be mounted by soldering dlrectiy lo aprinted circuií board or ínserted inlo a socket. The lead-to-lead pin spacing is 2.54 mm (0.100 inch) and the lead row •spacing is 15.24 mm (0.600 inch). These displays may beend stacked with 2.54 mm (0.100 inch) spacing betweenoutsíde pins of adjacent displays. Sockets such as Augat324-AG2D 13 digits) or Augat 508-AG8D (one digit, rightangle mountingl may be used.
The primary thermai path íor power dissípation ¡s throughthe device leads.Therefore.toinsure relia ble opera tion upto an ambiení temperature oí +70° C. it is important tomaintain a base-lo-ambient thermai resistance oí lessthan 35° C watl/device as measured on top of displaypin 3.
Post solder cleaníng may be accomplished using waler.Freon/alcohol mixtures íormulated íor vapor cleaningprocessing iup to 2 minutes in vapors al boiling or
