15 - Simulación de sistema de control - consigna, medida y acondicionamiento

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a. Consigna

Similar a SMR06 (final). Tenemos un potenciómetro que nos permite elegir la temperatura deseada para nuestro sistema de control.

Dada una sensibilidad de consigna de S=0,1 V/ºC, completa la siguiente tabla usando hoja de cálculo:

b. Acondicionador: medición PT100 en puente de Wheatstone

Recuerda la fórmula de la PT100 (relaciona resistencia con temperatura):

$$R=100\cdot(1+0.00385 T)$$

$$R=100+0.385 T$$

En el circuito, modelizamos la PT100 con dos resistencias en serie $R_{PT100\ offset}=100Ω$ y $R_{PT100\ variable}=0,385·T\ Ω$. Esta última varía de 0 a 100 Ω, lo que equivale a un rango de 0 a 266 ºC (aunque el sistema de control funcione en un rango más pequeño).

La PT100 se monta en una de las ramas del puente de Wheatstone:

La PT100 genera una resistencia proporcional a la temperatura. El puente de Wheatstone genera un voltaje proporcional a la temperatura. El puente está equilibrado ya que a 0ºC:

$$\frac{R_1}{R_3}= \frac{R_2}{R_4} $$

Completa la siguiente tabla usando hoja de cálculo:

Dibuja la gráfica del acondicionador (T y V wheatstone) y calcula offset y sensibilidad S (V/ºC).

Solución:

$$S_{Wheatstone}=\frac{V_{T_{máx}}-V_{T_{mín}}}{T_{máx}-T_{mín}}=\frac{1.428-0}{266-0}$$

c. Acondicionador: Amplificación

Usaremos seguidores para aislar señales de entrada de amplificación
Usaremos seguidores para aislar señales de entrada de amplificación

Necesitamos un amplificador que compare la señal de consigna de temperatura del final de la ficha SMR06 (S=0,1 V/ºC) con la sensibilidad que has calculado en el apartado anterior.

$$G_{amplificador}=\frac{S_{salida}}{S_{entrada}}=\frac {S_{Wheatstone}}{0.1} $$

Consideramos que la de entrada es la que hemos obtenido en el puente de Wheatstone, y de salida aquella que queremos equiparar (0,1 V/ºC) para compararnos con ella.

d. Acondicionador: Filtrado

Realizaremos un filtrado paso bajo para eliminar ruidos de alta frecuencia. La frecuencia de corte será 1 kHz.

Los sistemas de control de temperatura son lentos por naturaleza, así que nos bastará con filtrado paso bajo de primer orden (n=1). Puedes usar filtro pasivo R-C ya que la ganancia requerida es 1 (ya hemos amplificado en el paso anterior). Recuerda que:

$$f_c=\frac{1}{2·\pi·R·C}$$

e. Obtención de señal de error

Realiza un restador de ganancia G=1 V/V.