El sensor de temperatura utilizado, es el circuito integrado LM35D de National Semiconductor®

El circuito integrado LM35D es un sensor de temperatura cuya tensión de salida es linealmente proporcional con la temperatura en la escala Celsius (centígrada) . Posee una precisión aceptable para la aplicación requerida, no necesita calibración externa, posee sólo tres terminales, permite el sensado remoto y es de bajo costo.

• Factor de escala : 10mV/ºC ( garantizado entre 9,8 y 10,2mV/ºC)
• Rango de utilización : -55ºC < T < 150ºC
• Precisión de : ~1,5ºC (peor caso)
• No linealidad : ~0,5ºC (peor caso)

Nuestro diseño se basó en un circuito propuesto en la hoja de datos del sensor. Nombrado como circuito sensor de temperatura remoto de dos cables con la salida referenciada a masa. Con este circuito, se asegura la linealidad en el rango de –5 a 50 ºC, según pudimos corroborar experimentalmente. Este circuito es relativamente inmune a la capacidad parásita del cableado, ya que ésta encuentra un paso a masa desde el terminal de entrada (input) en vez de a través de la salida (output). Sin embargo, en un medio hostil pudiera verse afectada su performance, debido a que el cableado puede actuar como una antena receptora y las uniones internas como rectificadores. Si esto ocurriese, se sugiere utilizar un capacitor de bypass como se indica opcionalmente en la figura. Analizamos como fuente de perturbación el funcionamiento de los motores de escobillas que accionan las ventanas y verificamos que con la disposición adoptada en el cableado del invernadero no se evidencian signos de perturbación en el valor medido por los sensores.

La tensión de salida que entrega el circuito sensor, viene dada por: , es decir trae un offset de 10ºC o 100mV para cualquier temperatura medida. A ésta tensión necesitamos amplificarla convenientemente para acondicionarla a un rango de tensión apropiado para el conversor A/D ( entre 0 y 5V), por ello se hace necesario una etapa intermedia de amplificación.

El circuito de amplificación implementado resulta ser un amplificador no inversor sencillo.

Con el máximo valor medible de temperatura, pretendemos lograr la máxima tensión medible por el conversor A/D, de esta forma: en el ADC

Siendo la ganancia del amplificador: , tenemos:

Entonces adoptando R₁ = 1kOhms (1%), se obtiene:

Que la obtenemos prácticamente mediante una resistencia de 6,8KOhms en serie con un preset de 1KOhms .

Resumiendo tenemos:

El amplificador operacional utilizado es el circuito LM324, que incluye 4 amplificadores en el chip compartiendo una misma alimentación. Debido a que el conversor podría dañarse si en alguna de sus entradas ingresara un tensión mayor a 6,8V, creímos oportuno diseñar el amplificador para que se sature a una tensión menor a éste límite, de modo que si por algún motivo ( síntoma de algún desperfecto) intentase amplificarse una tensión que superase el límite, esto no surta efecto.

Del motherboard de la PC disponemos de una tensión de +12 V, de modo que mediante un diodo zener de 6,2V y una resistencia limitadora alimentamos al LM324. (Nota: no utilizamos una alimentación de 5 V debido a que el amplificador operacional LM324 necesita estar alimentado por una fuente de tensión de al menos 1 V superior a la tensión máxima de salida que se pretende del mismo, que es precisamente 5 V).

Resumiendo, se presenta en el siguiente esquema (figura 5.3) el proceso que sufre la temperatura captada por el sensor hasta que es utilizada por el programa controlador

Una vez armado completamente el circuito de sensado, tomamos medidas a lo largo de todo el rango comparando los resultados con un termómetro de columna de mercurio (con precisión de ¼ de grado). Si bien obtuvimos una relación lineal entre la temperatura sensada y la tensión en mV entregada, notamos una discordancia creciente a medida que la temperatura disminuía .Esto se traduce en una leve desviación de la pendiente y el agregado de un offset constante con respecto al valor tabulado como nominal en la hoja de datos del sensor LM35D.

A pesar de que el error cae dentro de la tolerancia especificada, igualmente realizamos una corrección en el algoritmo de cálculo de la temperatura a partir del valor adquirido en el ADC, para ajustar esta desviación. Notamos que los cuatro sensores utilizados presentaron un comportamiento prácticamente idéntico en cuanto a su desviación del valor real (Esto lo atribuimos a que pertenecen a una misma serie de producción, ya que fueron comprados conjuntamente)

La figura 5.4, muestra el error que tiene el sensor de temperatura con respecto al termómetro patrón; la figura 5.5 en cambio, indica la corrección que realiza el algoritmo de cálculo.