7 -J .. • ' UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO FACULTAD DE INGENIERIA "DISEf'.10 DE UNA ESTACION METEOROLOGICA PORTATIL EN BASE A UN MCU" TESIS PROFESIONAL QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA P R E N T A N CARLOS JESUS CANTU PATINO JESUS MANUEL GARCIA RIVERA JUAN HERNANDEZ CALDERON FRANCISCO JAVIER ZAVALA MORALES DIRECTOR: M. l. JUAN CARLOS ROA BEIZA \1EXICO. D. F. 1989 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis está protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. l. II. ·. ¡;· i•ii IHTRODUCCIOH SEMBLANZA DE LA TIERRA 1.a. Orbita de la Tierra. l.b. La Inclinación de la Tierra y las Estaciones. !.c. Origen del Campo Magnético. !.d. Energia Generatriz del Campo. !.e. Constante Solar. l.f. Absorción de la Atmósfera Terrestre. I.g. Gravedad y Rotación de la Tierra. ATHOSFERA DE LA TIERRA Y CLIHA 11. a. Atmósfera Secundaria. 11. b. Fotosintesis, Oxigeno y Bioxido de Carbono. l !. c. Vapor de Agua, Nubes y Precipitación. 11.d. Presión y Temperatura. 11. e. Vientos Predominantes y Factores Perturbadores. l !. f. Depresiones o Borrascas. l 1 .g. Anticiclones, Tormentas, Huracanes y Tornados. 11. h. Predicción del Tiempo y Clima. 8 11 14 16 19 21 23 24 25 29 34 39 43 46 49 III. VARIABLES A REGISTRAR 60 l l l. a. Medidor de Tempera tura. 60 I!l.b. Medidor de Humedad. 87 !!!.c. Medidor de Precipitación Pluvl al. 134 Ill.d. Medidor de Presión. 157 11 !.e. Medidor de Dirección del Viento y Velocidad del Viento. 179 IV. CIRCUITO HICROCOMPUTADOR ( H C U ) ...•.......• 207 IV.a. Principios de Operación y Caracteristlcas. 207 IV.b. Selección y Caract::?rfsticas del Teclado. 238 IV.e. Sistemas de Visualización. 251 IV.d. Oesarro JI o de 1 Software Necesario para el Control y Visualización de cada uno de los Parámetros. 262 IV.e. Diagrama General. 298 CONCLUSIONES . . . . . . . . . . • . • • . . . . . . . . . 304 APEf!DICES BIBLIOGRAFIA INTRODUCCION INTRC:OUCCIOO 1 H T R o D u e e 1 o H Las ciencias de la Tierra se relacionan cada vez más con nuestra vida cotidiana. De simples temas de interés acad~mico o poco ~ás, se han transformado en fuentes de información neurálgica para muchas actividades humanas, desde la agricultura hasta la predicción del tiempo. Tal vez lo más importante al respecto, es ~ue el mayor ·cono- cimiento nos ha facilitado un mejor entendimiento de las ~compleJas interacciones existentes entre los distintos procesos de la Tierra, asi como entre el hombre y su planeta. Su origen ha sido siempre materia de discusión. La idea más aceptada hay en dia, es que se formó al mismo tiempo que el resto del sistema solar. de un enorme disco rotatorio de polvo y gas. El disco empezó a condensarse en forma de bultos sólidos hace unos 5,000 mi- llones de años; las fuerzas gravitacionales hicieron que la materia se acumulase hacia el centro. Las enormes presiones convergentes elevaron la temperatura hasta el punto de iniciarse reacciones termo- nucleares y nació el Sol. En el resto de aquel disco las concentra- cienes menores de material empezaron a atraerse más materia y con el tiempo, nacieron los planetas. Al formarse la Tierra. el material pesado se concentró en el centro y constituyó el núcleo. Una serie de silicatos, más ligeros, quedaron afuera y formaron el manto y la corteza. Por último, los elementos más 1 ivianos, 105 gases. al ser atraídos por la masa, adop- lNTROOUCClOH ta ron 1 a forma .de un.a .. envol tura externa, y constituyeron ·1 a atmósfera original. Hace_ tinos·-~, 500 mfl.l ones de :añós · 1 a Ti e~ra había su existencia; :y éon ello una .éxfra~rdiilaria evoluéfón . . ·.·.·.-_. / iniciado Una _evofución -que ·el- ser humáno,' también pór sus actividades ha venido· mo-dlffC:ando; al_ cambi~rlas condiciones ecológicas que lo rode_a_n_ Y á1-- ffli's-mo t~empo )as ·condiciones atmosféricas, qÍJe en de ter· minado momento también gobiernan nuestras actividades cotidianas. El hombre desde tiempos remotos observaba estas condiciones y las comparaba o referenciaba con: las conductas de algunos animales, la caida de las hojas, los diferentes colores en la aureola de la luna o simplemente creía que eran disposiciones divinas. El avance en la ciencia y en el conocimiento humano permitió hacer mediciones y observaciones más precisas de estas condiciones fenómenos atmosféricos relacionándolos con hechos más estables. También tomó estas mediciones como una forma de conducta, para establecer sus actividades agrícolas, así como para la prevención de cambios en las condiciones atmosféricas y ambientales, viendo que para llegar a un conocimiento más exacto de ellas y para prevenir sus efectos, era necesario ser capaces de efectuar pronósticos más preci- sos de las m.ismas. Con este propósito a lo largo de los años se han venido desarrollando diversos tipos de instrumentos, los que en la medida que la tecnologia lo ha permitido, van siendo cada vez más modernos y compactos. tNTROOUCCION Continuando con esta natural inquietud,· aunada al conocimiento del impresionante desarrollo que en los últimos años se ha dado en los componentes electrónicos, en especial en el área de lo digital y de los microprocesadores, se hace evidente la conveniencia del diseño de un instrumento portátil y de manejo sencillo, para efectuar medi- ciones rápidas y precisas de condiciones atmosféricas tales como: temperatura, presión, velocidad y dirección del viento, humedad y cantidad de lluvia entre otras; que. nos permitan establecer un pro- nóstico del tiempo, a la vez que observar con mayor certeza los efec- tos que las distintas áctividade-s liuma-nils-prodúürí- en el clima. CAPITULO I 11 SEMBLANZA DE LA TI ERRA 11 Sed>lan'U de \a Tierra CAPITULO 1 SE"BLAHZA DE LA TIERRa La Tierra es. en orden de alejamiento del Sol, el tercero'de los nueve planetas mayores del sistema solar. Existe entre ellos una enorme variación de la temperatura superficial, Mercurio, ···el más cercano al Sol, marca unos sso·c. Al otro extremo, Plutón, ~ituado-en la frontera conocida del sistema solar tiene una temperatura superfi- cial de sólo unos 40' sobre el cero absoluto. En torno al Sol hay una región teórica, llamada ecosfera, en la que pueden reinar temperaturas compatibles con los organismos vivos conocidos. Se extiende tal región desde la órbita de Venus (desde unos 108 millones de kilómetros del Sol) hasta más alla de la de Marte (a casi 228 millones de kilómetros). Pero la atmósfera de Venus aprisiona gran parte del calor que refleja su superficie, manteniendo en ésta una temperatura de unos 4ss·c¡ demasiado para un tipo de vida como el que entiende el ser humano. Marte, en cambio. tiene una at- mósfera enrarecida en extremo; dado que no existe una cubierta ais- lante adecuada, sus temperaturas varían demasiado; entre unos is·c de dia y hasta de -80'C de noche. Por lo cual la franja de distancia al Sal compatible con la existencia de vida es relativamente exigua, y la Tierra, única entre todos los planetas de nuestro sistema solar, goza de una situación idónea a este respecto. Vista desde Venus, nuestro planeta vecino más próximo, parecería una radiante estrella, algo asi como Venus mismo a nuestros ojos. Desde la estrella más cercana (sin contar el Sol), la Tierra seria a.bsolutamente indetecta- senblanza de le Tfer-ra CAPITULO 1 . . ble por nuestr_a más avanzad~· te~nol ogh y· aunque. consideremos que tiene un djám;tro eC:úíitori~l_de 12,756 Km. yg.ir~en.i:ornoal Sol una dista,;C:ia .media dé 0 ;149,S90 Ínlii'~ñ~s Ú kilÓmetros~ Si represéntá- semos .1a;He,1f~~P.ó¿; una••¡)~1óta,~e·.1dA.n:·~de. ci_j~~~.t~~; el :.so.l sería una. esfera de 10; 9 ,m á'1 ;i2'Km;cle clisÚnc.iá; La .iuna'.téndrfa entonces -~2_ . . . . un ~clfáRletrcCl"de' 2¡1·c:m /dari~ v'u~if~~-~l~e~d~dti~lama de la Tierra tiPITULO l que el eje ti~reitre-ha venidó tent~ndo pequeñas va~iaci~nes en cuan- - . ··: . - ';. --- -·~ - to a su· _inclinación, modifkando así la incidencia d-e.los rayos del _Sol y de l_gual forma la entrada de~hs-és-tai:ionesdel año. 10 Semblania de la Tierra CAPITULO 1 Ic.. ORIGEN DEL CAMPO MAGHET1CO La brújula señala el norte porque el campo magnético de la: Tie- rra es exactamente bipolar: tiene la forma que resultaría de un po- tente imán en barra situado en el centro de la: Tierra siguiendo apro-. ximadamente su eje de rotación. El montaje normal de una “aguja -de brújula sólo le permite oscilar horizontalmente; (pero una” suspensión libre apuntaría hacia abajo y al:norte norte, y hacia arriba en el sur. Solo estaría: ho al norte, en el ecuador. El eje magnético está inclinado Unos rotación; la brújula señala, pues solo aproximadam t (ha-" cia el polo magnético) en la mayoría de los sitio El campo magnético de la tierra no es constante. Al iniciarse su observación en Londres en el siglo XVI, la brújula señalaba 12* al este del norte, en 1820 apuntaba 24* al oeste del norte y desde en- tonces ha estado regresando sin cesar hasta el este. Hay que tener en cuenta esta lenta variación al comparar el norte verdadero con el magnético. Para ¡investigar esta conducta antes del registro histórico, es preciso recurrir a las rocas las cerámicas y otros materiales que tienen Ja capacidad de magnetizarse permanentemente al formarse, porque “Tos materiales magnéticos que contienen se alinean con el 11 ,·) \,~ nt>tanza e to ierra PI LO le. I EN EL PO AGNETICO a r jula ala l orte rque l po agnético e ie- a s ct ente i olar: e a e ultaria e o- te án rra o l tro e ierra ~iguiendo _apro- adamente je e t ción. l ontaje r al e a uja, de r jula lo r ite scilar ri t l ente, per .un 'guja en ensión 1 i re untaría acia ajo al ·norte en eí 'tú!nHSferio orte, acia rri a l r. olo taria ho/izo;it~l/Y'.·apu,ntando l orte, l ador. l je agnético stá l do un~sú~'éo~¡·~¡,~~·~ct~iale.le.de t ción; r jula ala, es lo r i adame'iú'e·e1 norté' ( -·· ia l olo agnético) ayoría e s sftiJs~· l pa agnético e ra o s nstante. l i iciarse servación ondres l lo VI, r jula alaba " l ste el orte, 20 ntaba " l este el orte sde - ces a o s ndo i sar asta l ste. ay e er enta ta ta ri ción l parar l orte adero n l agnética. ara inv ar ta ducta tes el gistro i t rico, s reciso u rir s cas s icas t os ateriales e en l acidad e agnetizarse anentemente l arse, arque la ateriales agnéticos e ti en l an n l ,-• Serrblanza de 111 Tiern CAPITULO 1 campo magnético de la Tierra en el momento de su· formación. Utilizan- do esos materiales de edad conocida, se ha descubierto que aunque el eje magnético forma un ángulo oscilante.a "medio plazo' repecto al eje geográfico, sus variaciones tienden a anularse si se promedian al paso de unos cuantos milenios. Una ventaja particular de ello es que permite descubrir como se han ido moviendo los continentes a lo largo de cientos de millones de años. El campo magnético de la Tierra se invierte además a intervalos que oscilan entro cientos de miles y varios millones de años, el tiempo requerido para que la inversión se complete (solo unos cuantos de miles de años) es muy inferior al tfempo transcurrido entre las inversiones. Durante estas, el campo, además de cambiar de dirección parece debilitarse. Es posible también medir los cambios que ha experimentado el campo magnético, en fuerza y dirección, sobre todo en los últimos milenios, midiendo la magnetización residual de la cerámica y de materiales del tipo de los adobes. Así por ejemplo, se ha sabido que en el Egipto de los faraones varió considerablemente la fuerza del campo magnético, hasta el punto de duplicarse o reducirse en el transcurso de uno o dos siglos. El origen primario del campo magnético reside en las entrañas de la Tierra¡ las rocas de la superficie más o menos ricas en óxidos de hierro producen a veces un campo magnético limitado, pero solo de origen local. Se suman también las corrientes eléctricas, de la alta atmósfera, pero son asimismo limitadas y no llegan normalmente producir más del 1% del campo total. 12 Smblonza de la Tierra CAPITULO 1 Como a medio camino hacia el centro de la tierra, los silicatos rocosos del manto dan paso subitamente a las aleaciones rocosas del núcleo. Esto haría suponer que el núcleo es un enorme imán permanen- te, pero no puede serlo al estar tan cal ient~ para retener su magne- tismo; desde luego, el núcleo exterior permanece en estado liquido. Además un imán permanente no podría producir un campo alternante invertido. Lo que produce ese campo son corrientes eléctricas, y se deduce por lo mismo que debe de existir algún tipo de dinamo genera- triz de esas corrientes. Una dinamo consiste en un conductor eléctrico que se mueve en relación con un campo magnético, y se cree que desempeñan estos pape- les complejas tramas, tanto de flujo de líquidos como de corrientes eléctricas dentro del hierro liquido del núcleo exterior. Las co- rrientes eléctricas producen un campo magnético que, atravesando la fluyente masa metálica, genera más corriente eláctrica, y la corrien- te original sufre un efecto autoexcitante. En el laboratorio pueden hacerse dinamos autoinductantes algunas de las cuales muestran una tendencia a la inversión, pero hasta ahora no se ha hecho ninguna que represente el núcleo de la Tierra ni que reproduzca la conducta de su campo magnético. 13 Serillanza de la Tierra CAPITULO 1 Id. ENERGill GENERATRIZ DEL CAHPD Cualquier dinamo necesita una energía que la mueva. En el núcleo exterior de la Tierra, el flujo del liquido puede ser generado por la convección térmica surgida del calor producido por elementos radioac- tivos, del mismo modo que se revuelve el agua en una olla puesta al fuego. No sabemos que exista en el núcleo radioactividad suficiente para producir esa energia; es más convincente la idea de que el nú· cleo exterior se enfria lentamente, y el sólido núcleo interior crece en correspondencia. Al sol idiflcarse la materia, desprende calor latente de fusión: la convección lo retira. Un segundo proceso podria aumentar esa convección térmica: el núc lea contiene probablemente algo de niquel además de hierro; el material que se solidifica en la superficie del núcleo está enriquecido en nfquel, más denso que el hierro; entonces una enorme capa interna liquida y menos densa, ten- derla a subir, aumentando la convección. Ese mecanismo y el calenta- miento radioactivo alcanzarían el potencial exigido para mover seme- jante dinamo a lo largo de los 4,500 millones de años de la tierra, y la magnetización de las rocas explica que ha habido un campo magnéti- co durante un mínimo de 3 ,500 millones de años. Hay pruebas de que los cambios del tiempo están asociados con variaciones del campo magnético terrestre, tanto a escala de unos cuantos años como a la escala mayor de las décadas y los siglos. Se •--/ cree también que el campo magnético de la Tierra contribuiría la navegación natural que practican muchas especies animdles: bacterias, 14 Serrbtanu de la Herra CAPITULO 1 . - --- abejas, aves migratorias e incluso a1gu-noS mam{fE!rós. Se descon.oc'e el mecanismo en cuestión¡ aunque se h~ insinuado un~ sensibilización 15 Serrblanza de la Tierra CAPITULO 1 le. CONSTANTE SOLAR Nuestro planeta recibe toda su luz y calor _del S_ol_. _La existen· cia de volcanes y fuentes termales .demue~tra ·que -la -.. Tierra tiene_ algún calor propio, pero sin la r"ad1ac1~ón---~ol¡~~::.-_-;~t-~ºa=u~·a\bal·a- o'S"cU- - ra y helada, con una temperatura superficial 'no muy superior al cero absoluto. El sol ejerce funciones de un enorme reactor termonuclear, pro- duce ·su energia convirtiendo gradualmente en helio, por fusión, sus inmensas existencias de hidrógeno. Tales son éstas que, aunque los astrónomos estiman su edad actual en unos 5,000 millones de años, se espera que continue respladeciendo en el futuro durante un tiempo similar. La radiación solar ~e emite al espacio en forma de ondas elec- tromagnéticas, de una gran longitud que va desde las cortisimas de los rayos X hasta las largulsimas ondas de radio. La luz visible y la calorífica radiación infrarroja vienen a estar en medio del espectro solar. Mucha radiación solar o bien es reflejada (por ejemplo, por las nubes) o absorbida por la atmósfera terrestre. La constante solar es la energía que cruza cada metro cuadrado en las capas altas de la atmósfera. La medición efectuada por los intrumentos de los satélites artificiales la sitúan cerca de los 1.35 kw/m'. 16 ¡.""-, Sentllanza de la Tierra Todavía en la superficie atmósfera, puede llegar a :ent r~r segundo. por ·un .·ventanal de un metro de 1 a Tierra, en casi un kilowatt cuadrado abierto la base de de energ~ a cara al sol. CAPITULO 1 la por Se da una var.iación aproximada del .. 3.5% por encima o por debajo del promedio. a ca~sa de la ~l i ¡itkid~d d~ 1 a ó.rbita terrestre. -0.2 +n"T+m+n"T+.,.,..,+n.-rtm+rn+m+r.-rtm+.-.-ri-mN o AO d~ 120 Figura 1.2. Mediciones de 7a constante solar efectuadas por el satélite solar Hax en 1980. La constante solar varía además, de hecho debido a los cambios de producción de energía del Sol. Estos preocupan mucho a los cienti- ficos, porque cambios considerables podrían ejercer efectos graves en el clima de la Tierra. Los cohetes y satélites artificiales miden esas variaciones por encima del nivel de la atmósfera. El satélite solar Max, lanzado en el año de 1980, hizo observaciones exactisimas y vigiló cualquier cambio de más del 0.1% de esa constante. No obs- tante, no se ha detectado hasta ahora ningún cambio igual o mayor al 0.5%, y parecen ser insignificantes los efectos de las peque~as va- 17 serblanza de la Tierra riaciones-existente's en dich~·constante,• co Tierra; por ah~ra ~-º hay ~;uebas que relac con alteraclo~~s de la ~;,-diición so;ar. CAPITULO 1 réspecto _al_ .cHma. de la o nen· cambios: · el illlát leos ~· ::- ·;-- -.'. -, j\unque;1 a• constante• sol ar por si misma -no_ afecta -en gJ'.an medida' la c~nÚdad de ;;-nergia recibida en bandas de f~ngitÜd' determ'iriada, por ejemplo, rayos ultravioleta y rayos X, varia a lo largo de un ciclo de actividad solar de 11 años. Queda para el futuro averiguar !d ·se da-n variaciones mucho mayores, tal vez durante períodos largos, con los correspondientes efectos en el clima. Los fósiles reflejan que el Sol ha brillado en torno a un fndice notablemente fijo durante muchos millones de años. Las formas de vida "avanzadas" (del pez al hombre en la secuencia evolutiva) han existi- do en la Tierra desde hace unos 500 millones de años, y para que unos seres tan complicados hayan prosperado tanto, ha debido haber en el planeta un clima bastante estable. Por esta razón es probable que la temperatura global media no haya oscilado más de 15"C en torno al valor actual durante todo ese intervalo de tiempo. Oe ello se ha podido deducir que la radiación solar ha variado menos del 25% en ese periodo. 18 Smbliwu:11 de la Tierra CAPITULO 1 If. ABSORCION DE LA ATNOSFERA TERRESTRE La atmósfera terrestre absorbe sobre todo las _radhclories de longitud de onda corta. Por tanto, los rayos .X y u.l travlol efa se -· eliminan por fi 1 tración en las .. capas altas. La absorción atmosférica de los rayos ·inffarroio~ mejora el equilibrio térmico de la Tierra y, debido al pequeño porcentaje de C02 existente (un 0.033 del volumen), produce un importante efecto de "invernadero", mucha radiación de la que llega a la superficie se absorbe en ella, calienta la tierra y la hace ~mitir su propia radia- ción, de longitudes de onda muy largas. El C02 atmosférico es relati- vamente opaco a las mismas, por lo que aprisiona parte de esa radia~ ción y hace que se caliente más la Tierra. Se calcula que el efecto de invernadero calienta hasta Incluso JO"C. Pero, en último término, toda la radiación solar recibida es devuelta al ~spacio; de otra manera, la temperatura de la superficie aumentaría indefinidamente. De hecho la Tierra se halla en un estado de equilibrio térmico, o asf lo parece, a no ser que haya alterado ese equilibrio el gradual aumento de C02 atmosférico producido desde la revolución industrial. Los científicos discuten por ahora si ha ejercido o no un efecto notorio en el clima. Desde luego no hay que subestimar su potencial en ese sentido, sobre todo conociendo casos como el del planeta Venus, cuya gruesa envoltura de C02 aumenta la temperatura superficial en 400"C. 19 Smblanza de la Tierra CAPITULO l La atmósfera atenúa muy poco la luz visible, excepto cuando el Sol está bajo o cuando las nubes se interponen. Cuando el techo nubo- so alcanza su densidad máxima, ~olo llega al suelo alrededor del 1% de la luz solar disponible. En el conjunto de la tierra, aproximada- mente el 34% de la luz del Sol vuelve al espacio, reflejada princi- palmente por las nubes, por lo que la Tierra, vista desde un planeta cercano, como Marte o Venus debe ser un astro muy brillante, algo asi como Venus para el ojo humano. El índica de luz reflejada a partir de la que recibe en total el cuerpo espacial en cuestión es el albedo. Un reflector perfecto tiene un albedo de l; la Tierra lo tiene de 0.34.· La Luna en cambio, tiene un albedo de 0.07 lo que indica un reflejo mínimo. 20 Sl!fl'blan:za de la Tierra CAPITULO 1 Ig. GRAVEDAD Y ROTACIOH DE LA TIERRA Dada su gran masa la Tierra ejerce una considerable fuerza de atracción gravitatoria en los objetos cercanos a ella. No existe hasta ahora una teoría que explique perfectamente el porqué de la gravedad. No obstante, incluso en algo tan complejo como la navega- ción de un satélite espacial, siguen valiendo las leyes de atracción gravitatoria formuladas por Newton hace mas de tres siglos. Junto la superficie de la Tierra, un objeto que cae se acelera en unos 9.8 m/s 2, si no se toma en cuenta la resistencia del aire. El campo gravitatorio de la Tierra en el espacio se acerca bas- tante al de una esfera gigante no rotatoria. Pero lo com~lic~ri una • serie de factores, por ejemplo, la forma completa de la Tierra y la presencia de irregularidades en su superficie. En esta, la gravedad está afectada además por la rotación diaria del planeta. Pero se trata de factores solo importantes en las mediciones rigurosas: si la Tierra cesara de girar, la gente no notaria ningún cambio en la fuer- za gravitatoria. La rotación de la Tierra afecta a la gravedad de dos modos muy diferentes. En primer lugar la rotación produce una aceleración cen- trífuga que por si misma se opone a la gravedad: se acusa al máximo en el ecuador y se reduce a cero en los polos, donde no hay movimien- to de rotación. 21 Sllnbltiru:a de- lti lferra CAPITULO 1 En segundo lugar, la rotación convierte la forma esférica del planeta en la de un esferoide oblongo, algo achatado en los polos. ~Como resultado el diámetro polar (12,713 km) es unos 43 km inferior al diámetro ecuatorial (el ecuador mismo se aproxima muchfslmo a un circulo). Esta forma aplanada repercute nuevamente en una reducción de g (aceleración debida a la gravedad) en el ecuador, a la vez que en un ligero aumento en los polos. Si prescindimos de efectos loca- les, el valor de g varia de 9.780 m/s 2 en el ecuador a 9.832 rn/s2 en los polos, una variación máxima de un poco más del 0.5%. 22 CAPITULO 11 IATMOSFERA DE LR TIERRAI 'r CLIMA Atlh6e.fer11 de la Th:rr11 y Clf11111 CAPITULO 11 ATMOSFERA DE LA TIERRA Y CLIMA Poco después de su formación (hace unos 4,500 millones de años), la Tierra debió de haberse parecido a Júpiter o a algún otro de los planetas gigantes de hoy, con una espesa capa gaseosa en torno a un núcleo muy denso. En el pasado perdió la Tierra gran parte de su atmósfera original abrasada tal vez en un período de intensa activi- dad solar. Esta teoría viene favorecida por el hecho de que, frente a su abundancia en el cosmos, los gases llamados raros (por ejemplo, neón y xenón) solo quedan en la atmósfera actual en cantidades infi- nitesimales. 23 Atm6sfet'• dc:t la Tfc:tt't'S y CI fma CAPITULO 11 IIa. ATNOSFERA SECUNDARIA En el lugar de los gases cósmicos se desarolló una atmósfera secundaria, procedente de la Tierra misma. Durante muchos millones de anos, la superficie de la Tierra fue probablemente materia fundida y 1 aunque se formó después una delgada corteza, Ta actividad volcánica era incesante. En esta época activa, las rocas desprendieron gran cantidad de gases, incluyendo nitrógeno, amoniaco, monóxido de carbo- no, metano e incluso probablemente dióxido de carbono (C02) y vapor de agua: aproximadamente la mezcla que exhalan los cráteres y fumaro- las hoy dfa. Igual que en dstos, la atmósfera primigenia contendría apenas unas trazas exiguas de oxígeno, y seria venenosa para casi todas las formas de vida actuales. 24 a Tierra y Clima CAPITULO 51 lib. FOTOSINTESIS, OXIGENO, Y DIOXIDO DE CARBONO La Tierra fue enfriándose y cuando la temperatura superficial descendiá por abajo de los 100*C, el vapor de agua se condensó, ca- yendo en forma de lluvia, que llenó huecos y formó lagos y mares poco profundos. Allí, a profundidades de más de 10 m (límite de penetra- ción de los mortíferos rayos ultravioleta), aparecieron las primeras plantas, algunas probablemente hace unos 3,000 millones de años, según el registro de los fósiles. Produjeron su propio alimento por fotosíntesis (proceso metabólico que, mediante la luz, convierte moléculas inorgánicas, compuestas de CO2 y agua, en moléculas orgáni- cas) y desprendieron en la atmósfera, como subproducto, el oxígeno vital. Los rayos ultravioleta desintegraron en el aire moléculas de oxígeno (02) en simples átomos (0), combinandose algunos de ellos con moléculas de oxtgeno dando origen al ozono (03). Este es un gas ines- table, cuyas moléculas absorben rayos ultravioleta. A1 hacerlo, sue- len desintegrarse, convirtiéndose de nuevo en moléculas y átomos sueltos de oxígeno. De este modo, el ozono se transforma, sin cesar en la atmósfera, a un ritmo que varía según la cantidad de luz ultra- violeta, que depende a su vez de factores externos tales como la época del año, las manchas solares y el hecho de que sea de día o de noche. Debido a la actividad fotosintética de las primeras plantas, la concentración del oxígeno y ozono de aquella atmósfera aumentó sin cesar, proporcionando al mismo tiempo Cada vez más protección contra 25 Atmócfera ~ l ie ra l l o PI LO JI Il . TOSINTE IS, I ENO, I I O E ONO a ie ra e fr dose ndo peratura perficial scendió or ajo e s IOOºC, l por e ua densó, a- do a e ia, e ó ecos ó os ares co r f ndos. lli, f didades e ás e i ite e netra- i n e s ortiferos os lt ioleta), arecieron s r eras l ntas, nas abl ente ce os , 00 ill nes e os, ón l istro e s siles. r dujeron r pio ento or t síntesis ceso etabólico ue, ediante z, nvierte oléculas r ánicas, puestas e z ua, oléculas r áni- s} s rendieron ósfera, o producto, l i eno Vi ta 1. os os l ioleta si t raron l ire oléculas e i eno 2 ) ples os O), binandose nos e ll s n oléculas e i eno do ri en l no 3 ). ste s as es- le, yas oléculas s rben os lt ioleta. l acerlo, su - si tegrarse, virti dose e evo oléculas os eltos e i eno. e ste odo, l no r a, i sar ósfera, o e aría ún ti ad e z ltra- i leta, e ende ez e t res t rnos l s o oca el ·, s anchas lares l cho e e a e ía e che. ebido t i ad t sintética e s r eras l ntas, centración el i eno no e ue la ósfera entó i sar, orci ando l i o ie po c da ez ás r t cción ntra Atmósfera de 111 Tierra y Clima CAPITULO 11 los perntctosos. rayos ultravtolet.a. ·Por último, la.cantidad de ellos que alcanzaban la superficie terrestre se.re~uj~ hasta tal punto que .sólo penetraban unos centímetros .en el agua del mar, y los organismos marinos se desarrollaron cada vez más y mejor. Ftgura 2.1. Cambios en la compos1c1on de 1a atmósfera terrestre. Pese a la continua evolución de plantas productoras de oxigeno, el indice de radiación ultravioleta que llegaba hasta la superficie de la Tierra siguió siendo demasiado elevado. La vida vegetal no abandonó la seguridad de los mares y lagos hasta fines del Silúrico (hace 420 millones de años), al contener ya la atmósfera mucho oxige- no/ozono protector, aunque todavía menos tal vez del 10% de su con- centración actual. Pero aquella cantidad bastó para permitir que las plantas crecieran sobre la Tierra, y en 30 millones de años (a prin- 26 ,.,., Atlll6sfere de la Tierra y Clima CAPlTULO 11 cipios del Devónico) se habian formado ya grandes bosques,. Siguió aumentando, m~s ·aprisa, la cantidad de oxigeno ~el aire,_.1;:~~e. abrió camino a la aparición de los primeros animales terrestres: lós· anfi- bios respiradores de oxigeno de finales del Devónico. La atmósfera moderna está compuesta hoy principalniente por ni- trógeno (78.09%), oxigeno (20.95%) y argón (0.93%). Ei resta~te 'o.03% se compone de C02 (fotosintetizado por las plantas), cantidades dimi- nutas de neón, helio, ozono e hidrógeno asi como indicios mínimos de criptón, metano, xenón y otros gases. Otro vital integrante de la misma.es el vapor de agua que constituye un 4% de su volumen y un 3% de peso. La atmósfera contiene además particulas sueltas de sal, humo, polvo y la contaminación creada por el hombre. Hay un punto en el que la composición de la atmósfera se ha alterado en los últimos 200 años. Los científicos estiman que la coricentración del C02 de la atmósfera era entre 275 y 285 partes por millón (ppm) antes de la revolución industrial; en 1958 había ascen- dido a 315 ppm y en 1980 se había remontado a 338 ppm. Este aumento se debe a la perturbación del ciclo del carbono provocada por el hombre al quemar combustibles fósiles y destruir bosques. Lo peor es que la proporción de C0 2 de la atmósfera sigue aumen- tando. Este continuo aumento es hoy materia de preocupación, porque el C02 permite que llegue hasta la superficie la radiación de onda corta procedente del Sol. El C0 2 absorbe parte de la radiación de onda larga que refleja la superficie (el vapor de agua y las nubes 27 Attrósfer-a de la Jfer-r-a y CI 111111 CAPITULO 11 tienen también ese efecto absorbente), provocando el "efecto de in- vernadero". De este modo el co, reduce la pérdida de radiación de la tierra: cuanto más aumente ese gas, más calor existirá. El ejemplo extremo del efecto de invernadero, como ya se mencionó, se da en Venus, en donde el co, constituye el g5% de la atmósfera y la tempe- ratura superficial media es de unos 475"C. Un aumento de la concen- tración del C02 en la Tierra a 570 ppm podría, según cálculos hechos, elevar la temperatura global en un promedio de 3•c, con consecuencias ecológicas imprevisibles y posiblemente catastróficas. 28 Atl!IÓ8fer11 de la Tierra y Cl flRll CAPITULO 11 lle. VAPOR DE AGUA, NUBES Y PREClPlTAClOH Aproximadamente el 0.001% del total de agua del mundo está en la atmósfera, en forma de vapor de agua¡ la cantidad de ese vapor de agua varia con la temperatura, porque el aire caliente admite más vapor de agua que el aire fria. La humedad absoluta es la medida de la cantidad de vapor de agua existente en un volumen dado de aire (expresado normalmente en gramos de vapor de agua por metro cúbico de aire). La humedad relativa, en cambio, mide la cantidad de agua exis- tente-, expresada como tanto por ciento de la que el mismo volumen de aire podria contener a la misma temperatura si estuviese saturado. El aire saturado, con la humedad relativa del 100% 1 está siempre a punto de condensarse, por lo que cualquier enfriamiento provoca condensa- ción de agua. El vapor de agua procede de la evaporación de mares, lagos y suelo húmedo; la mayoria de las plantas y de los animales desprenden también vapor de agua como un subproducto natural de sus procesos metabólicos. La turbulencia aérea lo transporta hacia arriba: otra consecuencia del calentamiento del suelo por la radiación solar. Al enfriarse el aire ascendente, su capacidad de retener vapor de agua disminuye hasta alcanzar el punto de condensación. Y el vapor se condensa en torno a particulas diminutas existentes en el aire, formando gotas microscópicas, tan ligeras que se mantienen suspendi- das en la atmósfera. Al condensarse, el vapor de agua desprende ca- 29 Las ' nubes están formadas por lo tanto, por. masa de agua (que pueden permanecer en estado de congelació ras hasta de -40*C) y cristales de hielo. Se clasifican según su forma y su altura sobre el nivel del suelo. En general hay dos formas principales de nubes: los cúmulos, de considerable desarrollo vertical que se forman cuando el aire asciende rápido y en rollo vertical. Las nubes cumuli- formes más altas, los cumulonimbos (nubes de tormenta), pueden medir más de 4,000 m entre su obscura y densa base y su copa, a menudo en forma de yunque. Los estratos, en cambio, son tenues capas que se esparcen en el espacio. Suelen formarse cuando el ajre asciende despacio y con una inclinación no demasiado acentuada. La temperatura baja a un indice bastante constante hasta altitu- des de unos 10 Km, (aproximadamente 0.65*C por cada 100 m de aumento de altura). Al subir aprisa el aire, el desprendimiento de calor debido a la condensación puede poner el aire ascendente mucho más caliente del que lo rodea. Este efecto refuerza el movimiento ascen- dente y "edifica" la nube, creando una situación inestable que provo- ca al fin su precipitación. 30 Atlnól#era de ta Tierra y· Clima CAPITULO 11 lor; por_esta razón, el movimiento del vapor de agua por.·1a·_ aimósf~·fra­ es uno de los medios de redistribución del calor entre lOs ;rdi_entés trópicos, donde la evaporización es mayor y las regione~, ;'-té~pl;da-¡,~ más frias, en las que puede producirse su condensación.~;'?~"~) as bes st n f r adas or l t to, or asas. de de agua {que pueden per anecer en estado de congelación-'~ -"'iempe'ratu- s asta e - ' ) ri t les e ielo. e l i i ún f r a s lt ra s bre el i el el s elo. n neral y os f r as ri cipales e bes: Los ulos, e nsiderable sa rollo ertical e f r an c ando l ire s i de r i o e r llo ertical. as bes c uli- f r es ás lt s, l s uloni bos ( bes e t enta), eden edir ás e , 00 tre s scura nsa ase s c pa, a enudo e f r a e nque. os tratos, bio, n t ues pas e arcen l acio. elen f r arse ndo l ire i de spacio n a i li ción e asiado ntuada. a t peratura aja i ice stante nstante asta ltit - es e os JO m, ( r i adamente . º or da 0 e ento e lt ra). l bir risa l ire, l r di iento e lor bido l densación ede ner l ire dente ucho ás li nte el e l r ea. ste cto erza l ovimiento en- nte '' ifica" l be, r do a it i n i stable e r vo- a l i r cipitación. JO Figura 2.2. C1asfficacidn de 1as nubes. El término prec1p1tactón incluye todas las formas de condensa· ción de agua; rocfo, niebla, neblina, escarcha, lluvia, grantzo1 aguanieve y nieve. En el a1re cálido y turbulento de los trópicos, 1 as nubes pueden componerse practi camente de minúsculas gol Has de agua que al unirse forman gotas bastante pesadas para vencer la re· Atm6sfera de"la Tierra y Clima CAPITULO 11 ststencia 'del aire. ·Sin embargo, en las zonas templa'das, la tempera- tura de las nubés se sitúa a menudo bajo.,cer.o._ ~~ ·-~-.esJe caso, las gotitas ·.s!' ·congelan .al contacto con los cristáles ·de hielo de las nubes. Esos cristales llegan a adquirir tal peso,' 'que ~·aen hacia el suelo. S.i ·el aire bajo está a más de 4•c, los cristales se funden, convirtiéndose en gotas de lluvia; si está más frío se funden algunos copos y resulta aguanieve, o no se funde ninguno; entonces llegan todos al suelo en forma de nieve. La lluvia artificial se provoca "sembrando" una nube desde arri- ba con hielo o determinados cristales (por ejemplo, de yoduro de plata). Igual que en los formados al natural, estos cristales van sumándose por colisión con las gélidas gotitas de la nube en cues- tión, y puede producirse así la lluvia artificial. La precipitación se produce de tres modos principales. La lluvia convencional se origina con un calentamiento intenso del aire bajo. que origina corrientes ascendentes intensas y húmedas. Al enfriarse arriba, se vienen simpl~mente ab~jo en forma de corrien- tes convectivas. En los trópicos suele formarse un ciclo cotidiano de este tipo: corrientes convectivas de agua de gran envergadura ascien- den en las mañanas, y al mediodía se cubre el cielo de cumulonimbos, que al atardecer descargan en forma de núcleos tormentosos. La lluvia orográfica se nutre de vientos oceánicos húmedos, obligados a remontar cordilleras. Al elevarse el aire. se enfria, y la precipitación descarga en las laderas de barlovento. La lluvia cic16nica se produce al elevarse el aire caliente 32 ·.) Atmósfera de La Tterr• y tllM CAPITULO ll sobre el aire fria en los frentes de baja presión que se forman en las latitudes medias. Cada año se evaporan unos 45,000 Km3 de agua del mar, y aproxi- madamente el 11% de ella termina por caer en los continentes en forma de lluvia o nieve. El ciclo hidrológico, del que forma parte este movimiento, permite la vida en la Tierra con su continuo suministro de agua dulce. 33 Atmósfera de la Tierra y Cl fme CAPITULO 11 lid. PRESION Y TEMPERATURA La atmósfera pesa unos 5,000 billones de toneladas y la mitad más o menos de esa masa total está en los niveles bajos, a menos de 5,000 m de altitud, o sea, el peso del aire sobre cada centfmetro cuadrado de superficie, es de 1.05 Kg (l,013 milibares). La presión y la densidad de la atmósfera disminuyen con la altitud; a unos 5,500 m la presión media es de 500 milibares, aproximadamente la mitad de la del nivel del mar, y a 16,000 mes de solo 100 milibares. Las variaciones de la presión se deben también cambios de temperatura. La fuente principal del calor son los rayos del Sol, aunque nos llega poco calor directamente de su radiación de onda corta. De la que alcanza la atmósfera exterior, solo el 16% llega la superficie de la Tierra; gran parte del resto vuelve al espacio por reflejo o dispersión. Pero la superficie absorbe la radiación recibida (y se calienta) para devolverla en forma de radiación de onda larga. Es está radiación de onda larga la que absorbe el C02 , el vapor de agua y las nubes de la atmósfera baja, produciéndose el "efecto de invernadero": la atmósfera se calienta principalmente desde "abajo", y por ello las temperaturas decrecen al aumentar la altitud en la parte inferior de la atmósfera. El calentamiento por la radiación de onda larga nivel del J suelo hace al aire dilatarse, y se vuelve más ligero que el aire fria de más arriba. El aire caliente tiende a subir, dejando abajo una 34 Atll'ÓSfera de la Tterl"'a y Cltma· CAP1'1Ut.O 11 región de presión relativamente baja; el aire denso y frlo tiende descender, creando una presión atmosférica relativamente alta. La troposfera Es dificil definir el espesor de la atmósfera al no existir un limite exterior claro; la capa-más alta, la exosfera, se enrarece cada vez más, difuminándose gradualmente en el espacio. La tropósfe- ra, la más baja, contiene cerca del 80% de toda la masa atmósferlca. Alcanza una altitud de unos 8 Km sobre los polos, de JO a JI Km sobre las l at1tudes medias y de 18 Km sobre el ecuador, donde es máximo el calentamtento. La troposfera es la zona de mayor interés para los meteorólogos por contener casi todo el vapor de agua y producirse en ella la mayo- ría de los fenómenos del "tiempoft. En la troposfera las temperaturas descienden generalmente al aumentar la altitud, pero junto a su limi- te superior, la tropopausa, se estabilizan a unos -sJ•c (con un mar- gen de unos ~1o•c). Sobre la tropopausa esta la estratosfera. 35 " atmóntera de Lo Tiérre y Cline : e CAPITULO 11 : . presión (mitibares) p10* m a s a (x o 10 45 E Ms E E 2 ; Loja E eurmosdera : mA E : by usa a Figura 2.4. Masas y volú- 10 menes de las capas internas : de la atmósfera. P 100 sm -= 10 - 5] y er hal ak) 0d] tempera tata O Figura 2.3. Principales capas de la atmósfera, 0 36 A~fe,..detarterr•yCll• allura \kmj l'f".00(11\ilihun) l _____ _j, ""' -1 i 1gura .4. Hasas y lü- enes de 1 as capas i t r s e 1 a t• sfer•. ,.µ:..'6i:;;..<~~...:..._.,.~ .... ~.:,_.~-¡-'-'~ - h.-1 -~J ""'I""'"""~ 1 (., i ura .3. ri l 1es c pas de 1a t ósfera. J WIT\Jl.01 At!IÓ&fero de l• l lerra y Cllms CAPITULO 11 En las latitudes medias, fuertes vientos ciñen la Tierra en bandas cambiantes del oeste al este. Esos vient'os se concentran en la troposfera superior y estratosfera inferior. Dado que constituyen el vértice circunpolar, esos "vientos en chorro" soplan entre las zonas permanentes de baja presión de los polos (originadas por el descenso del aire frío) y las zonas permanentes de alta presión tropicales (debidas al ascenso de aire caliente). Estas corrientes en chorro de alto nivel son bastante regulares al no estar sujetas a fricción con el suelo ni afectar las otras series de factores que complican el flujo eólico cercano a la super- fi~e. las corrientes en chorro alcanzan hasta los 290 Km/h, por lo que son importantisimas para la aviación. En vuelos largas, un reac- tor subsónico puede ahorrar una hora y diez toneladas de combustible aprovechando rutas con vientos de cola fuertes y vientas de frente débiles. Descubiertos por los tetramotores de vuelo alto de la Segun- da Guerra Mundial, los vientos en chorro ejercen además considerable influencia en el tiempo reinante a nivel de tierra en las latitudes medias. Sobre la troposfera La estratosfera está situada sobre la tropopausa y hasta aproxi- madamente los 50 Km sobre el nivel del mar. En esta zona está la vital capa de ozono donde se produce calor por la absorción de los rayos ultravioleta. Oe ahl que aunque las temperaturas son estables 37 AtlllÓsfeU de ta Tferre y Clima CAPITULO 11 en la estratosfera inferior, aumentan constantemente en sus niveles altos, alcanzando unos .¡o•c en la estratopausa. Entre los 50 y los 500 Km de altura esta la enrarecida ionosfe- ra, dividida en la mesosfera (50 a 80 Km) y la termosfera (80 a 500 Km). En la mesosfera las temperaturas vuelven a bajar hasta unos ao•c en la mesopausa (limite de la mesosfera y la termosfera). En esta aumentan constantemente, con la altura, fenómeno debido a que una altura de unos 200 Km, una capa de oxigeno libre absorbe rayos ultravioleta. Además de estos últimos, la ionosfera recibe el bombar· deo de rayos cósmicos y los rayos X. que provocan la ionización de sus gases (es decir, las moléculas de gas se convierten en particulas con carga eléctrica). Los brillantes fenómenos celestes consistentes en luces de color (llamados auroras boreales en el hemisferio norte, y auroras australes en el hemisferio sur} se producen cuando corrien· tes de partículas con carga eléctrica procedentes del Sol (viento solar) ionizan los gases atmósfericos. Las auroras solo suelen ser visibles cerca de los polos, acompañadas generalmente por tormentas_ magnéticas. Más allá de los 500 km sobre la superficie de la tierra está la enrarecidfsima exosfera compuesta unicamente de átomos dispersos de oxigeno, hidrógeno y helio. 38 Atlll6sfera de l• T !erra 'I Cl lma CAPITULO 1 J lle. VIENTOS PREDOnlHAHTES y FACTORES PERTURBADORES La circulación del aire consiste esencialmente, de un sistema gigantesco de intercambio térmico, consecuencia del desigual calenta- miento de la superficie terrestre por el Sol. La intensidad de la radiación solar es máxima en torno al ecuador y mfnima en los polos;, siendo el ecuador la región más caliente. Para procurar un equilibrio térmico, el calor fluye del trópico hacia los polos. En torno al ecuador la radiación a la superficie terrestre ca- 1 ienta las capas bajas de la atmósfera, haciéndolas dilatarse y a· scender. Este efecto genera una zona de baja presión permanente (las calmas ecuatoriales)1 de vientos escasos o nulos. El aire caliente y ligero sube1 después se enfría y se difunde hacia el norte y el sur, formando corrientes convectivas. Hacia los Jo• de latitud norte y sur esas r.orrientes descienden originando dos cinturones de alta presión llamados latitudes hor~e. Como las calmas ecuatoriales, las latitudes horse son zonas de vientos ligeros y calmas. El aire seco y amainado y la consiguiente estabilidad atmos- férica de esas latitudes contribuye a que surjan extensos desiertos en la superficie terrestre. por ejemplo el Sahara. 39 .• Atmósfera de la Tierra y Cl111111 CAPITULO 11 Figura 2.5. Vientos predominantes. Desde las latitudes horse salen vientos que cruzan la superficie de la Tierra. Los que soplan hacia el ecuador se llaman alisios y los que van hacia los polos, vientos del oeste. Estos últimos terminan chocando con unos vientos fríos, los vientos polares de.l este, proce- dentes de los polos: zonas de alta presión atmosférica causada por el descenso de aire denso y frío. Las regiones situadas entre los 30· y ~~ ss· norte y sur son zonas de transición, de tiempo vartable, en con~ traste con la gran estabilidad de los trópicos. 40 Ataósfere de la Tierra y CI lme CAPITULO JI El tiempo se ve influido en esas· zonas de transición - por la formación de profundas depresiones o ciclones,, resultantes· de la interacción del aire polar y subtrópical; Aunque hay un intercambio térmico incesante entre los tró-piéos y' los polos, los vientos no soplan directamente de norte -:·a sur:;_ ---El.~-· efecto de Coriolis, causado por la rotación de la Tierra sobre su eje, desvía los vientos hacia la derecha de su dirección naturaí:: ·eri el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio 'su-r:::'; (El. efecto de Coriolis desvía también de un modo parecido las corrientes oceán-icas). La trayectoría de los vientos y la posición de los sistemas dominantes de alta y baja presión sufren además cambios estacionales. Ellos se deben a la inclinación de 23.5• del eje de la Tierra, que obliga al Sol (visto desde la Tierra) a moverse hacia el norte y el sur durante el ano. El efecto térmico total de esos cambios hace que los cinturones de vientos y presiones se muevan hacia el sur y el norte todo el año. Las regiones mediterráneas, por ejemplo, caen en el verano bajo la influencia del equilibrio atmosférico de las latitudes horse, que les da un tiempo seco y caliente, pero en invierno el desvío hacia el sur de esos cinturones acarrea al mediterráneo un tiempo más bién fria y lluvias ciclónicas. Las fechas astronómicas no coinciden, sin embar- go, exactamente con las estaciones reales, porque la superficie te- rrestre tarda en calenta~se y enfriarse. Por esa razón, en la zona 41 Attrósfera de la Tierra y Cl h111 CAPITULO 11 templada del hemisferio norte los meses estivales son junio, ju11o y agosto, y el invierno se acusa en diciembre, enero y febrero; en la del hemisferio sur sucede al revés. Afecta a los vientos también el hecho de que la ti~rra se ca- 1 ienta y enfría más aprisa que el agua. El rápido calentamiento de las costas durante el día crea una zona de baja presión relativa en tierra, que atrae aire fresco del mar. De noche, la tierra se enfria enseguida y fluye de ella aire fria hacia el mar, relativamente más cal lente. Ese calentamiento diferencial provoca además el desarrollo de grandes masas de aire sobre los continentes y los mares. Hay cuatro tipos básicos de masas de aire. El aire polar marítimo es más bién. caliente y hümedo, pues lo calienta el agua desde abajo. En cambio 1 el aire polar continental es fria y bastante seco en invierno, y caliente en verano, cuando la tierra se calienta enseguida. El aire trópical maritimo es caliente y húmedo, mientras que el continental, por ejemplo el del desierto del Sahara, es muy caliente y seco. El movimiento de esas masas y su interacción con otras masa adyacentes a lo largo de los "frentes", tiene importantes efectos meteorológicos en las zonas de transición. 42 Atmósfera de La Tltrre y CI fmo CAPITULO 11 Ilf. DEPRESIONES O BORRASCAS Se forman a lo largo del frente polar, que separa las masas del aire polar y tropical en las latitudes medias. Se inician al desarro- llarse ondulaciones en este frente¡ el aire caliente fluye en ondula- ciones acentuadas, y se forman las depresiones. El arco delantero de la ondulación es el frente cálido, el arco siguiente, el frente frío. las depresiones son sistemas de aire de baja presión, que succionan vientos hacia el centro. Pero la desviación causada por el efecto Coriolis los hace girar en vez de hacerlos soplar directamente hacia el centro de la borrasca. El viento circulante en la borrasca (o ciclón) sopla en el sentido de las agujas del reloj en el hemisferio sur y en sentido contrario en el hemisferio norte. En 1 os mapas del tiempo, 1 as borrascas aparecen en forma de isobaras concéntricas (lfneas que unen puntos de una misma presión de aire, análogas a las alturas de los mapas topográficos), con la pre- sión más baja en el centro. Cuando las isobaras se acercan, el gra- diente de presión es agudo; cuanto más agudo, más fuertes son los vientos, que suelen soplar paralelos a las isobaras. La formación de las borrascas se relaciona intimamente con el curso de los vientos en chorro de la alta atmósfera. En los mapas de las capas altas, una ondulación hacia el polo de un viento en chorro que sopla hacia el oeste indica normalmente que tiene debajo una borrasca. El flujo del viento en chorro afecta al desarrollo de las 43 Atl!'ÓSfera de la T'erra y Clima CAP1TULO 11 borrascas. Al ensancharse, succiona aire hacia· arriba agudizando la borrasca subyacente y ocasionando un tiempo húmedo y ventoso. SI se estrecha, empuja aire hacia abaja, elevando la presión. Las vientas en chorra son más fuertes en invierno, cuando es máxima la diferencia de temperatura entre las zonas polares y el trópico¡ por lo mismo, el gradiente de presión correspondiente es también más agudo en invier· no. Cuando un viento en chorro sufre gran torsión, pueden desprender· se ondas. Pero la corriente en chorro se reestablece enseguida, des~ gajando bloques de aire frio o caliente del flujo principal. Esos bloqu~s aislados pueden acarrear rachas de tiempo Impropio de la estación. Dentro de la borrasca fluye aire caliente hacia arriba sobre aire fria en todo el frente cálido. Dado que el gradiente es suave, las nubes delanteras suelen ser estratiformes. A lo larga del frente frío, el aire fria obliga al aire caliente a subir subitamente, por lo que suelen alzarse imponentes cumulonimbas detrás del frente fria. Como este avanza más aprisa que el frente cálido, el aire caliente es empujado en cuña gradualmente hacia arriba (es ocluido). No hay dos borrascas que aporten exactamente el mismo tiempo, pero conocer su secuencia general contribuye a predecir el tiempo. Suele anunciar la llegada de una borrasca la presencia de cirros altos estirados normalmente en forma de franjas largas y arqueadas por la corriente en chorro. Al acercarse al frente cálido, las nubes se espesan con la llegada de otras cada vez más bajas: cirros estra· tos, altos estratos, nimbostratos estratos. El avance del frente -, AtlfÓSfera de la Tierra y Cl fma CAPITULO 11 cálido suele señalarse por una lluvia persistente y cada vez más fuerte. Una vez pasado el frente cálido, la presfón deja de descender y sube la temperatura; pero pocas horas después suele haber tormen- tas. Estas se asocian con un estrecho cordón de chubascos a lo largo del frente fria. Tras los chaparrones, el cielo clarea, sube la pre~ sión y disminuye la húmedod. 45 Atm6sfer11 de ta Tterra y Clima CAPITULO 11 Ilg. ANTICICLONES, TORnEHTAS, HURACANES Y TORNADOS Propios de las zonas templadas, los anticiclones son sistemas de aire de alta presión. Aparecen en los mapas del tiempo como series de isobaras concéntricas con la presión más alta en el centro~ Tienden a soplar vientos hacia afuera desde el centro de los antic'iclone~ (no tan fuertes como los que entran en las borrascas), y los desvía tam- bién el efecto de Coriolis; entonces, los vientos circulan en torno al centro del anticiclón, en el sentido de las agujas del reloj en el hemisferio norte y en sentido contrario en el hemisferio sur. Los anticiclones suelen traer tiempo estable en verano (cálido y con cielo despejado), y en invierno tiempo frfo con heladas y riie- bl as. Se estima que las tormentas fuertes (sobre todo los huracanes y los tornados) suman un 20% del gran costo anual que ocasionan por daño los desastres naturales. Son más comunes las tormentas eléctri- cas¡ cada dia se producen aproximadamente 45,000. Esas tormentas asociadas con la aparición de cumulonimbos forma- dos por aire de ascenso rápido, suelen acompañarse de relámpagos, ocasionados por el desprendimiento súbito de la electricidad estática acumulada en las nubes. Desconocemos el mecanismo de formación de esa electricidad estática, pero según una teoría popular, la carga eléc- trica se produce como resultado de la congelación de las gotas de 46 Atm6sfen de ta.Tierra y Clima, CAPITULO 11 agua convertldás en cristales de hielo.que forman las nubes. la capa externa de esas gafas s~ congela.y, al, hacerlo se cargá positivamente (fenómeno observado en laboratorio); el núcleo liquido, más caliente, adquiere una carga negativa. Una fracción de segundo después, los núcleos se dilatan, haciendo saltar las capas externas. Fragmentos de estas capas, con carga positiva, van a parar a lo alto de la nube, mientras que los núcleos, intactos, con su carga negativa, permanecen en la base. Por ~ltimo, se acumula en la nube la carga suficiente para superar la resistencia eléctrica del aire que hay entre la nube y el suelo, y se descarga en forma de una gran chispa eléctrica; el relámpago. la violenta expansión de las moléculas de aire en la tra· yectoria del rayo provoca una intensa onda sónica, conocida como trueno. Los huracanes, llamados también ciclones tróp1cales o tifones, son intensas borrascas circulares que se desarrollan entre los s• y los 2s· de latitud norte y sur, sobre mares de temperatura superfi- cial superior a unos 21•c. En torno a un núcleo central de presión bajísima {el ojo del huracán}. el aire húmedo gira y se levanta rapi- damente, formando una espiral de nubes que, vista desde arriba, re- cuerda un remolino. la intensa cantidad de cnergia desprendida por la rápida condensación del aire ascendente es la que mantiene el verti- ginoso giro de la espiral. Los huracanes se desplazan generalmente hacia el oeste en ambos hemisferios. Cuani.io alcanzan la tierra, sus vientos, de hasta 300 Km/h, pueden ocasionar daños impresionantes. Son identificados en se- 47 .- Atrnósfe-ra de lo Tierra y Cllrno CAPITULO 11 guida por las pantallas de radar y las fotograflas de satélites, lo que permite prevenir su amenaza. Sobre la tierra, los huracanes pier- den sus fuentes de húmedad y por esa razón su fuente de eriergfa, y se van extinguiendo al llenarse de aire su centro de baja presión. los tornados, son torbellinos de menos de 1 Km de diámetro. Son comunes en el este central de Estados Unidos de Norteamérica, donde el aire húmedo y caliente del Golfo de México subyace al seco aire· fria del norte, pero los hay también en Europa occidental. Su causa exacta se desconoce, pero se forman al caer una larga chimenea nubosa de un cumúlo turbulento. Se succiona aire caliente hacia arriba en arrebatadora espiral en torno a la desbocada manga descendente. Se cree que el vier.to alcanza los 600 Km/h. aunque no han sobrevivido instrumentos que lo demuestren. la devastación no sólo la produce el viento, sino también la intensisima diferencia de presión que media entre el interior de las casas y el exterior, cuya presión es muy baja; esa desproporción hace que las casas se desmoro- nen. los tornados recorren hasta 500 Km antes de desvanecerse. Son parecidos a las trombas marinas. 49 Atmósfera de la Tierra y CI tma CAPITULO 11 Ilh. PREDICCION DEL TI EHPO Y CLIMA Hasta hace poco, 1 a información recibida en los centros meteoro- lógicos se descifraba y, junto con más información, fotografías y datos de satélites, se convertía en mapas sinópticos hechos a mano, como el presentado en la figura 2.6., que mostraban las isobaras y otras categorias de información en signos convencionales, dando una imagen completa del tiempo existente en un momento determinado. Figura 2.5. Carta de estada del tiempo mostrando lineas Isobaras. 49 • Atmósfera de la Tierra y Clima CAPITULO 11 Un equipo de meteorólogos analizaba entonces el mapa, cotejando- lo acaso con seis o más mapas relativos a la situación del día ante- rior. Se estudiaban los sistemas y las situaciones atmosféricas res- pectivas para analizar su evolución y si había indicios de nuevas variaciones. A partir de ese análisis se preparaba un mapa de pronós- ticos que resumía su impresión en cuanto al futuro estado del tiempo. Sobre esa base se trazaban pronósticos escritos que se enviaban a los diversos medios informativos. Las grandes computadoras han modificado un tanto ese proceso. Hoy día, al llegar los datos al centro meteorológico. se integ~an en un computador. Dado que los datos llegan en forma de un código acep- tado internacionalmente, la información procedente de cualquier parte del mundo se puede utilizar sin traducción previa. El computador proporciona entonces mapas sinópticos que no solo describen la situa- ción existente al nivel del mar, sino también a diferentes niveles de las capas superiores (a veces hasta 15). Estas computadoras pueden emitir también pronósticos aplicando las magnitudes de diversos factores (por ejemplo, temperaturas, den- sidad del aire, velocidades de vientos, humedades) a fórmulas basadas en las leyes físicas relativas a la interacción de estos factores. Estos pronósticos tienen una precisión razonable en cuanto al compor- tamiento de la atmósfera, pero no tanto respecto a la predicción del tiempo. La razón principal de ello es que las interacciones entre aire, mar y tierra son complejisimas y se requieren aún juicios basa- dos en una gran experiencia de las peculiaridades locales para lograr 50 Atm6sfero de la Tierra y Clima CAPITULO 11 una buena predicción a corto plazo. Por ello l~s mapas de predicción son obra aún de la mano del hombre. Los pronósticos más familiares. conciernen~a las 24 horas inm-e· diatast más acaso, una nprevisión alargada". El acierto de- esos pro- nósticos ha aumentado mucho en los últimos años y por ejemplo, desde principios de los ochenta, el Servicio Meteorológico de los Estados Unidos de América obtiene una precisión de más del 65%. los pronósticos a largo plazo abarcan un mes y suelen basarse en uno de dos métodos principales. Uno incluye un análisis de los mapas diarios de los meses anteriores: atiende las presiones y omite todas las complicaciones menores. Una retrospectiva de la evolución atmos- férica en todo el mes anterior proporciona la base de la predicción. El otro método se basa en la hipótesis de la probable repetición de los esquemas meteorológicos anteriores. Se compara la situación exis- tente con otr;is si mil ares habidas en el pasado y basándose en la evolución que tuvo lugar antes, se predice el tiempo que va a haber probablemente. Esta claro que la predicción a largo plazo está en sus comienzos y es bastante menos precisa que los pronósticos plazo. corto El tiempo reinante es la situación meteorológica existente en un momento dado o a corto plazo. En cambio, se suele entender por clima la situación meteorológica media de una región durante un periodo de tiempo prolongado. 51 Atm6tfere de la T ler-ra y et ttM CAPITULO 11 La definición de clima ha dado·pie a·la idea de que aunque el "tiempo" es variable, el clima ~s fijo y predecible. Se .trata de una suposición falsa, porque cualquier'perfodo empleado para calcular promedios climáticos, podrfa resultar anormal. Si comparáramos, por ejemplo, los climas del pasado, comprobaríamos que muchas partes del mundo experimentaron en el periodo de 1931 a 1960 temperaturas medias bastante más altas de las predecibles por la experiencia de cientos de años. Cualquier definición de el ima debe admitir cambios a 1 ar.ge pla- zo. Debemos referirnos por lo tanto al tiempo total reinante en un lugar durante un periodo especifico. Además, cualquier descripción de climas debe incluir no solo los valores medios, sino también lcis extremos, asf como la predecibilidad y frecuencias de determinados rasgos climáticos. Hay varios factores que impiden que las zonas climáticas coinci- dan con franjas de latitud: uno de ellos es la naturaleza del terre- no. Los montes, por ejemplo, influyen mucho en el clima al actuar de barreras contra el viento, y también porque la temperatura baja al aumentar la altitud: unos 6.s·c por cada 1,000 m de aumento de alti- tud. A barlovento de muchos montes predomina la lluvia, mientras que los de :sotavento, escasos en precipitaciones, son más bien secos. Las montañas más altas afectan además al movimiento del aire en la alta tropósfera¡ el viento en chorro del este, por ejempla, se eleva desvía hacia el norte sobre las Montañas Rocallosas de Horteamérica, y vuelve a doblar hacia el sur al oeste de ellas. Corno resultado, el 52 Atmóafer• de la _Tierra y ctlu CAPITULO 11 aire sobre las Rocallosas se mantiene relativamente caliente.a gran altura. Tienen también Importancia la configuración de las ti~rras y su proximidad al mar, pues las grandes extensiones de agua (Incluidos los lagos) suelen moderar el clima: los parajes costeros y las ori- llas de los lagos, suelen tener un clima menos extremoso que la parte central de un continente. Ese efecto moderador del agua se acentúa casi siempre junto al mar, que no solo conserva más el calor de la tierra, sino que además lo conduce. Por ello, las corrientes marinas cálidas y frias desempeñan un papel enorme en la génesis de los cli- mas costeros. El desarrollo de masas de aire marítimas y continentales influye también enormemente en el clima: provocan por ejemplo, los cambios ocasionales que invierten el sentido de los monzones. Los climas monzónicos se acusan al máximo en el sur de Asia, donde el rápido enfriamiento invernal origina masas de alta presión. De esas masas parten los secos alisios del noreste. En primavera, la elevación del Sol hace que el norte de la India se caliente, produciendose un acu- sado sistema de bajas presiones, que succiona a través del ecuador los alisios del sureste, los cuales cambian de dirección, convirtien· dos e en húmedos central isios. Los climas locales son influidos por factores especiales, pro- _. pios de zonas relativamente pequeñas. Un caso de ello es lo que suce· de debido a la acción de distintos vientos regionales. Con el fin de 53 Atll'Ólfera de la Tierra y Cl lme CAPITULO 11 ejemplificar lo anterior, comentamos los dos siguientes casos: El viento de las laderas r.orte de los Alpes, conocido como fohn, sopla cuando los sistemas de baja presión del norte de Europa, succionan vientos del sur. Al descender, el fOhn se calienta, causando aumentos rápidos de temperatura en las regiones a su paso. Un tipo de viento similar al antes descrito, que se presenta en las laderas orientales de las Montañas Rocallosas, y que se conoce como chinook, puede ele- var la temperatura del aire en 2s•c en menos de una hora. Otra influencia climática local es el porcentaje de radiación solar reflejada por la superficie (su albedo). La nieve recién calda, con un albedo próximo al 90%, explica por qué no se derrite a pleno Sol. Los suelos secos y arenosos tienen más albedo que los arcillosos y oscuros. Los bosques son de albedo bajo, pero el bosque inferior suele mantenerse fresco, incluso en dfas ardientes, al ser absorbidos muchos rayos del Sol por los árboles: llegan relativamente pocos rayos hasta el nivel del suelo. Hay también factores climáticos obra del hombre. La contamina- ción de las urbes, por ejemplo, absorbe la luz del Sol, reduciendo el calor que llega al suelo: efecto contrarrestado a su vez por el aire caliente que cubre muchas zonas urbanas. Además la presencia de edi- ficios de distinta altura tiende a reducir la velocidad del viento, pero aumenta a la vez su turbulencia, traducida en ráfagas capricho- sas. Este efecto suele notarse más en las bocacalles flanqueadas por rascacielos. 54 Atlft6afer• de la Tierra y Clima CAPITULO 11 El clima ejerce gran influencia en el suelo y la vegetación, pero las regiones climáticas, igual que las de 'suelo y flora, rara vez tienen limites precisos; generalmente se dan transiciones casi imperceptibles de una a otra. Se han tratado de establecer clasifica- ciones climáticas mundiales, siendo la más empleada la del meteorólo- go germano-ruso Vladimir-Koppen, que entre 1900 y 1936 publicó una serie de clasificaciones de distinta complejidad. Trató sobre todo de relacionar los rasgos climáticos y la flora mediante dos criterios básicos, la temperatura y la precipitación, y clasificó las regiones climáticas según los siguientes cinco grandes tipos: A.-· clima lluvioso tropical, cuya temperatura media en el mes más frlo supera los IB'C. 8.- clima seco, de precipitación media anual inferior a 250 mm. C.- clima templado, de temperatura media entre -3'C y !B'C en el mes más fria, y una media de más de 1o•c en e1 mes más cálido. D.- el ima fria de bosque boreal, de temperatura media en el mes más fria inferior a -3'C, con una media de más de !O'C en el mes más cálido. E.- clima polar, inferior a 1o•c de temperatura media en el mes más cálido. Los límites isotérmicos de KOppen señalaron una serie de zonas situadas entre el trópico y los polos. Posteriormente el meteorólogo, añadió un sexto tipo, H, para incluir las monta~as, porque los climas de alta montaña reflejan las diferentes zonas latitudinales de flora que hay al nivel de mar entre el ecuador y los polos. 55 Atmósfera de la Tierra y Cl111111 CAPITULO 11 la simplista clasificacl~n de K6ppen ~ue"subdlvidi~a seg6n ras- gos especiales de temperatura: y pr,ecipÚa~i~~/Los,pri,mer~.s fueron: a, un verano cálido; b, un verano temphdo . ., e, un verano frfo. d, un invierno frfo h, un clima seco y caliente. k, un clima seco pero frio. Se codificó también la precipitadón: S, la estepa seca. 11, los desiertos. f, lugares de mucha precipitación tod~ el a~o. •, regiones tropicales de acusada estación lluviosa o de monzón. s, lugares de verano cálido y seco. ~. lugares de invierno seco. Csa, por ejemplo, señala un clima templado de verano seco invierno templado, correspondiente al de las regiones mediterráneas. Y AF, indica un clima lluvioso tropical con lluvias todo el año, en oposición al clima Aa, de acusada estación monzónica. La existencia de filones de carbón en la Antártida y de fósiles de dinosaurios en Spitzberg, en plena zona polar ártica, demuestra que los climas han cambiado radicalmente a lo largo de millones de años. Sabemos también que las posiciones de los continentes han cam· 56 Abr6'fera de le Tlerr• y Cl l111a t.APHULO ll blado, y siguen cambiando, debido al movl~lento de las placas de la corteza terrestre. Podemos estar seguras, por ejemplo, de que en el Cretácico {de 65 a 140 millones de años atrás), cuyas pruebas fósiles revelan que en la isla de Oisko (Groenlandia) crecian helechos, hi- gueras y el árbol del pan, esa reglón estuvo mucho más cerca del ecuador que actualmente. Pero esas placas se mueven muy lentamente a un promedio de algo más de un centimetro al año. Por ello la tectónica de placas no puede explicar los avances y repliegues de los grandes heleros del Pleisto- ceno {hace entre 11,000 y 1'800,000 años) ni mucho menos las fluctua- ciones climáticas de los últimos mil años. Se han acumulado pruebas de la frecuencia de los ciclos climáti- cos, alternando periódos cálidos o húmedos y fríos o secos. En el Pleistoceno, por ejemplo, hubo cinca periodos principales en Europa de avance del hielo, separados por las fases interglaciales (o lnter- estadiales). Algunos científicos creen que estamos en una quinta fase interestadial, aunque no pueden predecir la fecha del comienzo del cuarto período glacial. Esas pruebas proceden de varias fuentes, incluyendo muestras de roca extraídas con taladro del fondo del mar. En esas muestras, la abundancia d~ fósiles de ciertos organismos marinos, propios de si- tuaciones cálidas, y escasos en las períodos frios, presenta variaR ciones cíclicas, que indican una variación periódica del clima. La evidencian asimismo los análisis de cortes dul hielo de los heleros, 57 Atmóafera de la Tlerr• y Cl hna CAPllUlO J l muestras del suelo y los anillos de los árboles. Hallazgos recientes revelan que el hemisferio norte tuvo entre los años 900 y 1,300 d C, un clima más caliente que el actual. Cuando los vikingos se establecieron en Groenlandia en el siglo X, se consi- dera que la temperatura media de entonces era de l•c a 4ºC más cálida que la actual. Aquella colonia habia desaparecido a fines del siglo XV, debido acaso al empeoramiento del clima. El periodo de !450 a 1850 suele clasificarse en Europa de "pequeña época glacial". Aunque no hay datos exactos anteriores a la invención de los aparatos meteo- rológicos, hay muchas pruebas de la existencia de esa peque~a época glacial, consistentes en documentos históricos (incluidos records de malas cosechas y pinturas de ríos helados que nunca se hielan ahora) y en análisis mediante computador del recuento de semillas y polen hallados en suelos y sedimentos de esa época. A partir de 1850 el clima mejoró, aunque ultimamente parece haberse enfriado un paca: lo prueba el hecho de que en 1958 el hielo ártico se aproximó hasta el noreste de Islandia, lo que no había ocurrido en 40 años. Sin estar validadas del todo, se han adelantada varias teorias entre las cuales comentamos 1as siguientes: Creen algunas c1entifi- cos, que la causa principal de los cambios del clima, reside en pe- queñas podría tierra. variaciones de la elipticidad de la órbita terrestre, lo que afectar a la intensidad de la radiación solar que llega a la Otros opinan en cambio que unas variaciones mjnimas de la inclinación axial de la Tierra, al provocar cierto desplazamiento de los cinturones climáticos, modtficarian el clima mundial en su cr sa A.t.m&fera de la Tierra y CUme a.PJTULO lt junto. Se sugiere también que las fluctuaciones, a corto y largo plazo, de la actividad solar (por ejemplo, los ciclos de unos 11 años de las manchas solares) pueden afectar ~eriamente al clima mundial. Puede haber también cambios tras periodos prolongados de activi- dad volcánica eruptiva. El polvo volcánico forma un velo en la estra- tósfera que puede reducir la radiación solar que alcanza la superfi- cie, ocasionando cambios meteorológicos. Tras la erupción del Kraka- toa en 1883, por ejemplo, hubo polvo en la atmósfera durante tres años: en ellos, se registró en el sur de Francia un 10% menos de radiación solar. Es preocupante también el hecho de que puedan produ~ cirse cambios climáticos mayores por culpa de la actividad del hom- bre: por ejemplo, la deforestación y la contaminación atmosférica. 59 CAPITULO 111 ,, UARI ABLES A REGI STRFIR 11 ., Vartables a Registrar Medidor de lenperatura VARIABLES A REGISTRAR III.a. Medidor de Ie•peratura CAPITULO 111 La temperatura en un concepto intuitivo, indica cuando un cuerpo está "caliente" o ''fria". Termodinamicamente se relaciona con el calor, también se dice que está relacionada con la energía cinética promedio de las moléculas de un gas ideal. Estadisticamente se ha demostrado que existe relación entre la temperatura y los niveles de energía de los liquidas y sólidos. La temperatura es entonces "el grado de agitación térmica de cualquier e1emento". Existen diferentes métodos utilizados para la medición de la temperatura. Ya que la presión, el volumen, la resistencia eléctrica, los coeficientes de expansión, etc. son variables relacionadas con la temperatura, podemos inferir que los cambios en estas variables pue 4 den usarse para medir temperatura. Las escalas más usuales con las que se mide la temperatura son la Farenheit y la Centigrada. Estas escalas se basan en dividir en partes iguales, el intervalo de temperatura comprendido entre los puntos de congelación y ebullición del agua a la presión atmosférica estándar. la escala Centígrada asigna 100 unidades entre ambos puntos y la Fahrenheit asigna 180. 60 - CAPITULO 141 Lomo =>» Temperatura La medida de temperatura constituye una de las mediciones más comunes e importantes que se pueden efectuar. las limitaciones del sistema de medida quedan definidas en cada tipo de aplicación por la precisión, por la velocidad de captación de la temperatura, por la distancia entre el elemento de medida y el aparato receptor y por el tipo de instrumento indicador, registrador o controlador. Los instrumentos de temperatura utilizan diversos fenómenos que son influidos por la temperatura, a continuación mencionaremos algu- nos de ellos: a) Variaciones en volumen o en estado de los cuerpos (sóli- dos, líquidos o gases). b) Variación de resistencia de un conductor (sondas de resistencia). c) Variación de resistencia de un semiconductor (termisto- res). d) F.E.M. creada en la unión de dos metales distintos (ter- mopares). e) Intensidad de la radiación total emitida por algún cuer- po (pirómetros de radiación). f po Otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cris- tal, etc.). Con base en lo anterior, los instrumentos empleados y que utili- zan los diversos fenómenos, son los siguientes: - Termómetros de vidrio. - Termómetros bimetálicos. - Termómetros de bulbo y capilar rellenos de líquido, gas o vapor. 61 V111"i11bles a Reglinr11r Medfdor de T~ratur11 Pt TULO 11 a edida e peratura stit ye a e s ediciones ás unes portantes e e eden tuar. Las i it ci nes el a e edida edan fi idas da o e li ción or recisión, or l ci ad e tación e peratura, or i t ncia tre l ento e edida l arato eptor or l o e ento i ador, istr dor ntrolador. os entos e peratura til n i ersos enos e n f i os or peratura, ti ación encionare os l u- os e ll s: ) ariaciones l en o e s erpos li- os, i os ases). ) ariación e si t cia e ductor das e i t ncia). e) ariación e si t cia e iconductor isto- s). ) . . . ada ión e s etales i ti tos r· opares). ) t si ad e iación tal itida or l n er- etros e iación). ) tros enos ti os ratorio l cidad el ido as, encia e ancia e ris- l, tc.). on ase terior, s entos pleados e tili- n s i ersos enos, n s ientes: er ómetros e i rio. er ómetros i etálicos. er ómetros e lbo pilar ll os e li ido, as por. CAPITULO 11 : Temperatura - Termopares. - Pirómetros de radiación. - Termómetros de resistencia. - Termistores. - Sensores de temperatura de estado sólido. - Termómetro de Vidrio Bulbo d OT seguridad [ [- Tubo capilar Y L-Tubo de vidrio Bulbo sensor de temperatura Figura 3.1. Termómetro de vídrio. 62 r .. ) '··" Val"hbln • Reghtl"al" Medidor de T~atUl"a er opares. i etros e iación. e ómetros e si t ncia. i stores. ensores e peratura e st do sólido. er ómetro e ldr1o y ¡¡ S..albo e HIUl"id•d ubo il¡¡r ubo e i tio ulbo ntu r • t pu 1ura i ura .1. ómetro e i rio. CAPlTULO 111 aio istrar . CAPITULO 113 Medidor de Temperatura El termómetro de vidrio consta de un depósito de vidrio” que contiene algún fluido, por ejemplo mercurio, y'que“al' calentarse se expande y sube en el tubo capilar. Los márgenes de trabajo de este tipo:de: termómetros, dependerán del fluido empleado, los cuales pueden seri 35 a +80 *0 Mercurdo . o. .0. ceci Mercurio (tubo capilar 1leno de gas) . - -.35 a 14450" Pentano . ... o. . Ss A La 200 a+ 20% AlcohoT o dd ae 5000 Tolueno 70 a 100% - Termómetro Bimetálico oa 7 extreme fijo Figura 3.2. Termómetro bimetálico. 62 VariablH • R~fstr.,· edidor e Jenper1tura PI LO 111 l t ómetro e i rio nsta e pósito e idrio e tiene l n i o, or plo mercu~io, que al· l tarse e ande be l t o pilar. os árgenes e tr ajo e ste ti de t r ómetros, enderán el i o pleado, s ales eden er: ercurio ercurio (t o pilar ll o - e -gú) antano lcohol ol eno er ómetro i etálico - 35 zao·c -- 35 a- +450"C . -zoo a + zo•c • -110 + "C 0 +Joo·c [ - f o fij i ura .2. r ómetro i etalico. 3 V11dables 11 Re'Ollstrar Medidor de Teirperatura CAPITULO 11 t Los termómetros bimetálicos se fundan en el distinto coefi- ciente de dilatación de dos metales diferentes, tales como latón, monel o acero y una aleación de ferroníquel o invar (35.5% de nfquel) laminadas canjuntamante. Dichas láminas pueden se~ rectas a curvas, formando espirales o hélices. Este tipo de termómetros contiene pocas partes móviles, solo la aguja indicadora sujeta al extremo libre de la esp.iral o de.h hélice y el propio elemento bimetálico. El eje y el elemento están sostenidos con cojinetes·y el conjun- ta está construida can precisión para evitar rozamientos. La preci~ sión es de ±1% y su campo de medida de -zoo•c a +5oo•c. - Termómetro de Bulbo y Capilar Los termómetros tipo bulbo consisten esencialmente en un bulbo conectado par un capilar a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia, e1 gas o el liquido en e1 bulbo se expanden y la espi- ral tiende a desenrollarse moviendo 1a aguja sabre la escala para indicar la elevación de la temperatura en el bulbo. •tay cuatro clases de este tipo de termómetros : Clase Clase Il Clase 111 Clase IV Termómetros actuadas por liquido. Termómetros actuados por vapor. Termómetros actuados por gas. Termómetros actuados por mercurio. 64 \lar-tables a Regl5tr4r CAPITULO 111 Hedldor de Te!!pf:ratura Los termómetros actuados por liquido tienen el sistema de medi- ción lleno de líquido y como su dilatación es proporcional a la tem- peratura, la escala de medición resulta uniforme. Los liquidas que se utilizan son: alcohol y éter. El campo de medición de estos Instru- mentos varia entre 150ºC hasta 500ºC, dependiendo del tipo de liquido que se emplee. o- compensac.ién en ic ceja b - compens.oc.icio 1:.!o.I lh.:no c::i;:ii!ar •ca;o} Figura 3_3. Termómetro de bulbo y capilar_ Los termómetros actuados por vapor contienen un liquido volátil y se basan en el principio de presión de vapor. Al subir la tempera- tura aumenta la presión de vapor del liquido. La escala de medición no es uniforme, los pasos de medición van aumentando hacia la parte 65 - - CAPITULO 111 como == Tenperttura Z más alta de la escala. La presión en el .-ststema depende de la: tempe- ratura del bulbo. Los termómetros actuados por gas están completamente lTenos de gas. Al subir la temperatura, la presión de gas aumenta proporcional- mente y por lo tanto estos termómetros tienen escalas lineales. los termómetros actuados por mercurio son similares.a. los termó- metros actuados por líquidos - Termómetro de Resistencia En este tipo de termómetros la medida de temperatura depende de las características de resistencia en función de la temperatura que son propias del elemento de detección. El etemento consiste usualmente en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o de cerámica. El material que forma el conductor se caracteriza por el JTlamado "coeficiente de temperatura de resistencia" que expresa para una temperatura especifica, la variación en ohms de la resistencia del conductor, por cada grado que cambia su temperatura. En la figura 3.4 pueden verse las curvas de resistencia relativa de algunos materiales en función de la temperatura. 56 Variables 11 Rr..,fstrar Hedidor ~ r~rotur• C PIT LO JIJ ás lta e cala. a r sión en l si tema ende e pe- t ra el lbo. os t r ómetros t dos or as están pleta ente l os e as. l bir peratura, r sión e as enta r porcional- ente or to t s r ó etros en alas ales. l s t r ómetros t dos or ercurio s n i ilares a l s t r ó- etros t dos or lí i os. r ómetro e esistencia n ste o e t r ómetros edida e peratura ende e s racterísticas e i t cia ción e peratura e s n r pias el l ento e t cción. l l ento nsiste al ente rr ll iento e ilo uy i o el ductor cuado binado tre pas e aterial aisla~te r t gido n r sti iento e i rio e r ica. l aterial e a l ductor racteriza or l llam o Ncoeficiente e t peratura e i t f N e presa ara a t peratura ecifica, l ri ción s e l r i t cia el nductor, or da r do e bia s t peratura. n l fi ra .4 eden erse l s rvas e r i t cia r l ti a e l nos ateriales .~ f ción e l t peratura. 6 Var-iables a R1i9istrar Medidor de Te!!peratura 200 ~o· "ª CAPITULO 111 eoo• •e Figura 3.4. Curvas de resistencia relativa de algunos metales en función de Ja temperatura. Los materiales que forman el conductor de la resistencia deben poseer las siguientes caracteristicas: l. Alto coeficiente de temperatura de la resistencia, para una mayor sensibilidad del instrumento de medición. 2. Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la resisten- cia, tanto mayor será la variación por grado. 3. Relación lineal resistencia-temperatura. 4. Rigidez y ductilidad, lo que permite realizar los pro· cesas de fabricación de estirado, y enrrollamiento del conductor en las bobina;. de la sonda, a fin de obtener tamaños pequeños. 5. Estabilidad de las caracteristicas durante la vida útil del material. 67 , ..... , Variables • Revlstrar Medidor de Tel!1leratura CAPITULO 111 los materiales que se usan normalmente en las sondas de resis- tencia son el platino y el níquel. El platino es el material más adecuado desde el punto de vista de precisión y de estabilidad pero presenta el inconveniente de su costo. En general la sonda de resistencia de platino tiene una resis- tencia de 100 ohms a o·c. aJ sondo ~ ...... _ bl tubo de protecc1on e) vaina Figura 3.5. Termómetro de resistencia. El níquel es más barato y posee una resistencia más elevada con una mayor variación por grado, sin embargo, tiene como desventaja la falta de linealidad en su relación resistencia-temperatura y las variaciones que experimenta su coeficiente de resistencia según los lotes fabricados. 68 El cobre tiene una- variación de res stencia 2: CAPITULO 511 niforme,-es estable y barato, pero tiene el inconveniente desu baja esistividad. - Termistores : Los ciente de presentan Re si st en ci z es pe ci fi ca o h m . c m 107 — L 107% r - Platino IN A A q07é , 1 1 1 , L J - 100 O 190 200 300 400 Temperatura, "€ Figura 3.6. Curvas caracteristicas de materiales empleados en termistores. termistores son semiconductores electrónicos con un coefi- temperatura de resistencia negativo de valor elevado y que una curva característica lineal tensión-corriente siempre 69 o Variables 11 Ri:glstrar Medidor ~ TeirperatUl"'ll Plf LO 111 l bre e na ri'ación'. de' si. cia .u i e.• es arato, ero ti e l er lstores e 1 o cmpcretur., •e i ura .6. urvas racterísticas e ateriales pleados istores. l s istores n iconductores t nicos n efi- i nte e peratura e i t cia gativo e alor ado ue r sentan na rva racterística li eal t i n-co riente i pre 9 -· varfablH a Registrar Mf'dldor de Tenperatura CAPlTULO 111 que la temperatura se mantenga constante. En la figura 3.6. pueden verse las curvas características de 3 tipos de materiales de termis~ tares en comparación con la del platino. Para obtener una buena estabilidad en los termistores es necesa· ria envejecerlos adecuadamente, tal como se indica en la figura 3.7. Figura 3.7. Gráfica de envejecimiento de materiales emp1eados en termistores. Los termistores son conectados a puentes de Wheatstone o a otros circuitos de medida de resistencia. En intervalos amplios de tempera- tura tienen características no lineales. Como también poseen un alto coeficiente de temperatura, esto se traduce en una mayor sensibilidad que las sondas de resistencia estudiadas y permiten intervalos de medida de 1·c. Son de tamaño pequeño. La distancia entre el termistor y el instrumento de medida puede ser considerable siempre que el elemento posea una alta resistenc· 70 A Medidor de Temperatura “/ CAPÍTULO 111 temperatura. La principal aplicación de Tos, termistores* se: encuentra * cen la compensación de temperatura, como temporizadores y como elementos sensibles en vacuómetros. Figura 3.8. Termistor. - Termopares El termopar se basa en el efecto descubierto por Seebeck; de la circulación de una corriente en un circuito formado por dos metales diferentes cuyas uniones (unión de medida o caliente y unión de refe- 71 Variables a R~f$trar edidor e errperatun APIT LO 1 comparada con la de los cables de unión: La,corriente' que circule ·por ,", .. ·,.: ... :- -:-· ·, ... _·. el circuito a través del termiStor de.be -~ei- p~qÚéna para .asegurar así que la variación de la resistencia sólo.- se ~eba;~j{ :~f}~~;óri de la peratura. a ri cipal li ción e los r i st res. cuentra - n pensación e peratura, o porizadores o entos sibles ómetros. D máx. E máJ: - - . ,TT T-:-T :~J 0 6 m~ 1 . 30 mln J_ mm i ura .8. ermistor. er opares l opar asa l cto scubierto or ebeck; e l ción e a rriente uito ado r os etales i entes yas iones ión e edida li te ión e fe- a ¿ol rencia o friía).se mantienen a distinta temperatura _de calor cuando una corriente circula a través d CÁPLTULO 121 Temperatura : : . (ver Figura 3.9). Esta circulación obedece a-dos efectos termoeléctr cos combinados; el efecto Peltier que provoca la liberación de electrones a través de la unión y el efecto Thomson que consiste en la'' liberación o absorción. un*metal homogéneo en el que existe un gradiente de temperaturas. METAL: A METAL B Figura 3,9. Untén de metales para medida y referencia; termopar. La selección de los alambres para termopares se hace de forma que tengan una resistencia adecuada a la corrosión, a la oxidación, a la reducción y a la cristalización, que desarrollen una f.e.m. rela- tivamente alta, que sean estables, de bajo costo y de baja resisten- cia eléctrica y la relación entre la temperatura y la f.e.m. sea tal que el aumento de esta sea aproximadamente paralelo al aumento de la 72 variables • Registrar Htdldor de t~ratura APl f LO 111 rencia fri ) se antienen isti ta temperatu~a (v~r figura .g . Esta ir l ción edece . os f ctos termoeléctri~os combinados; el f cto Peltier e oca ción e electrones través de ión l f cto son e nsiste n la lib~ración o absorción de calor cuando una corriente circula a través del! u·~--me-t-~1-- -homogéneo e l e iste diente e t peraturas. ETAL ETAL 8 i ura .9. nión e etales ra edida rencia; t r opar. a l ci n e l s l bres ara t opares e ace e f a e t an a si t cia ec ada l rrosión, l i ación, l u ción l i t li ción, e esa rollen a f. . . la- iv ente lta, e an t bles, e ajo sto e aja ist n- ia l trica l l ci n tre l t peratura l f . . . a t l e l ento e ta a i adamente aralelo l ento e Variabln a Registrar Medidor de Tt'f!'PCratura temperatura ver figura 3.10. So VI ~ JD o .:: i 20 " UNION DE REFERENCIA .1. o• e 1SO l.OO 7H 1000 · nso ''°° TEMPERAT\JR~ ºC Figura 3.10. Gráfica para la selección de los alambres para termopares. - Pirómetros de Radiación CAPITUt.O 111 los pirómetros de radiación se fundan en la 1ey de Stefan~Bo1tz 73 “o EAPITULO DEL Temperatura E sn dela anar silica P O R C E N T A J E DE E N E R G I A R A D I A N T E A o ' 1 31-45 6 TO.» LORGIIUD DE OMDA [mMiCRAS) Figura 3.11. Gráfica de la energía radfante de un cuerpo á vartas temperaturas, en función de Ja longitud de- onda, • Variables a Registra; Medidor de T~r11tura CAPITULO 111 mann que establece que la intensidad de la energía rad_ian_te ·emitida - - - por la superficie de un cuerpo, aumenta proporcfon-alm_ente a la-.cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerp·o-, es, de~-it; if .:Kr4; "' % ~ o : 1 1 1 .sl---l-(\-+-1--1-1-1--1--1e-!-I -t-¡t-¡t-t-1 tO} U Dtst •kiu~9" 4t b. •"'t't!Í• 0 ns41an\c. "r1-1i-10 e 10. 1 7S 71), :: i 1 ~¡- ~ 1 1 1 ! 1 i 1 1 ! 1 i c .. •• ...,-,. 1 1 .. ;; ~ ~ ~ "' o "' • i i ura . 1. rafica 1 ergía i nte e n erpo a rias t peraturas, ción e git d e· a. 74 ,-.. " va.-tablH a Registrar CAPITULO l l I Medidor de Tenperatur• En la figura 3.11. se muestra el gráfico de la energía radiante de un cuerpo a varias temperaturas en función de la longitud de onda. Desde el punto de vista de medición de temperaturas, las longitudes de ondas térmicas abarcan desde 0.1 micras para las radiaciones ul- travioletas, hasta 12 micras para las radiaciones infrarrojas. Los pirómetros de radiación miden, la temperatura de un cuerpo a distancia en función a su radiación. Los instrumentos que la miden en función de la radiación luminosa que emite, se denominan pirómetros ópticos de radiación parcial, o pirómetros ópticos y los que la miden captando toda o gran parte de la radiación emitida por el cuerpo, se llaman pirómetros de radiación total. Selección del Tipo de Transductor Hemos hecho mención de los tipos de transductores que son utili- zados para la medición de la temperatura. Ahora procederemos a expli- car la elección del transductor LH35C, que es el transductor de tem- peratura que se utiliza en este proyecto. Su selección se llevó a cabo toman los siguientes factores: 1. Precisión. 2. Rango de temperatura aplicable . . J. Velocidad de respuesta. 4. Linealidad. 5. Costo. 6. Dimensión del dispositivo. 75 Variables a Registrar Medidor de Tenperature CAPITULO 111 Eri '10 q'ue re.specta··a la preci~ión, la fnv_est~gación ef!!c~uad.a, tanto ·en datos técnicos de fabricantes, como basados ·en 1 a bf.bl fogra-· fia co~suÍtad~, se pudo encontrar que las diferentes precisiones que otorgan cada uno de los diferentes 'tipos dé transductores.es la si- guiente: Transduc~or Transductor bimetál ico .......•......••..•.•....••.•••.... . ±1•c. T. de bulbo y capilar ...•.•....•..... -•.•.•.•....•• : ...... ±JºC. T. de resistencia: ••••. con este transductor la precisión varia de ±o.01·c hasta ±o.1·c, esto depende del material con que esté hecha la resistencia. Termi stores •••.•...•.•.............................. . ±O. 005 ·e. Termopares: ...•.••.•... este transductor también tiene un rango de variación en su precisión de ±0.JºC hasta ±3"C dependiendo del material utilizado en la construcción de los alambres por donde circulará la co- rriente para llevar a cabo el efecto Seebeck. Pirómetros de radiación ............................... . ±o.5·c. En la figura 3.12, se muestra una gráfica, en la que se ilustra el rango de temperatura ap7lcab7e para estos dispositivos. En esta gráfica podemos observar que son varios los transducto- res que se pueden utilizar, aunque para el ranga que nosotros ocupa- remos nos bastaria con utilizar el transductor de resistencia el termistor, que son los que abarcarian perfectamente y sin sobrepaso excesivo el rango a medir. 76 Temperatura Cosngeatida del agua Ms E «ML 0 Y an * Ciwtscaapo IE j 2 2firm 1 A h o CAPITULO 111 y Ebuttieida del aque MAA e pi a ma ilu. DUES o A A+ a od had Ba Dd DC rr OM LL a Hogar betis 04 out AUN somos. DL AE Tas, DE PLA Ima VIDA DE Cam, ad ad TULA da 8 PO FUEL UTLITARTE 8 11 tirar, 1 Y Mer. PA TIT PLATO OOO O vino: COURT compa mia A MEN napiacios Bá:ó Cameá | CI a a Rar OU $ A CTI AO — DOMINIO Para bs eat mo A Figura 3.12. Rangos de | 12. sea medición de los diferentes transductores de temperatura. En lo que respecta a la velocidad de respuesta, encontramos que la constante de tiempo de un instrumento, es el tiempo necesario para que rimenta, Es decir, alcance el 63.2% de la variación total de temperatura que si un instrumento cuya sonda o elemento expe- primario pasa de un recinto de 70” a otro de 270*C puede alcanzar el 63.2% de la constante del tiempo de la medida con el Los transductores de bulbo líquido tienen una respuesta muy fluido que los llena; en cambto los de gas y vapor tienen un diferencia 270 - 70 = 200*C en 0.1 segundos, este tiempo será la instrumento. y capilar rellenos de mercurio y de rápida por la incompresibilidad del retardo más pronunciado a causa de la compresibilidad del fluido interno. 77 Variables a Registrar Medidor ~ T~ratura ·--·-¡--·-::::::-:,,, ,.,,.,.,..,:,,.:" __ .. _ . .!.~ -~ ... _.,. __ =- '"'""'"'O(-IULMD(UI IVIM M .. ~ .. _ .......... ... -- ............... .... .... _ M ....... , •• _, _DC .. !il'llloC .. IP\•r.. c:JP\.Cr;eratura Figura 3.13. Diagrama de bloques del medidor de temperatura. CAPITULO 111 Como siguiente etapa intermedia entre el LN35C y el #CU se en- cuentra un circuito sumador, cuyo componente activo es un amplifica- dor operacional Tl074 (ver especificaciones en el apéndice A). A continuación también como etapa intermedia se encuentra el bloque amplificador, que consiste en un arreglo de componentes, basado tam- bién en un amplificador operacional TL074. Después de pasar por tres etapas, la señal es enviada a un mu1tip12xor, donde se hará una se- lección entre la se~al de presión y esta. El habilitamiento del mul- tip1exor se hará por medio del software grabado en el llCU. Después de la selección, la señal pasa al NCU con un nivel apropiado para poder ser manejada por la rutina incluida dentro del programa general, Que se encuentra grabado dentro de la memoria EPRDH del llCU. En la figura 3.14, se muestra el diagrama electrónico que se em- pleó para la implementación de las etapas sensora e intermedias entre el transductor de temperatura y el llCU. Estas etapas ya fueron men 82 Vadebles a Registrar Medidor de Ten-peratura cionadas en la descripción del diagrama de bloques (figura 3.13). Figura 3.14. Diagrama electrdnico de la etapa sensora de temperatura. CAPITULO 111 En el diagrama electrónico se observa la etapa transductora del LH35C con las alimentaciones que sugiere el fabricante para obtener una salida apropiada y para el funcionamiento correcto del transduc- tor. Como siguiente etapa, la del circuito sumador, donde el voltaje que entrega el sensor y que es proporcional a la temperatura ambien- tal, se suma con un nivel de voltaje fijo de +200 mV. Esto se hace con el fin de convertir en positivos los voltajes negativos obtenidos del transductor y que corresponden a temperaturas bajo cero, ya q11e el NCU solo acepta voltajes positivos en el rango de O a 5 V. Esta etapa se diseñó por medio de la adaptación de un circuito sumador básico, cuyo diagrama se muestra en la figura 3.15. Posteriormente se pasa a la etapa amplificadora, en la que se amplifican los voltajes obtenidos de la etapa sumadora, asegurando de tal forma la obtenciór 8) variables a Registrar Medidor de T~ratur• CAPITULO 111 de niveles de voltaje entre O y 5 V a la entrada del HCU. Esta etapa se implementó en base a un circuito amplificador no inversor básico, cuyo diagrama se muestra en la figura 3.16 . .. V..•\.cl.+VE2 "' R3 Figura 3.15. Diagrama de un circuito sumador básico. Dentro del diagrama electrónico se encuentra una etapa sumadora o de offset, la que se implementó en base al circuito sumador básico (figura 3.16) y con la ayuda de su ecuación, se logró la adecuación apropiada para este proyecto. Basados en este circuito sumador, se implementó la etapa sumadora, en la cual, se ª"adió un nivel de 1 V de offset, que elevará el voltaje de O V que es entregado por la etapa sensora y amplificadora y que corresponderla a o·c, pero como el HCU no maneja voltajes negativos y el LN35C cuando sensa tempera- turas negativas, envia voltajes negativos, a razón de 10 mV por cada •e registrado. De esta forma al sumarles a todos los voltajes que lleguen a esta etapa, un offset de V, tendremos un rango de O V 1 V para manejar voltajes negativos y a su vez temperaturas del mismo signo. 84 Variables a Registrar Medidor de Tmperatura CAPITULO 111 la salida entregada por el amplificador operacional de la etapa amplificadora, va a una de las entradas de un multiplexor LH14053, la cual se habilita con un nivel alto (5 volts). la entrada que se habi- 1 ita con un nivel bajo (O volts), es utilizada por el medidor de presión, ya que las partes sensoras de temperatura y presión compar· ten 1 a entrada de convertidor A/D, puerto O entrada PDz. V.• [l•Hf-] Ve Rl Figura 3.16. Circuito amplificador básico en configuración no inversora. Ya una vez multiplexada la señal de temperatura, es llevada a la entrada PDz, que es una de las entradas al convertidor A/O. En la memoria EPROH del HCU se tendrá grabado todo un programa, donde se toma en cuenta lo siguiente: Una vez que es registrada la temperatura en el transductor y agregado el voltaje de offset, además de ser amplificado este voltaje y ser habilitado el multiplexor can 5 volts, que serán enviados por una señal de nivel alto que saldrá del puerto PCr, _la señal entrar2 85 Variables • Registrar Medidor de Tenperatura CAPITULO 111 por el puerto PDz del convertidor A/D, y será iniciada la conversión, lo que se llevará a cabo (toma de lectura y conversión) 10 veces, para después obtener un promedio. El resultado de este promedio será multiplicado por un factor que se obtuvo, para poder determinar el resultado en grados centígrados y ser enviado al display. & •••••••.••••••••••••. ~ .................. ,.~ . ................... ~ .................... ~ 3 ..................... J.§i'.1 ..•....••.••••...• •. ~. C. •.••....•.•.••••..•• A~ ..•••..•..•••.••••• ~. 1 ........................ lii.h ................... ti'. •.. Figura 3.17. Niveles de voltaje en funci6n de la temperatura, para el circuito del medidor de temperatura. Los resultados obtenidos deberán caer en un intervalo de O a 5 volts, los que a su vez equivalen a temperaturas entre -zo·c a +BO"C, de acuerdo a lo que se muestra en la gráfica de la figura 3.17. 86 ! - CAPITULO 112 Medidor de Humedad 111.b. MEDIDOR DE HUMEDAD La humedad es comunmente expresada por alguno de.10s sigujente términos: Humedad Absoluta, es la cantidad de vapor de agua contenida. en ¿una muestra de atre. : E : : z Humedad Relativa, es la relación de la humedad absoluta “a la cantidad de vapor de agua contenida en el aíre bajo condiciones de satu- ración, es decir, a la máxima humedad absoluta posible. Se ex- presa usualmente como un porcentaje y es al respecto la medición o dato más comunmente empleado. El máximo contenido posible de humedad, se incrementa raptdamen- te con la temperatura. El punto de condensación, es la temperatura a la que si una muestra determinada de aire se enfría, su humedad rela- tiva llega a ser 100%, ocurriendo la condensación del contenido de vapor de agua de la muestra. Existen tablas como la mostrada en la figura 3.18, denominadas psicrométricas, que relacionan el punto de condensación, con la humedad relativa y la humedad absoluta. El punto de condensación es obtenido frecuentemente con pequeños aparatos, en los que la muestra de aire es enfriada hasta que se produce la condensación, registrando entonces la temperatura en que esto ocurre, pudiendo emplear para tal propósito dispositivos eléc- tricos o electrónicos para la medición de temperaturas. 87 Variables a Registrar H«Hdor~H~ III. . " I R E " AD PI LO 111 a edad s unmente resada or no lo~ ~iguientes inos: //u•edad bsoluta, s ti ad e por de agua tenida a uestra e ire. //uaedad elativa, s i n e edad soluta a ti ad e por e ua ntenida l íre ajo diciones e tu- ión, s ecir, áxi a edad soluta sible. e - resa al ente o rcentaje s l ecto edición ato ás unmente pleado. l áxi o tenido sible e edad, enta i en- n peratura. l nto e densación, s peratura e i a uestra t inada e ire fria, edad la- a a r , rri do densación el tenido e por e ua e uestra. xisten las o ostrada ra . 8, inadas si ro•étricas, e an l nto e densación, n ed d l ti a edad soluta. l nto e densación s t nido e t ente n ueños aratos, s e uestra e ire s fri da asta e uce densación, i t do t nces peratura e sto cu re, diendo plear ara l r pósito i ositi os l c- s t nicos ara edición e peraturas. ·' Variables 11 Registrar Medidor de Hunedad ------ 0~"5ot:.~~05;gc;::5'5'.~~~ PMO de vapor de agua,,, 1 lb de 111re iteoijr11r.o1 1.--,--,-,--,-¡-r-T"~ o o o o ¡; Figura 3.JB. Ejemplo de tabla psicrométrica. ªª CAPITULO llJ Varios materiales presentan cambios en:sus propiedades :eléctr cas debido a la humedad del medio ambiente en que se encuentran. Este. -]Vama-. tipo de materiales se emplean frecuentemente en-transductores, dos higrómetros, diseñados y calibrados para leer directamente das? humedad relativa. Tipos de Transductores de Humedad Relativa - Higrómetro Resistivo Algunas sustancias quimicas, entre las que se encuentran sales minerales y derivados del petróleo, presentan el comportamiento antes descrito, por lo que se denominan hiígroscópicas. La propiedad eléc- trica que varía en este caso debido a la humedad del medio, es su resistividad. humedad N so «ee incremento en resistencia Figura 3.19. Esquema de un higrómetro resistivo. 89 Variables a ReiJIStrar CAPJTUlO IJJ Hedldclrdc H~ arlos ateriales r sentan bios sus r ledades ctrl- s bido edad el edio biente e cuentran. Este o e ateriales plean e t ente s uctores! na_ma- s M róaetros, dfse~ados l r dos para er directamente l - edad l tiva. i os e r nsductores e uaedad elativa igrómetro esistivo l unas st ncias f icas, tre s e e entran les inerales ri ados el etróleo, resentan l portamiento tes escrito, or e inan igr picas. a piedad l c- i a e ría ste so ebido edad el edio, s si ti i ad. edad ,..______ enta si t cia ______.,. i ura J. 9. s e a e ; r etro sistivo. Lo. E en reso pares. de electrodos, obteniendose para tales dispositivos variaciones en re- sistencia eléctrica en rangos tan amplios" como 10% a 108 ohms, . para cambios de humedad del 100% al 0%, lo cual. causaba én el pasado, que fuera poco práctico emplear un solo elemento para :operar en todo el rango de posibles porcentajes de humedad relativa, En lugar de ello, se empleaban varios elementos, cada uno de ellos con la intención de ser utilizado en un rango determinado, y previendo el empleo de dis- positivos de conmutación. Sin embargo:en la actualidad, debido a- los avances obtenidos en los circuitos electrónicos tanto analógicos como digitales, se cuenta con la posibilidad de aprovechar mejor este tipo de transductores a pesar de la problemática antes mencionada. La resistencia resultante, que es proporcional a: la humedad relativa, se mide por medio de un puente de Wheatstone o de una com- binación de mediciones de corriente y voltaje. Deberá tomarse en cuenta, que no es conveniente que la mayor parte de la circuiteria descrita sea expuesta a condiciones de alta humedad relativa (cercana al 100%), pues la posible condensación resultante podría dañar o causar malfuncionamiento del dispositivo. También deberá preveerse que el equipo tendrá que operar en condicio- nes de temperatura constante o en caso contrario realizar correccio- nes por variación de la temperatura, con lo que se obtienen precisio- nes del orden de 22.5% a +1.5%. Los tiempos de respuesta típicos son de unos cuantos segundos. Este es el tipo más común y usual de higró- metros electrónicos. 90 .., Variables a Registrar Medidor de Huned&d CAPITULO 111 Estas sustancias se emplean para recubrir: alambr~s o ares e l tr dos, t i ndose ara l s ~ispositivos ~ariac1ones- en re- i t cia l ctrica n r gos t n plios= co o ·104 :a 08 s, ara bios e edad el l , al usaba e el sado, e era co ráctico plear lo ento para erar o l go e sibles rcentajes e edad lativa. n ar e llo, e pleaban arios entos, da o e ll s n ción e r ti o go t inado, r i ndo l pleo e is· siti os e utación. in bargo en t alidad, bido s ances tenidos s i uitos el ctr nicos to al gicos o i itales, e enta n sibili ad e r vechar ejor ste o e uctores esar e r ble ática tes encionada. a i t cia ultante, e s r porcional edad l tiva, e ide or edio e ente e heatstone e una - i ación e ediciones e rriente oltaje. eberá arse enta, ue &S veniente e ayor arte e i uitería escrita a puesta ndiciones e lta edad l ti a r ana l 0%), ues sible densación ltante dría fiar usar alf nci namiento el i ositivo. a bién berá r v erse e l uipo t drá e erar ndicio- es e t peratura nstante so ntrario r l izar rre cio- es or ari ción e peratura, n e e ti en recisio- es el r en e ±2. ±J.5%. os ie pos e uesta i os n e os antos undos. ste s l ti q ás ún sual e i ró- etros 1ectr6nicos. .. Varlable-s • Registrar Medidor de Hi..inedltd - Higrómetro Capacitivo CAPITULO 111 Algunos materiales higroscópicos, presentan variaciones en su constante dieléctrica debido a los cambios de humedad del medio am- biente en que se encuentran. Un caso especial de ello es el aire, en el cual la presencia de vapor de agua, cambia la constante dieléctri- ca de esta mezcla. humedad "' "" \. rlQ~ 1--capacltancla ~-1 Figura 3.20. Esquema de un higrómetro capacitivo. En cualquiera de ambos casos (algún material especifico el aire), los cambios son pequeños y la variación en capacitancia es generalmente medida incluyendo a tales elementos como los determina- dores de la frecuencia de un circuito oscilador. Modulando dicha variable dependiente de la humedad, con una frecuencia patrón estable, y midiendo la diferencia entre ambas, se llega a determinar la humedad relativa. El tiempo aproximado de respuesta de un disposi- tivo de este tipo es de segundo. 91 -' Variables 11 Registrar Medidor de Huredad - Refractómetro de Microondas CAPITULO 111 Para efectuar mediciones de alta precisión, se emplean sistemas consistentes en dos cavidades, cada una de ellas acoplada a un osci- lador klystron. Una cavidad contiene aire seco y la otra la mezcla de la que se pretende obtener su humedad relativa. El cambio de la cons- tante dieléctrica, producto del contenido de vapor de agua en la mezcla, hace que varíe la frecuencia de uno de los osciladores. Por medios electrónicos se realiza la medición de la diferencia de las frecuencias producidas por ambos osciladores, y en base a ella se determina la humedad relativa de la muestra. La complejidad de los dispositivos empleados impide el uso de este método, excepto en si- tuaciones muy especiales. - Higrómetro de Oxido de Aluminio Una capa de óxido de aluminio sobre aluminio anodizado, presenta ante variaciones de la humedad ambiente, cambios tanto en su constan- te dieléctrica, como en su resistividad. Aprovechando tales caracte- rísticas de este compuesto, se construyen higrómetros que emplean la base de aluminio como un electrodo, formando otro electrodo al depo- sitar una capa muy delgada de otro metal (generalmente oro}1 sobre el óxido de aluminio. Este delgado electrodo es poroso a la mezcla aire- vapor. Los cambios resultantes en resistividad y capacitancia, llevan a un complejo cambio en la impedancia, el que es medido por medio de un puente o método similar. Los errores obtenidos son menores al 3% y 92 .- V1rlablH 111 Reglatrar Hed 1 dar de Huned.ld CAPITULO IJI los tiempos de respuesta de aproximadamente 10 segundos. Las varia- ciones de impedancia son grandes, pero a menudo solo un elemento sensor es necesario para cubrir el rango de variación de la humedad relativa. Este tipo de higrómetro se esta convirtiendo rapidamente en un componente importante de los sistemas electrónicos relacionados con la medición de humedad. - Higrómetro de Cristal Algunos cristales son higroscópicos y otros pueden ser cubiertos por capas de sustancias de este tipo. los cristales son empleados como elementos determinadores de frecuencia en osciladores electróni- cos. Esta caracterfstica es muy útil cuando se requiere telemetría, pues el rango de frecuencia puede elegirse como la frecuencia de telemetría por emplear. Selección del Transductor a Emplear De entre las clases de transductores descritos, se eligió para el proyecto uno del tipo resistivo; el PCRC-11 HO de Phys-Chemical Research Corporation, debido a su costo relativamente bajo y que cubre el rango total de posibles valores de porcentaje de humedad relativa. Este transductor es un copolimero estireno quimicamente tratado, cuya resistividad en su capa superficial varia con la hume- dad relativa. Debido a que la parte del sensor sensible a la humedae 93 : - Registrar Medidor de Humedad CAPITULO 211 se encuentra en su superficie, se obtienen tiempos de respuesta razo- nablemente cortos (del orden de segundos). TZ “. PHySs-CHEMICAL RESEARCH CORP. PCRC-11HD SENSOR DE HUMEDAD RELATIVA ZII CURVA DE RESPUESTA ESTANDAR VAT RESISTENCIA HUMEDAD RELATIVA a 25”C Y £0 Hz RE SI ST EN CI A EN 0H MS HUMEDAD RELATIVA EN FORCENTAJE Figura 3.21. Variación de la resistencia del transductor de ante Tos cambios de esta variable. humedad relativa, El comportamiento de este dispositivo con respecto a la humedad relativa del medio ambiente en que se encuentra es del tipo 94 logarit- Yarlabll!S a R~istrar edidor dt: Hunedi!ad CAPITULO 1 c entra perficie, btienen e pos e uesta zo- l ente rtos el r en e ndos}. PHYS- HEMICAL ARCH RP. ¡~ ... ~~ RC-1 lHD SOR E EDAD LATIVA -\. CURVA E PUESTA NDAR --\--· -----· --c~c-:--:-RES!STENCIA-HUMEDAD LATIVA @ ª 60 z ... , ·-.-~- .. ·--·~---:· ' . . .. .. . .. . . ?f ;::!..._ ___ -=---.. -.-.-·---. -----:----·-· -··-. _. ·-::=----_-:-· -·-· -·-· ' o·--------- ------------·~--··---~·:; ___ j z :-:-==::::-:-:=: .. ~.~~-- ·-~·----~-- _ __:. ___ :... j w. -··- -- ---.-·- .... -HH+n•---·-- : ... - .. ·-··---- ... --.! ____ ......,. ___________ , ____ _. ___ . ___, ~ 1 • --- .• -·----· ·--·--! u ffi :· ·-:·;~~~:~·~-~:-::-:~-~:--?--~:~~-- § ~~ --=~-. ~~--~~=:.::=- . :.:-· :_·. -~~: ~ .~---.-:-:----· - -.-_--_.:__ -_-_-_----=:-_-_-._·-::.-=· ·=-=··=---_- . ·- . 1. ~-------- ··---·----·------ ........::=~---- ~ ···-- ·-·-. ·- ... ---·--······ -- , .. - ··········•· -----·· ·--· - :~~~;sfF\~;~-~~~ ·-·· . ··- ---·. ·-· . :-. .· -· -·- - . '-1(" IO 20 JO ID 80 " 1~0 EDAD LATIVA tJ P CEtJTAJE i ura . 1. ariación e i t cia el s uctor e edad l tiva, te l s bios e sta riable. l portamiento e ste i ositivo n ecto edad l ti a el edio biente e c entra s el o rit- 4 Variables a Re9f1trar Med ldor de HLme&d CAPITULO T 11 mico, tal como se muestra en la figura 3.21, en donde se puede obser- var que la respuesta del transductor se puede descomponer en una porción recta y otra curva sobre una trama semilogarltmica. El segmento de recta en el rango de valores de humedad relativa de 0% a 28% Y. el .de curva de 28% a 100%, cubriendo cuatro décadas de valor~s de resistencia para el transductor (de 1 Kohm a JO Hohms). Del mismo gráfico, se aprecia que el funcionamiento del trans- ductor con un error del 1% se garantiza dentro del rango de 15% a 90% de valores de humedad relativa. Para el diseño desarrollado, se con~ sidera la respuesta del transductor a valores menores a 15% y mayores a 90% de acuerdo a las porciones de recta y curva antes mencionadas, por lo que deberá tomarse en cuenta una reducción en la precisión del instrumento para tales valores. Sin embargo, tambidn debe notarse que estos valores de humedad relativa se presentan en un bajo porcentaje en la troposfera. Para el caso de la República Mexicana, la experiencia de obser- vaciones realizadas continuamente a lo largo de 10 anos en 46 esta~ ciones meteorológicas de 28 estados (no se incluyeron los estados de México, Morelos, Tabasco y Tlaxcala), llevó a obtener los promedios mensuales de humedad relativa por estación (un total de 552), de los que solamente 3 fueron menores al 15% y ninguno mayor al 90% (ver tabla 3. l) . 95 Variables a Reglnrar Medidor de Hl.ft'ed&d CAPITULO 111 De lo anterior se obtiene, que solo alrededor del 0.6% de los registros promedio para México, estuvieron fuera del rango de humedad relativa garantizada con 1% de ~rror para el transductor elegido; lo que nos da idea del bajo porcentaje esperado de lecturas con menor precisión para esta variable. que se obtendrían con el aparato cuyo diseño se reporta en este trabajo. ESTADO ESTACIOH H E S HETEOROLOGICA FEB HAR ABR HAY CHIH NVO CASAS GDES 13 12 JAL HUEJUCAR 14 humedad relativa entre 15% y 90% TABLA 3.1. Promedios mensuales de humedad relativa menores a 1 J5X y mayores a1 90X. En la hoja de dato~ técnicos elaborada por el fabricante del transductor de humedad relativa elegido (ver apéndice A), adicional- mente a la curva de respuesta estándar, s2 da la ecuación que descri- be de manera aproximada dicho comportamiento, expresada en dos formas distintas: La resistencia del transductor en función de la humedad rela- tiva del medio ambiente. La humedad relativa en función de la resistencia del trans- ductor. En nuestro caso empleamos la segunda de estas formas, para el diseno del algoritmo que utilizaremos para determinar la humedad relativa. 96 .,.;¡ Var-iables a Registra!" Medidor de IM..ned&d Dicha ecuación es: en donde: HR • A/Ln R, + B A • llSO B • -66.7 ... (J .1) R, • impedancia del transductor en ohms HR • humedad relativa en% CAPITULO 111 Como se verá más adelante, es conveniente para nuestros propósi- tos expresar las fórmulas del comportamiento del transductor emplean- do logaritmos decimales en lugar de naturales, por lo que aplicando la igualdad: LnRt • lnl O X l og 10Rt se puede expresar la ecuación 3.1 como HR • (1150/lnl0)/log 10R1 - 66.7 Sin embargo, al efectuar comparaciones de los valores obtenidos por medio de esta ecuación contra los registrados en la gráfica de la curva de respuesta estándar, se obtiene un ajuste muy preciso para valores de humedad relativa del 28% hacia arriba, mientras que por debajo de este valor el ajuste no es tan bueno {ver apéndice B), por lo que se prefirió modelar este rango por medio de una recta sobre la trama semilogaritmica apoyada en los siguientes puntos de intersec- ción: HUMEDAD RELATIVA o % 28 % RESISTENCIA DEL TRANSDUCTOR lxlo 7 ( 10 Mohms) 2xl0 5 (200 kohms) 97 Variables a Re-glurer Medidor de Mufledad CAPI TUlO 111 De lo anterior y de acuerdo al procedimiento seguido en el apén- dice C, para la obtención de la ecuación de la recta que describe el comportamiento del transductor para los valores de 0% a 28% de hume- dad relativa, se determinan las ecuaciones a emplear para los rangos de humedad relativa mencionados, siendo las siguientes: RANGO DE HUMEDAD RELATIVA O r. a 28 % 28 % 100 % ECUACIOH EMPLEADA HR • 28 x (log 1oR,-7)/(log 102-2) HR • (IISO/Lnl0}/log 10R, - 66.7 (3. 2) (3. 3) Como se describe mAs adelante, al tratar sobre el diseño del software para la medición de humedad relativa; por medio de la combi- nación de estas ecuaciones, con la que define el voltaje de salida del circuito externo al HCU para el medidor de humedad relativa (3.17) y la que relaciona este voltaje con el nivel digital obtenido por el convertidor A/D del HCU (3.18), obtendremos las ecuaciones para ambos rangos de humedad relativa (3.21) y (3.23), que nos servi- rán para crear el algoritmo de transformación de niveles digitales en el registro de medida del convertidor A/D al valor de humedad relati- va que deberá mostrarse a través del display. Una consideración importante para el dise~o del circuito que permita la medición de esta variable por medio del transductor selec- cionado. es que a través del sensor no deberán pasar componentes significativas de corriente directa. Por ello el dispositivo deberá ser excitado por una señal de AC sin componente de directa, para evitar migración electroquímica en detrimento de su funcionamiento. 98 or me mr 7 EAPSTULO 114 A . o Diseño del Circuito Externo al HCU Descripción del Diagrama de Bloques El concepto elegido para integrar este transductor al equipo - objeto de este trabajo, es el que se muestra: por medio del “diagrama "de bloques de la figura 3.22. OSCILADOR EMPLIFICADOR RECTIFICADOR BOLANCEADO DC PRECISTON MALIFICADOR OL 0ADA DE to DÉ ONDA pl Lp cu LOGARTTMICO Figura 3.22, Diagrama de bloques del ciírcurto para medición de humedad relativa. El. primer bloque es un oscilador balanceado de onda cuadrada, que producirá una salida muy estable y precisa en sus voltajes extre- mos de 5 Y, con un ciclo de trabajo del 50%, frecuencia de operación aproximada de 60 Hz y baja impedancia de salida. En esta parte del circuito, no es muy importante el control en la frecuencia de salida, sino más bien en Tos niveles de voltaje (que serán la variable eléc- 99 Vedab\e-9 a Regtstrer '4edldor de~ ls fto el ircuito xterno l MCU escripción el i r a e l ques C-' tl 1l l cepto ido ara t rar ste transductor l uipo jeto de ste ajo, s l e uestra or medio el d a a de l ues e ra . 2. OilCil.roOR ~ <:nn:°""' ~ O c:rs:tet.¡ ~O'> Roig y a fin de que la frecuencta de la señal cuadrada no sea muy alta (nivel de voltaje de conmutación en entrada no inversora cercana al voltaje de saturación), se determina que Rio = 10 Ry. De lo antertor se obtienen los siguientes valores posibles, que serán los empleados: Ra = 1 Mohms Ra = 120 ohms Rio = 1.5 Kohms A partir de ellos, se determina el valor de la corriente que deberá proveer la fuente de corriente constante a una temperatura de 25*C. Il - 5/(1.5+0.12) TI = 3 mA y de acuerdo a las especificaciones del fabricante del circuito men- cionado (ver hoja de datos técnicos en el apéndice A), se obtiene el 105 CAPITULO 111Verlables a Registrar Medidor de H~ PI LO o o s oltajes e t r ción ositi o gativo el plifi- or eracional n e adamente ±JO lts, i a vés e s i dos e adamente olt tenida és de nte e rriente t r ción e lts, s i eles áxi os sibles tr da el uidor or nto bién li- a, f n e l edor e !6 lts, or e ara ar argen e ridad, e li ió tener tos ntos a al e da a- r da n oltaje i o i o e ±5 lts. on l i e e rriente e li entación l pocitor a ucho enor e e i ula or l i isor ado or 9 10, e li e 8 > 9+R10 e e encia e rial rada o a uy lta { ivel e ltaje e utación t ada o ersora ana l ltaje e t ración), e t ina e 10 0 9 • e l terior e ti en l s i ientes lores osibles, e rán l s pleados: 8 • Hoh s 9 • 0 s 10 • .5 oh s artir e ll s, e t ina l lor e l rriente e eberá rov er ente e rriente stante a peratura e "C. 1 / . 0.12) 1 • A e erdo s ecifi aciones el ri ante el i uito en- ado er oja e atos icos l éndice ), e tiene l 5 CAPITULO 111 valor de la resistencia ' externa de calibración de la fuente de co- rriente constante (Rudo para cun valor de temperatura de 25*C, por medio de la fórmula:. z : Lee 1227 (microW/*K)XxT(*K)1/Raes y Como En nuestro caso” Ri Ree entonces: ER [227x1003x (273428) 3/3 Ri = 22.5 ohms La manera de colocar dicha fuente de corriente constante en esta “parte del circuito, es sin incluir elementos externos para obtención de coeficiente de temperatura cero. Esto se debe a que se aprovechará el coeficiente de temperatura de +0.337/“C inherente a este dispost- tivo, a fin de compensar el correspondiente coeficiente de temperatu- ra de -0.36%X/*C, presente en el transductor de humedad relativa, con lo que Ja dependencia respecto a la temperatura es reducida en más de un orden, quedando así ampliamente disminuida la falta de precisión térmicamente inducida en la respuesta del sensor de humedad relativa, como componente de error. El valor de -0.03Z/*C así obtenido para el coeficiente de temperatura residual, es despreciable en comparación con la especificación de precisión del sensor de +I%. Debido a esta compensación térmica, la fuente de corriente deberá montarse fisica- mente cercana al transductor de humedad relativa. La frecuencia de oscilación del circuito, se pretende que sea tal, que no se vea afectada por la respuesta en frecuencia de los componentes, por lo que al analizar las hojas de datos para el am- plificador TL074, figuras 6, 7 y 8, se ve que la frecuencia de opera- ción deberá ser menor a 100 KHz, 106 Variables • Registrar Medidor ~ Hunedad PlnJ O 1 alor e i t cia terna e l r ción e nte e - te nstante 11 ), ara alor e peratura e "C, or edio e ula: I.., • [227( i V/"K) T( "K) )/R.,. c o e estro t nces: R11 -· [ 27xI ·3 x +25J J/ 11 • 2.5 s a anera e l car i ha nte e rriente nstante sta arte el i uito, s i cluir entos t rnos ara t nción e eficiente e peratura ro. sto be e r vechará l eficiente e peratura e 0. 3%/ªC erente ste i osi- o, e pensar l r ondiente eficiente e peratu- e .. 36%/•c, r sente l r"ansductor e edad l tiva, n e l endencia ecto peratura s ucida ás e r en, edando sí plia ente i inuida lta e r cisión i ente ucida uesta el sor e edad l tiva, o ponente e rror. l alor e %/•c si t nido ara l eficiente e peratura i ual, s spreciable paración n ecifi ación e r cisión el sor e ±1%. ebido sta pensación ica, nte e rriente berá ontarse a- ente r ana l uctor e edad l tiva. a encia e scil ción el i uito. r t de e a l, e e ea tada or uesta encia e s ponentes, or e l alizar s ojas e atos ara l - li or l 74, ras , , e e encia e era- i n berá r enor 0 Hz. Variables • Registrar Medidor de KUlli!!'dbd CAPITULO 111 Como se contó con la curva de respuesta estándar del transductor para operación a 60 Hz, se determinó que la frecuencia de operación fuera cercana a dicho valor, de donde se obtuvo que e, debería valer 0.013 microF. Empleando el valor comercial menor más cercano de O.OJO mlcroF, se llegó a una frecuencia de operación de 76.3 Hz. - Amplificador de Ganancia Variable. Esta etapa del diseño, está basada en un amplificador operacio- nal (114 TL074) en configuración de inversor. Como es bien sabido, la función de transferencia de este circuito es: V. • (R,/R.) X V, Es importante resaltar el hecho de que la terminal de R~ conec- tada a la entrada inversora del amplificador operacional, se encuen- tra a tierra virtual y si su extremo opueslo recibe una señal balan- ceada en voltaje r~specto a cero, dicha resistencia se encontrará bajo condiciones permanentes de funcionamiento sin componente de directa. Esto ha sido previsto, de manera que en este sitio sea colo- cado el transductor de humedad relativa, consiguiendo así hacerlo operar de acuerdo a las condiciones especificadas por el fabricante. Como se verá al hablar del ültlmo bloque, que es el amplificador 1ogaritmico, es conveniente que los niveles de voltaje empleados como entradas él, se encuentren dentro de un rango de O 10 vo 1 ts. Dicho rango de niveles de voltaje (tanto positivos como negativos), 107 oo o z o - CAPITULO 111 se obtiene desde la salida del bloque que ahora, tratamos y en vista. de que el nivel de voltaje máximo posible a su entrada éside 150 volts, la ganancia de diseño máxima para: de deberá ser: 2 Un problema que se“enfrentó“al diseñar-el: circuito correspon- diente, fue el amplio rango-de: «valores que. adquiere la" resistencia eléctrica del transductor, «de; acuerdo a: la humedad relativa ambiental y por ende, laos bajos valores: de voltaje: de salida que se obtendrían de no provocar Una discontinuidad” en “Ta: función de ganancia de esta parte del circuito. Por conveniencia, se eligió que dicha discontinuidad coincidiera con el punto intermedio entre las secciones de recta y Curva que definen la respuesta del transductor, por lo que se tendrán dos ran- gos de variación de la ganancia de esta parte del circuito, con res- pecto a la humedad relativa. Parte de dicha variación dependerá del valor de una resistencia fija (la de realimentación) para cada uno de los rangos y la otra parte del propio valor de la resistencia eléc- trica del transductor de humedad relativa. La conmutación entre los valores de resistencia fija para cada rango, se realiza por medio de un multiplexor (1/3 4053, U5) de una entrada a dos salidas, el cual es controlado por una señal provenien- te del MCU, lo que puede observarse en el diagrama de la figura 3.25. En la tabla 3.2, se observan los rangos de humedad relativa, los correspondientes a la resistencia eléctrica del transductor para 108 Varlabln e Regiatr1r Medidor de~ CA ITULO 1 ti ne sde li a el l ue e ahora.t os y en ista e e l i el e lt j áxi o sible su . ntrada e de ± lts, nancia e i no áxi a para·él¡ berá se~Z. n l a e frentó· al dlsenar. el ir uito rr s on- i nte, e l plio o; de l res qu~ qúlere i t cia l ctrica el sductor, erdo la edad l ti a biental or de, o j * alores e voltaje e li a e t ndrlan e r vocar una i ritinuidad· n·l ·fu l n e nancia e sta arte el ircuito. or veniencia, li ió e i ha i nti uidad i cidiera n l nto i edio tre l s i nes e cta c rva e fi en uesta el uctor, or e rán s n- os e ri ción e ancia e ta arte el uito, n s- ecto edad l ti a. arte e i ha ri ción enderá el alor e a i t cia j e entación) ara da o e s gos l tra arte el ropio lor e l si cia l c- i a el s uctor e edad l tiva. a utación tre s lores e si cia ra a go, liza or edio e ultiplexor J/ 53, 5) e a t da os l idas, l al s trolado or a al ovenien- el CU, l e ede servarse l i a e i ra . 5. n la .2, servan s gos e edad l ti a, s s ondientes si cia trica el s uctor ra V•rfabtes a Reglstrar- Hedldor de Hl.lned&d CAPJl\JLD 111 medición de tal variable y los valores de la resistencia fija que debe emplearse como realimentación del ampl_ificado·r óperacional, a fin de obtener la ganancia máxima igual a dos, para los valores m!ni- mos de resistencia del transductor por cada rango. vea Figura 3.25. Diagrama del amplificador de ganancia variable empleado para 1a medición de humedad relativa. RANGOS DE HUMEDAD RELATIVA (%) HIN HAX o 28 28 100 RANGOS DE RESISTENCIA DEL TRANSDUCTOR (Kohms) HAX HIN 10,000 200 200 l RESISTENCIA DE REALll1ENTACION (Kohms) 400 2 TABLA 3.2. Resistencia de realimentación de acuerdo a Jos rangos de humedad relativa y valores de resistencia del transductor. De acuerdo a la fórmula de transferencia de la configuración empleada y tal como puede observarse en la tabla 3.2, el valor de la 109 > CAPtTULO 111 del” resistencia fija de realimentación, deberá. ser e doble mínimo de resistencia del” transductor en cada: rango. A: la salida ste bloque, se obtendrá una “forma de onda: cuar Bo vartarán entre +10 volts: como ¿máxi - drada,'* cuyos “valores: mo y .+50:mil : En esta “parte del circufto, se. busca rectificar y filtrar la señal cuadrada que se obtiene a la salida del amplificador de ganan- cia vartable, con el fin de obtener un nivel de voltaje constante, cuyo valor sea proporcional (aún en forma logarítmica), a la humedad relativa del medio ambiente. Debido a la posibilidad de obtener niveles de voltaje muy bajos (hasta de 50 milívolts) a la entrada de este circuito, dicha rectifi- cación deberá ser de precisión, lo que descarta el empleo de rectifi- cación tradicional a base de diodos, pues ello eliminaría los volta- jes por debajo de los de encendido del diodo (aproximadamente 0.7 volts). Además dicha rectificación deberá ser de onda completa, a fin de contar en todo momento, con la señal cuyo nivel de voltaje es pro- porcional a la humedad relativa, y no solamente durante las partes positivas del ciclo de la señal que excita al transductor. Es decir que ambos medios ciclos del voltaje alterno de entrada, deberán transmitirse a la salida, pero convertidos a polaridad positiva y con 110 V•rlables a filegfstnr Medidor de~ PIT LO 111 f t cfa j e li entación, berá r l doble l valor l f o e i t cia el t uctor da rango. A l lida.de .este li>que, se obtendrá .. a o a<. e onda a- rada, yos lores pico a pi ca, ariarán tre ±JO volts o áxl- o ± flivolts c~mci ~lrilmo. __ .._, ··- - T ~:;} '<_.'.,;' ,~_,;' -.' :\ - ::' ~ --:::~·-· =- - - . - - Rl!d:ifrcador de Pr'~chión de Onda completa n esta .Parte del i ufto, e sca tificar r l ñal adrada e ti ne l li a el plificador e nan- ia ariable, n l i e tener i el e ltaje nstante, o alor a r porcional ( n f r a l arít ica), Ta edad l ti a el edio biente. ebido l sibili ad e tener i eles e ltaje uy ajos asta e 0 i1ivolts) Ta tr da e ste i uito, i ha ctifi- ción erá r e recisión. l e escarta l pleo e ctifi- ción t icional ase ae i dos, es ll li f aria l s lta- j s or bajo e l s e e cendido el i do (a r i ada ente . lts). de ás i ha ti i i n berá r e da pleta, i e tar t o omento, n l al yo ivel e ltaje s ro- rcional l edad l tiva, o l ente rante l s artes ositi as el i lo e l se~al e cita l t sductor. s ecir e bos edios i los el ltaje l o e trada, erán s itirse li a, ero vertidos l ri ad ositiva n Vadables a Registrar Medidor de Hl.m':dad CAPl!1JLO 111 la posibilidad de rect1ffcar voltajes del orden_ de los mflfvolts. Finalmente, deberá realizarse un,filirado: para ~~ita~· errores de lectura durante la transición de ·la onda d_e entrada de una otra polaridad. Debfdo a lo anterior, el cfrcufto elegido para formar este blo· que, está disenado en base a los dos amplificadores operacionales UJC y UlD (2 x 114 TL074), combinados con los dos diodos 0 1 y 02 (2 x JH!Jl4), las cinco resistencias R14 a R18 (todas del mfsmo valor) y los dos capacitares C2 y C3 , todo el lo interconectado de la manera que se muestra en el diagrama de la figura 3.26. Rl& .,. vs:z RlO Figura 3.26. R17 RlB 01 """ 02 ¡C2 ¡C3 Diagrama del rectificador de precisión do onda completa. En la figura 3.27, se muestra el funcionamiento cuando el vol· taje de entrada es positivo. El diodo 0 1 conduce, mientras que 02 se encuentra en corte, de manera que ambos amplificadores operacionales 111 CAPITULO 111 A + Elsy 1 Figura 3.27. Funcionamiento del rectificador de precistón con señal de entrada positiva. Como la entrada inversora del amplificador UIC está a tierra virtual, se establece en Ry una corriente J, = V/R, que es la misma que circula a través de Ry5s, por lo que: Vy = Rx 1, Yy = Y, Al no circular corriente sobre Rig, la entrada no inversora del amplificador UID, se encuentra a tierra virtual, al igual que la in- versora y V¿ = 0, por lo que la corriente a través de Ry, es: La» VR que es la misma corriente que circula a través de Raya, de donde; V,=R xl Va = Ve cuando V, > 0 112 V..-·fables a Registrar Medidor de~ · actóan como inversores. C1a+V - r i ura . 7. Funcionamiento 1 ti or e recisión n se~al e t da ositiva. Como la entrada i ersora el plificador I tá PI LO llI ti rra virtual, se establece en 14 a rri nte / 1 - V~R, e s i a e i ula és 15 , or e: 1 • ·R X 1 V1 • -Ve Al no circular corriente s bre 16 , tr da ersora el amplificador UlD. se encuentra a ti rra irt al, l al e - versora y V 2 ... O, por lo q e 1 a rri nte és 17 s: lz • .,IR que es la is a c rriente e i ula és 18, nde: • • R X lz v. • e do e O . Variables a Registrar Medidor de HUll:'d&d CAPlTULO 111 En el caso de que el voltaje de entrada ~ea negativo, el circui- to se comporta de acuerdo al diagiama· de la figura 3.28. Ci~- ¡ Figura 3.28. Vo=-(-C:i )=Ci Funcionamiento del rectificador de precrsron con señal de entrada negativa. En este caso, el diodo 0 2 conduce, mentras que D1 se encuentra en corle. Como la entrada inversora del amplificador UIC, está a tie· rra virtual, la corriente a través de R14 es: pudiendo además establecerse que: l • I 1 + lz Ambas entrádas al amplificador operacional UJO, se encuentran al mismo potencial y debido a que R15 - R17 • R18 , se obtiene: 12 - 21, 113 . - CAPITULO 111 Hedidor de Humedad y por lo: tanto: : a es TI -R ( I A cr Wg Mq 4 Raz X 1, Ya- (1/3) Ve + (1/3) Rx 1 Va = (2/3) Y. y de manera similar, el potencial a través de Rig, es (1/3) Va, por lo que Ys - Ve cuando Ye < 0. El valor de las resistencias, se elige, de manera que la co- rriente que circule sea pequeña, para mantener bajo el consumo de potencia y lograr que estos componentes sean de dimensiones reduci- das. Seleccionando resistencias con capacidad de disipación de poten- cia de 1/4 de watt y conociendo que el máximo valor de voltaje a obtener será de 10 volts, se puede establecer la siguiente desigual- dad: Vx I <= 250 m8 1 <= 250/10 I <= 25 mA Los diodos seleccionados soportan una corriente promedio de 200 mA y el peor de los casos es que circule 2] a través de D,, por lo que no existe problema en cuanto a estos dispositivos. 114 Variables a R.eoghtrer Medidor~~ or ta: l • 3 11 1, • ( 1/3) 12 • (2/3) De lo anterior se obtiene que: V1 • 15 X 11 V1 • 1/3) R X v, • (1/3) v. V2 • V¡ + 17 x 1 V2 • / ) 0 /3) x Vz • (2/3) v. Pll O 1 e anera ilar, l tencial és e ,., s / ) 0 , or e ndo Ve O. l lor e s si t ncias, e li e. e anera e - i nte e i ule a uena, ara antener ajo l o e otencia rar e tos ponentes n e i ensiones uci- as. l i ando i t cias n acidad e i ción e oten· ia e 14 e att ociendo e l áxi a alor e oltaje tener rá e JO lts, e ede t lecer iente esigual· ad: X • 0 W · 0/10 • A os i dos ados ortan a rriente edio e 0 A l eor e s sos s e i ule 1 és e o . ar e o iste proble~a anto tos i ositivos. gistrar CAPITULO 111 Medidor de Humedad A fin de obtener un bajo consumo de potencia, se elige TI = 1mA, de donde R - 10 Kohms. Por último, los capacitores entre la salida de UID y tierra, Ca y Cy, sirven para filtrar las señales de alta y baja frecuencia a la salida del circuito. Se eligieron los valores de 0.] microf para el filtrado de alta frecuencia y JO microfF para el de baja frecuencia. En la figura 3.29, se muestran las formas de onda y la función de transferencia de este bloque. Vo E¡ 1 4 + 0 t o t -1 -1 Figura 3.29. Formas de onda y función de transferencia, para el rectificador de precisión. - Amplificador Logarítmico. La curva de transferencia logarítmica de la unión PN en diodos y transistores, es aprovechada para obtener circuitos, cuya respuesta 115 Variables a R~lstr11r edidor e l.lllC'dad fi e tener ajo o e tencia, e li e 1 • mA, e nde • !O ohms. PI LO 1 or lt o, s pacitares tre li a e J rra, z e,, ir en ara ilt r l s se~ales e lta aja fr encia l li a el i uito. e l i r n s alores e O.J icroF ara l ilt o e lta fr encia J icro ara l e aja fr encia. n ra . 9, uestran s as e da ción e f rencia e ste l que. :b__' :~(\ ' -~-,, _,f\) _,l.-1- T' i ura . 9. or as e da f ción e sf rencia, ara l tifi or e recisión. mplificador ogarít ico. a rva e f rencia arít ica e ión i dos sistores, s r vechada ara tener i uitos, ya uesta Pm em DD CAPETULO 111 sea de este tipo. En la figura 3,30,'se muestra el diagrama del prin- cipio básico de este tipo de cireultos, en él cual se establece. una relación - logarítmica entre el voltaje de salida: y Va: corriente. de entrada, de acuerdo al siguiente análisis. + a | Figura 3.30. Circuito básico del amplificador logarítmico. La corriente de entrada f, es la corriente de colector a través del transistor Q y de acuerdo a la conocida relación entre la co- rriente de colector de un transistor y su voltaje de base a emisor, se tiene que para valores de f, grandes en comparación con la co- rriente de saturación del transistor ly l, = 1, 09 gg/KT y como Vae = "Va 1," 1, e79V,/KT (3.4) además To" VIRe Despejando Y, de (3.4) y sustituyendo el valor de J., obtenemos: ec KT 11, V, = -(KT/9) LAWS (Rex 15)] 116 Verfables a Registrar Medidor de M~ . API ULO ? a e ste o. n ra . , se uestra l i r a del i-in- i io sico e ste o e i cuitos, el éual se st blece a i n arit ica tre l oltaje e li a l · rri nte e trada, e erdo l iente álisis. o v. i ura . 0. ir uito sico el • pliff dor rít ico. a rriente e t da Ie s rriente e l ctor vés el sistor e erdo ocida i n tre - i te e l ctor e sistor ltaje e ase isor, e e ra lores e 1 8 ndes paración - i te e ración el sistor 15 1 •• , eqV .. /k o ae • · . l •• l, ·q ./kT • . . . 4) ás le • .fR. espejando v. e .4) t u do l alor e r •. t e os: ·qV/kT • /1, 0 • -(k /q) n[V.f( , x )] V•rlitbles • Registrar Cl.PITULO 111 Medidor de HUl"Cdad Sin embargo, para nuestra aplicación encontramos el inconvenien- te de la alta dependencia del valor de I 5 respecto a la temperatura ambiente. Debido a ello, se eligió emplear un circuito integrado basado en el principio expuesto, pero en el que se elimina dicha dependencia. Este es un amplificador logarítmico monolltlco, con número comercial ICL8048 y cuyo diagrama puede observarse en la figu- ra 3.31. °"'"""'~'1->-~""f ~-'+---""'i·v 01 x .... Figura 3.31. Diagrama del amplificador logarftmico ICL8048. En este circuito además del voltaje de entrada, se requiere otra entrada, que es una corriente constante de referencia Ir y que será entregada por· una fuente de corriente constante LH234, cuya cor.figu- ración se describe más adelante. 117 Variables a Registrar Mcdtdor de Hurr:dad CAPITULO 111 El circuito integrado de amplificador logaritmico ICL8048, es capaz de manejar una variación de tres décadas de voltajes de entra- da, está totalmente compensado por temperatura y ha sido diseñado para entregar un volt de salida por cada cambio de una década en el voltaje de entrada, considerando un factor de escala igual uno. Para mayor flexibilidad en su uso, el factor de escala, la corriente de referencia y los voltajes de offset, son ajustables desde fuera del circuito, por medio de componentes externos. Analizando el circuito del amplificador logarítmico (figura 3.34), observamos que: 10 • 12> Y6eo, • k17q L.(l,./1 50al VBEOb • kT/q L.( 1,/1\0b) Ya • [R2,/(R6+Rzz) J V, (3. 5) (3 .6) (3. 7) Considerando un voltaje diferencial igual a cero entre las en- tradas inversora y no inversora del amplificador operacional U78 (al igual que en el caso de U7A), se puede establecer la ecuación: ... (3.8) y sustituyendo (3.8) en (3.7) y despejando V,, obtenemos: v, • -[ (R.+Rzz)/Rzz] (V.,Qb - v .. .,.1 sustituyendo (3.5) y (3.6) en (3.9) .•• (3. 9) V,· -(kT/q)[(R 6+Rzz)/R22l [L 0 (l.fl 500 ) - Ln(l,/lsoQ)] V,• -(kT/q)[(R.+R22l/R22J [Ln(l• x lsotflso. X l,)J ... (3.10) Debido a que ambos transistores (Q, y Q0), están construidos en el mismo substrato de silicio, con la misma geometría y se encuentran en condiciones similares de temperatura y operación, sus corrientes inversas de saturación, pueden considerarse iguales, aún ante amplias 118 VerfablH a Jlrgfstral"' Mtdidol"' de HU!ledad ti.PI TUlO 11 J variaciones en la temperatura ambiente, por. lo cual se obtiene de (3.10): v. • - (kT/q)[ (R8+Ri;,)/R;,J. [L.( 1;,11;)] Transformando -de _logar-i tinos' - obtenemos: V, • - ( kT/q)[ (R8+R22)/R22l El circuito integrado ICL8048 presenta la particularidad de estar diseñado de manera que el término ..• (3.12) denominado factor de escala, sea igual a uno cuando R~ • 1 Kohm. De hecho, el fabricante especifica que el circuito puede operar para diversos valores de K, los que se obtienen al variar el valor de R'ZZ. El valor que deberá tener R'Z2. en función del deseado para K, puede obtenerse por medio de la fórmula: Rn • 941/(K-.059) ... (3 .13) (ver datos técnicos del circuito en el apéndfce A). Como en nuestro caso deseamos una variación de 2 volts la salida del circuito por cada d6cada de varfacfón en su voltaje de entrada -ver figura 3.32- (a fin de ocupar casi por completo el rango de valores de voltajes de operacfón -O a 5 volts- del convertidor A/D del llCU), se obtiene a través de la ecuación (3.13) el valor de R'ZZ = 485 oh111s 1 con lo que se podrá expresar v. como: V,• -2 (volt) 109 10(1,/1,) 119 varlabltt • Ae;tstrar- Medfdor de ttunedad y como 10 • V,!R 19 V, • -2 (volt) log 10(V./R 19 !,) CAPITULO II 1 ... (3.14) En vista de que los valores .de Ir y R19 son constantes, se ob· tiene el voltaje de salida en función del logaritmo decimal del vol- taje de entrada. La corriente de referencia máxima para el circuito, de acuerdo a especificaciones del fabricante, es de 2 mA (ver apéndice A), y con el fin de que opere el circuito en el valor medio, se elige: I, • 1 mA De acuerdo con la ecuación (3.14), el mayor voltaje de entrada provocará el menor voltaje de salida. Conociendo que el mayor voltaje de entrada será de 10 volts y seleccionando como menor voltaje de salida O volts, de la misma ecuación (3.14), se obtiene que el producto R19 x I,, deberá ser igual a JO volts y habiendo elegido I, • 1 11A, se obtiene que el valor de R19 deberá ser de 10 Kohms. Sustituyendo estos valores en la ecuación (3.14), obtenemos la función de transferencia para este bloque: V,• -2 log 10 (V,/10) ... (3 .15) Como la variación aproximada que tendremos en los voltajes de entrada será.de 50 mV a 10 V, se obtendrá como rango de voltajes de salida de 4.6 V a O V y el cambio en el voltaje de salida será de 2 volts por cada década de variación en los voltajes de entrada, lo cual se expresa en forma gráfica por medio de la figura 3.32. 120 ES CAPITULO 11! Us 6) Z 5 E 4 EN 3 so nt 2 RU 1 an e A 04 .1 1 10 Ve Figura 3.32. Variación en los voltajes de salida con respecto a Jos de entrada para el amplificador logarítmico. Con el fin de que la respuesta del circuito sea la más cercana posible a la descrita por la ecuación (3.15), es necesario que sean independientes de la variación de la temperatura: a) El valor del factor de escala K (3.12). b) El valor de la resistencia de entrada Rig (3.14). c) El valor de la corriente de referencia I, (3.14). 121 Variables e Registrar Medidor de H~ s 6~~,.-...,-.,.......,..-;-;-,...,,-~--,---,--.¡¡-"1r-IT1~---.---;,..,-;-r-rm 0-1-~-i---i--i--t-+4+i+-~-i---i--i-+-i-++r+-~+--+-+-ir-j-,i-fe4( PI LO 1 .01 0 Ue i ura 3~32. ariación 1 s lt jes e li a ecto l s e t da ara l plificador rit ico. on l e e uesta el uito a l ás na osible escrita or ación . 5), s ecesario e n endientes e ri ción e peratura: ) l alor el tor e cala . 2). ) l alor e i t cia e tr da 19 . 4). ) l alor e rriente e r ncia , . 4). Val"'lables 111 Registrar CAPITULO 111 Medidor de Hln2ditd En cuanto al punto (a), se tiene que (kT/q) L0 JO tiene un valor aproximado de 59 mV a Z5ºC (ver apéndice A), y con el fin de que se obtenga una variación de Z volts de salida por cada década de va- riación en el voltaje de entrada, el término {R0 +RQ)/R,,_, deberá valer 33.9 de acuerdo a la ecuación (3.11). Como Raes una resisten· cia interna, cuyo valor a 2s·c es de 15.95 Kohms, entonces el valor de la resistencia externa RZ2. deberA ser de aproximadamente 485 ohms. Con el objeto de que el factor de escala K se mantenga constante pesar de las variaciones de temperatura, el término (R 0+RQ)/R,,_, debe tener una caracteristica inversamente proporcional a la tempera- tura (J/T), de manera que compense al término lc:T/q. En el ICLB048 esto se obtiene por medio de la resistencia interna R5 , que es del tipo de película metálica delgada, y durante el proceso de fabrica· ción del circuito integrado, ha sido depositada en su interior. Como ya se dijo el valor nominal de esta resistencia a 25"C es de 15.95 Kohms y posee un coeffcfente de temperatura cuidadosamente diseñado, para proveer la compensación necesaria por variaciónes de dicho pará· metro ambiental. De lo hasta ahora dicho respecto al bloque aquí tratado, puede notarse que algunas de las principales ventajas obtenidas de emplear en él al circuito integrado ICLB048, son: las características inherentes de acoplamiento entre los transistores Q. y Qb la presencia de la resistencia interna de película metA- lica delgada R8 ya que ambos hechos permiten simplifican la compensación en tempe- 122 a Medidor de Humedad ratura necesaria en este bloque. Las resistencias Ra y Rio (punto b), son externas y deberán ser del tipo de pelicula metálica de bajo coeficiente de temperatura. Figura 3.33. Fuente de corriente constante con coeficiente de temperatura cero. Respecto al punto (c), se obtiene la no dependencia de las va- riaciones en temperatura para la corriente de referencia J1,, por medio del uso de una fuente de corriente constante, compensada en temperatura. Para este efecto, se emplea un circuito integrado £MN234 (Fuente de corriente ajustable de tres terminales), configurado gra- clas a tres componentes externos -dos resistencias [Ray Y Ra) y un diodo IN457 (0s)-, como Fuente de corriente constante con coeficiente de temperatura cero, (ver figura 3.33). Por medio de este circuito se 123 CAPITULO 111Vnrfables a Regfatrar "ediOOf'de~ t ra ecesaria ste l ue. CAPrruLo 11 l s f t cias zz 19 nto b), n externas berán r el o e elí ula etálica e ajo eficfente e te peratura . .... 03 i ura . 3. uente e rrfente nstante n eficiente e peratura ro. especto l nto ), ti ne endencia e s a- i nes peratura ra rriente e encia Ir, or edio el so e a ente e rriente stante, pensada t peratura. ara te f cto, e plea i uito i do Llt 4 f nte e rriente j stable e s inales). fi rado ra- i s es ponentes t rnos os si cias ( 20 y 21 ) i do J 457 3)·, o f nte e rr;ente nstante n eficiente e peratura ro, er ra . 3). or edio e ste uito 3 Variables a Re;lstrer "edldof' de Hulll:dad CAPITULO lll obtendrá (sin importar las variaciones en temperatura), una corriente constante de 1 mA, que se emplear~ como entrada a la terminal 16 del amplificador logarítmico ICLB048. A continuación se obtienen los valores de las resistencias R,,. y R~, que se emplearán asociadas al LN234, de acuerdo a las recomenda- ciones del fabricante (ver apéndice A). R~ 1 = 10 R20 Ir = 2 IRzo . • . (3.16) y como deseamos que Ir - l •A, entonces IR2!J • 0.5 •A. De los datos técnicos para el LHZ34, tenemos que a 25"C y como y de (3.16) V020 • 64 mV Rzo • V,zo/1020 R20 - .064/Sxlo·• R20 • 128 ohms R21 - l. 28 K Esta configuración del circuito integrado LHZ34, actúa como fuente de corriente constante con coeficiente de te•peratura cero, gracias la dependencia de la corriente que circula a través del diodo con respecto a la te:~peratura y que se observa en la ecuación de corriente del diodo De acuerdo a ello, dicha dependencia es inversamente proporcio- nal la temperatura, lo cual compensa la variación directamente proporcional a la temperatura en la corriente de salida del LHZ34. 124 - CAPITULO 1311 roms. — Humedad AY igual que para la fuente de corriente del generador de onda cuadrada, deberá calibrarse el valor de la reststencia de ajuste R2g, para obtener la corriente de salida deseada. Respecto a los efectos térmicos, es necesaria la cercanía física entre la fuente de corriente y el diodo de compensación, a fin de que este proceso se efectúe de una manera adecuada. De igual forma, la resistencia de ajuste R2g, deberá encontrarse fisicamente cercana a la fuente de corriente, evitando colocarla en sockets, debido a que los niveles de voltaje que determinan la co- rriente de operación, son menores a 100 mV, por lo que habrán de evitarse los efectos de aumento y/o variación de resistencia en las uniones de este componente. Volviendo al circuito integrado ICL8048, es importante señalar que deberán ser ajustados los voltajes de offset de los amplificado- res operacionales internos (U7ZA y U7B), al igual que la resistencia Raz, que determina el factor de escala a emplear. Habrá que señalar al respecto, que un amplificador logarítmico, a diferencia de un amplificador operacional normal, no puede ser ajustado en su offset con solo aterrizar sus entradas (esto se debe a que el logaritmo de cero tiende a menos infinito); al reducir la corriente de entrada a cero, se priva a Q, de corriente de colector, abriendose la malla de realimentación alrededor de UZA. 125 Variables a Registrar Medidor de H~ PI LO l al e ara nte de co riente el erador da adrada, berá li rarse l alor e i t cia j ste zo. ara tener rri nte li a seada. especto s ctos icos, s cesaria r anía i a tre nte e rri nte l i o e pensación, e ste ceso ctúe e a anera cuada. e al a, i t cia e j ste 20, berá contrarse sica ente r ana nte e rriente, i do l carla ckets, bido e s i eles ltaje e t inan - te e eración, n enores 0 V, or e brán e it rse s ctos e ento /o ri ción i t cia s i nes e ste ponente. olviendo l uito r do 8048, s portante alar e erán r t os s ltajes ffset s plificado- s eracionales os l l ), l al e i t cia zz., e t ina l tor ala plear. •tabrá e ílalar l ecto, e plificador arít ico, i r ncia e plificador eracional r al, ede r t o ffset n lo t rrizar s tr das sto be e l ri o e ro e enos fi ito); l ucir rri nte e tr da ro, ri a . e rri nte lector, ri dose alla entación dor l . Vat"fabln a Reglatrar Medidor de Ml.6T'l:dad CAPIT\JLO 111 En vez de esto, es necesario ajustar el voltaje de offset en cero, para cada uno de los amplificadores operacionales (UlA' y UlB) por separado y después de ello ajustar el factor de escala. Figura 3.34. Circuito definitivo para el amplificador 1ogaritmico. 126 ·• Variables a Registrar l'lledldor de H~ CAPl~LO 111 En la figura 3.34, se observa el diagrama electrónico correspon- diente al bloque aqui descrito, con todos los elementos que contendrá y a él se hace referencia en la siguiente descripción acerca de los ajustes de offset y factor de escala. 1) Se deberá conectar durante el ajuste una resistencia de 10 Kohms entre las terminales Z y 7 del ICLB048 (obte- ntendo un amplificador inversor con ganancia uno). Sin voltaje de entrada alguno, se ajusta R23 hasta que 1 a sal ida de UTA (terminal 7), sea O volts. Una vez hecho lo anterior, se retira la resistencia de JO Kohms colo- cada temporalmente. 2) Se hace que el voltaje de entrada sea igual a JO volts, fin de obtener una corriente de entrada le• 1 mA, igual a la de referencia Ir y se ajusta R24 , de manera que se obtengan O volts como salida de U78 {terminal 10). 3) Se hace que el voltaje de entrada sea igual a 100 mV, obteniendo una corriente de entrada de 10 microA, mien- tras que la corriente de referencia continúa siendo 1 mA (2 décadas mayor). Se ajusta R22 para obtener un voltaje de salida de 4 volts, consiguiendo asi un factor de escala de Z volts/década. 127 Variable. e Reglatrar Medidor di! Hl..ITledad Circuito Total para el Medidor de Humedad Figura 3.35. Circuito electrónico total para el medidor de humedad. 128 CAPITULO 111 CAPITULO FIL. Medidor de Humedad Del análisis antes efectuado respecto al amplificador logarítmi- o - .€6, se tiene que el voltaje Y, a su salida, que es el de salida del circuito externo al MCU, puede expresarse como: Y, = -2 Togip(V,/10) pero como Vo = (RÍA) x5 se obtiene Y 2 TOg0(R ER)... (3.17) que es la función de transferencia para el circuito externo “al MCU dedicado a la medición de la humedad relativa. Us (volts) 3 4 YN Mo a 106 26 30 3480 56 66 T6 806 90 1009 Humedad Relativa (%) Figura 3.36. Respuesta del circuito medidor de humedad ante Jos cambios de esta veriable. 129 Variables a Registrar Medidor~ H~ CAPITULO 111 el álisis tes t ado ecto l plificador arít i- co, e e l oltaje v. li a, e s l e li a el i uito t rno l NCU, ede resarse o: pero como se tiene V, • -2 log 10{ ,,llO) . • { ,/R,) 5 V, • -2 lo 10{R,/2 ,) ... . 7) e s la ción e f rencia ara l i uito t l NCU icado edición e edad l ti a. s ~<-~-i-~_.;...~--+~--+~--+~--i~""'-' 0 0 0 0 4 0 0 70 0 0 edad elativa ) i ura . 6. espuesta el i uito edidor e edad te l s bios e sta ariable. 0 CAPITULO 111 En la figura 3.35, se muestra el circuito electrónico completo para el medidor de humedad y en la figura 3.36, en base a la ecuación (3.17) y a los valores de R, (el correspondiente a cada rango), — la respuesta del voltaje de salida de dicho circuito ante las variacio- nes de la humedad relativa del medio ambiente. Bases para el Diseño del Software Como el convertidor A/D del WCUÚ es de ocho bits, el nivel de voltaje que entra a él (de O a 5 volts), será convertido en uno de 256 niveles (de 0 a 255), equivaliendo cada nivel a 5/255 de volt. Expresando el nivel digital M obtenido dentro del MCU en función del voltaje de entrada al mismo (que es el de salida Y, del circuito externo al MCU), obtenemos: N «= int(V,/5/255) N = int(V, x 51) y despejando Y,: Y, = N/51 ... (3.18) De la ecuación de transferencia para el circuito externo al NCU (3.17), se puede obtener: Y, = -2 (l0gy0[R,/2) - 109192) y despejando logyk; 1083 10R, = V/2 + log0(R,/2) 130 Variables a Registrar Medidor de H~ PI LO 1 n ra . 5, e uestra l i uito nico pleto ara l edidor e edad ra . 6, ase ación . 7) s alores e , l r ondiente da go), uesta el oltaje e li a e i ho i uito te s ariacio- es e edad l ti a el edio biente. ases ara l iseño el ft are o o l nvertidor /O el li U s e ho its, l i el e l taje e tra l e lts), rá nvertido o e 5 i eles e O 55), uivali ndo da i el / 55 e olt. xpresando l i el igital N tenido entro el N U ción el ltaje e t ada l is o e s l e li a v. el i uito t rno l NCU), t e os: s ejando v.: • J / 55) • t , X 1) V, - /51 .18) Oe ación e sferencia ara l i uito t rno l MCU . 7), e ede tener: V,• o 10 (R,/2) log 10R,) s ejando 7 1aR, Vedables • Registrar Medidor de Huredtd sustituyendo V, de (3.18) 1og 10R, - (N/102) + 1og10 (R,/2) 0% a 28% de Humedad Relativa CAPITULO 111 (3.19) Dentro de este rango, el valor de R, es de 400 kohms, que susti- tuyendolo junto con el obtenido para 1ag1oR, de la ecuación (3.19), en la ecuación (3.2); que es la empleada para obtener el valor de la humedad relativa dentro del rango aqui tratado, obtenemos: HR = 28 x ((N/102) + log 102xlO' - 7)/(log 102 - 2) que puede reducirse a HR - 28 - 0.16157424982 x N ... (3. 20) transformando los valores constantes de esta última ecuación a bina- rios y hexadecimales, obtenemos: DECI11AL BINARIO HEXADECIHAL error decimal 28 0.16157424982 1,1100 lC.00 O 0.0010,1001 00.29 0.0014179 por lo que al expresar (3.20) en forma hexadecimal obtenemos: HR,6 = 1c.oo,. - 00.29,6 x N16 . . . (3. 21) que es la ecuación utilizada, para el dise~o del algoritmo empleado en la obtención del valor de la humedad relativa, cuando este se encuentre entre 0% y 28%. 131 ' - - CAPITULO 111 om=o==. -- Mumeded 28% a 100% de Humedad Relatíva Para este rango, el valor de R, es de 2 kohms. Sustituyendo- tal valor y el de Jog,jpR, obtenido de (3.19), en la ecuación (3.3); que es la utilizada para determinar el valor de la humedad relativa dentro del rango de valores que ahora tratamos, obtenemos: HR = ((2150/L,10)/((N/102) + logip1x103)) - 66.7 ecuación que al desarrollarse evitando numeros mayores a 255 (no representables con 8 bits), obtenemos: HR = 166.47955139/(((N/6)+51)/51) - 66.7 ..» (3.22) Transformando Jas constantes a sistemas binario y hexadecimal, obtenemos: DECIMAL BINARIO HEXADECIMAL error : decimal 6 110. 06.00 0 51 11,0011. 33,00 0 66.7 100,0010.1011,0010 42.B2 0.00469 166.47955139 1010,0110.0111,1010 A6.7A 0.00299 Por lo que podemos expresar (3.22) en forma hexadecimal como: HRys Z AG.TAs/ (((Nr¿/616)+33 143/3316) - 42.B27 ... (3.23) que es la ecuación empleada en el algoritmo para determinar humedades relativas cuyo valor se encuentre entre 28% y 100%. Es conveniente aclarar que al desarrollar el software correspon- diente a esta etapa, fue necesario considerar un translape de los rangos de humedad relativa para los que se emplearon las 'ecuaciones 132 Varlabl- • RIP91&t,.•,. Medido,. de H~ e u edad elativa PI LO ? ara ste go, l alor e r s e hms. ustit yendo l alor l e l g1r/I, tenido e . 9), ación .3); e s ti da ara t r inar l alor e edad l ti a entro el go e lores e ora os, t e os: R JJSO/ nlO)/(( /102) 10 xJO')) 6.7 ación e l esa rollarse i do eras ayores r sentables n its), t e os: 5 o R • . 9 5139/( (N/6)+51)/Sl) 6.7 .. . 2) r sf ando l s stantes i t as i ario adecimal, t e os: I AL I RIO DECI AL ror ci al !JO. .00 o SI , 0 1. .00 o . 7 , 10. 011,0010 . 2 . 469 . 55139 IOIO,OIJO.OJll,JOJO 6. o 02 9 or e e os resar . 2) a adeci al o: 16 = 6.7 1.f((( 1,/ 16) 33 6 )/ 3 16 ) .6 16 .. . 23) e s ación pleada l l ri o ara t inar edades l ti as yo lor e cuentre tre 0 . s veniente l rar e l esa rollar l are respon· i nte sta pa, e ecesario si erar slape e s gos e edad l tiva ara s e e plearon s · ciones J verfables • Regl•tr•I" CAPITULO J IJ Medidor de H~ (3.21) y (3.23), a fin de evitar cambios constantes entre las subru- tinas, cuando la humedad relativa a medir se encontrase en el valor Intermedio considerado (28%). Por ello los rangos de aplicación de las ecuaciones mencionadas se redefinieron de acuerdo a la conven1en- c!a de utilizar las ecuaciones en función de los niveles digitales registrados a la salida del convertidor AID del NCU, quedando defini- da tal situación de la siguiente forma: RANGO DE HUHEDAD RELATIVA O %a 27.8% 25.1% a 100 % SERAL DE CONTROL DEL HCU VALOR DE R, (Kohms) 400 2 RANGO DE NIVELES CONV. A/D 173 a l 249 a O Quedando un translape de casi 3% en humedad relativa, correspon- diente a 17 ó 16 niveles dentro del convertidor A/O. 133 Vadablff o Re-glatrar- Hcdidor- de Pr-eclpltacfón JJJ.c. Medidor de Precipltaclón Pluvial CAPI JULO 111 La . precipitación pluvial, es el resultado de un estado de con- densación avanzado. Es definida como el depósito de la humedad con- densada en el aire, sobre la superficie de la Tierra en forma de: granizo, lluvia, aguanieve nieve. En cualquiera de estas formas, este fenómeno es precedido de una gran condensación, usualmente a una milla o más de altura sobre la Tierra. La energfa involucrada en producir la caída de lluvia sobre la tierra es muy grande. El promedio de precipitación sobre toda la Tierra es de alrededor de 33 pulgadas al año. La cantidad de trabajo involucrada en la elevación de tanta agua a mil 1 a de altura es verdaderamente grande. La masa de agua que cae durante un aguacero llega a alcanzar billones de toneladas y en toda la Tierra el prome- dio de precipitación es de alrededor de 50 millones de toneladas por segundo. La tasa de evaporación realmente es tremenda. Por cada tonelada de agua que cae como lluvia o en cualquier otra forma de precipita- ción, una tonelada de agua debe ser evaporada en algún momento y lugar. Este proceso ha ocurrido a través de los siglos y continúa en forma irregular, para en algunas ocasiones beneficiar y en otras dañar al género humano. 134 ,., Verlebles • Registrar Hedldor de Preelpltacl6n Origen de la Lluvia CAPITULO lit Las partículas de precipitación; gotas de lluvia, granizo o copos de nieve, no son transportados a grandes distancias por el viento, sino que caen sobre la Tierra en cuanto se forman. Si usual- mente toda la humedad sobre cualquier área dada de la Tierra se con- densara y precipitara, esto no produciría más de una pulgada de llu- via. La saturación completa nunca es alcanzada y a lo sumo una peque- ~ª cantidad de humedad es tomada del aire cuando se condensa en llu- vta. Por lo tatlto, cuando cae la lluvia en cualquier cantidad sobre una región, la precipitación, o al menos la humedad, es tomada nece- sariamente de alguna de las regiones colindantes y precipitada sobre dicha área. El aire vendrá dejando parte de su humedad usualmente en corrientes ascendentes, misma que es extraída posteriormente. Una tormenta de lluvia se convierte en una especie de molino extractor de hu•edad. La precipitación incluye toda el agud que cae de la atmósfera la superficie de la Tierra y ocurre o se presenta en la variedad de formas ya mencionadas en el capitulo anterior. Formación de Gotas de Agua Cuando empieza la condensación de la humedad del aire, pequeñas gotas de agua se forman alrededor de microscópicas particulas de polvo y tan pronto como existen grandes cantidades toman la forma de 135 V•rlables a Registrar Hedtdor de Precfpltac:i6n CAPITULO 111 una nube. Estas gotas de agua tienen una densidad mayor que la del aire y por lo tanto una tendencia a asentarse, pero como son demasia- do pequeñas permanecen en suspensión debido a la viscocidad del aire. La clase de condensación que es favorable para la formación de lluvia ocurre en corrientes ascendentes de aire húmedo; en estas el grado de saturación necesario para formar gotas condensadas es sufi- ciente. Las gotas codensada~ son también arrastradas por el viento hacia arriba y hacia abajo, o las deja suspendidas de nuevo. Las gotas del mismo tamafto, permanecen en el mismo nivel, pero cuando son arrastradas por el viento pueden ocurrir colisiones con otras de diferente tamaño,. entonces las pequefias caen hasta el nivel de otras gotas, fusionandose con ellas para formar gotas de mayor tamaño. Las colisiones se repiten ocasionando cambios de posición. Estos procesos pueden continuar hasta que las gotas tienen un tamafto tan grande que ya no pueden ser sostenidas por las corrientes de aire y caen la Tierra en forma de lluvia. Medición de la Precipitación Pluvial Los instrumentos usados en la medición de la cantidad de preci- pitación pluvial se denominan pluvfó,.etros o pluvi6grafos, lo que de- pende de la forma de registro de la medición. El pluviómetro (de pluvio lluvia y metro medida), es el instru- mento que nos sirve para medir la cantidad de precipitación expresada 136 Vad•bles a Re.gfatrar Hedldor de Precipitación CAPITIJLO 111 como la altura de agua de lluvia colectada en un recipiente, en una unidad de tiempo predeterminada. Un pluviógrafo (de pluvio lluvia y grafos registro), es el lns· trumento que registra la cantidad de lluvia, en base a la altura del agua colectada en un recipiente, pero además tiene un mecanismo que le permite llevar un registro gráfico de la cantidad de lluvia medida en una unidad de tiempo. La forma más simple de un medidor de lluvia es la de una vasija cilíndrica, colocada en campo abierto, para que colecte libremente Ta lluvia que cae dentro de ella. la profundidad del agua en la vasija es Igual a la cantidad de lluvia caída. La cantidad de Ta precipitación se expresa como Ta altura en milfmetros (o en pulgadas) que cae sobre una superficie plana. Esta cantidad puede medirse como la altura del agua depositada en un reci- piente abierto de paredes verticales. A continuación se hace una pequeña reseña de los p1uvidmetros y p1uvi6grafos que se utilizan más comunmente con el propósito de medir la cantidad de precipitación pluvial en un área determinada. 137 CAPITULO 531 A Medidor de Precipitación Tipos de Pluviómetros - Pluviómetro Cilíndrico Es la forma más antigua de un medidor de lluvia que se ha usado por siglos. Tiene el inconveniente de que la profundidad del agua no puede ser medida en forma exacta, especialmente en el caso de lluvias ligeras. Esta dificultad puede ser remediada midiendo el agua por su peso o volumen y calculando entonces la profundidad para la cual esta puede cubrir un área igual al área de exposición. Fígura 3.37. Pluviómetro cilíndrico. Una mejora al tubo cilíndrico es efectuada haciendo que la aber- tura del área de recolección sea varias veces más grande que la medi- 138 variables• A~l•trar P'ledldor e recfptt c:l6n ipos e l i etros l i et"o ilf drico PI LO 111 s a ás ti ua e edidor e ia e a s do or los. iene l veniente e e r f ndidad el ua ede r edida a acta, ci l ente l so e ias ras. sta i i ltad ede r ediada idiendo l ua or eso l en l l do t nces r f ndidad ara al sta ede brir rea al l rea e posición. i ura . 7. l vi etro i i rfco. na ejora l o i rico s t ada ci ndo e er- ra el ea e olección a ria3 eces ás nde e edi- ·.·• Variables a Registrar CAPITULO 111 Medidor da Preclpltoci6n da del área de la sección transversal del tubo. Un medidor de lluvia de este tipo se muestra en la figura 3.37. Este tipo de pluviómetro fue originalmente usado por •l Centro Meteorológico de los Estados Unidos, con una abertura de colección de 8 pulgadas de diámetro y JO veces mayor al área del tubo en la base, la cual es conectada a un pequeno embudo y una abertura para prevenir la evaporación. La profundidad del agua en el tubo es medida con una pequena escala en la cual las unidades de profundidad son 10 veces la longitud de las unidades de medida normal, 1 pulgada marcada en la escala tiene JO pulgadas de longitud. En esta forma puede medirse facilmente la lluvia en un rango de 0.01 pulgadas. Cerca del tope del tubo de medida se coloca una abertura para permitir que el agua des· bordada dentro del cilindro exterior por la lluvia excesiva, pueda también ser medida. - Pluviómetro Estándar El pluviómetro o medidor estándar que ha sido utilizado durante mucho tiempo, figura 3.38. consiste en un embudo de 8 pulgadas de diámetro que descarga a un tubo de 2.53 pulgadas de diámetro. El área del tubo interior es de 0.1 del área total del embudo, y una regla escala graduada en pulgadas y décimos de pulgada puede utilizarse para medir la precipitación con una aproximación de 0.01 de pulgada. Una precipitación mayor a las 2 pulgadas desborda el tubo interior y se recoge en un depósito especial. Al quitar el embudo y el tubo lJ9 Variables a Registrar CAPITULO 111 Hedfdor de Precipitación interior del pluviómetro, el depósito que recibe los desbordamientos y mide 8 pulgadas de diámetro puede utilizarse también para recoger otras formas de precipitación como nieve, que como se derrite puede ser medida en el tubo interior. Los pluviómetros de diámetros más peque~os del mismo estilo, se utilizan y son aprovechables para la medición de las nevadas. ; i 1 Figura 3.38. Pluviómetro estándar. - Pluviómetro de Almacenamiento Los grandes p1uvi6metros de almacenamiento se utilizan en áreas lejanas y remotas para colectar y almacenar la precipitación corres- pondiente a periodos de 30 dias o más. Si se espera que se presenten nevadas, se coloca una carga inicial de salmuera de cloruro de calcio en el depósito para derretir la nieve y evitar la congelación del 140 Var-lables a Re,..tstrar Medidor de Precfpltac:l6n CAPITULO 111 liquido en el pluviómetro. Además se utiliza una delgada capa de aceite para evitar la evaporación en el depósito, entre cada lectura u observac 1 ón. Figura 3.39. P1uv;ómetro de a1macenamiento. Uno de los principales problemas en este tipo de captadores es el que se presenta cuando los vientos forman corrientes de aire alre- dedor de los pluviómetros y usualmente ocasionan que los depósitos recojan menos precipitación que la que deben registrar. La baja velo- cidad de los copos de nieve hace este efecto aún más marcado en el caso de las nevadas. La deficiencia que se presenta en la recolección puede variar entre 0% y 50% o más, dependiendo de la velocidad del viento y la situación del terreno. Para evitar esta irregularidad se utiliza una cubierta Alter, que consiste en una serie de hojas metá- 1 icas unidas alrededor de un anillo circular cerca de la parte supe- rior del depósito y atadas por una cadena en el fondo. Los extremo~ 141 V•rl•bles a lleglatrar Medidor de Precipitación CAPI JULO 111 de las hojas están aproximadamente a 5 cm arriba del tope del depósi- to. La construcción o instalación flexible tiene por objeto permitir que el viento mueva las hojas y reduzca la acumulación de nieve sobre la cubierta. - Pluviógrafo de Autoregistro Los pluvidgrafos de autoregistro, se usan para determinar la cantidad de lluvia durante periodos cortos de tiempo. :" brázo de pluma ,..,receptor Figura 3.40. Pluviómetro de autoregistro. 142 Variables a Regtst.ror Medidor de Precipheción CAPITULO 111 El tipo mAs común de los pluv;ógrafos es el llamado gravimé- trico, en el cual un depósito va apoyado por un resorte o palanca de balanceo. El movimiento del depósito es transmitido a una pluma que registra o traza una grAfica, a medida que aumenta el peso del agua contenida en el depósito, sobre una hoja impulsada por una maquinaria de relojería. La construcción sólida del pluvfógrafo gravfmétrico y su capacidad para registrar también las nevadas lo hacen preferible para muchos propósitos. - Pluviógrafo de Depósito de Volteo Figura 3.41. Pluv;ógrafo de depósito de volteo. Consiste en un par de depósitos unidos a un embudo de modo que cuando uno de ellos reciba 0.01 pulgadas (0.254 mm) de precipitación, se voltee descargando su contenido al otro haciendole que quede bajo 143 Var-labln a Reglatrar Medidor de Preelpltacf6n CAPITULO 111 el embudo nuevamente. Un mecanismo de registro indica el tiempo que pasa entre cada volteo. El p1uviógrafo de volteo se adapta bien a la medida de la intensidad de lluvia en periodos cortos de tiempo (ver figura 3.41). - Pluvlógrafo de Flotador E Figura 3.42. P1uviógrafo de flotador. 144 V11rlebles 11 Reglstrer Medidor de Prrclpltaclón CAPITULO 111 En este aparato, el agua que entra por el aro superior de un depósito, pasa por un pequeño conducto a un depósito que tiene un flotador conectado a un eje o varilla. Al caer el agua el flotador sube, al mismo tiempo que el eje o varilla, que en el extremo lleva fijada una palanca pequena con una pluma en el extremo. Esta pluma sirve para registrar en una banda, la cantidad de agua que cae. Cuan- do el agua llega a JO mi1imetros se vacfa a un recipiente de cristal acoplado al depósito, que desaloja el agua del aparato. El flotador baja inmediatamente, quedando el aparato listo para seguir registran- do a partir de cero. De esta forma cada vez que el agua sube hasta el limite, representa JO milimetros de precipitación. Este instrumento proporciona información acerca de la modalidad del meteóro de referencia: hora en que comienza, momento de mayor intensidad, intervalos en que cesa, duración en horas y minutos, etc. Cuando no llueve la pluma va dejando un trazo de tinta sobre la linea de cero. - Pluviógrafo "Fernández de Castro• Este aparato está formado por una caja protectora de forma ci- líndrica que mide 117 cm de altura y 30 cm de diámetro. En la parte frontal tiene una puerta de gran tamaño que permite tener acceso al mecanismo de registro, y una puerta de menor tamano en el lado dere- cho que da entrada al mecanismo de relojerfa. 145 Varfables a Regf•trar" CAPITULO 111 Medidor" de p,.ecfpltacl6n Figura 3.43. P1uvi6grafo "Fernandez de Castro". En la parte alta de la caja existe un embudo captador.de lluvia, cuya boca de forma biselada mide 226 mm de diámetro. A la entrada del 146 Variables a Rcgiurar Medidor de Pr.cipl teclón CAPITULO 111 tubo de descarga de este embudo captador se encuentra un tapón de bronce, provisto de ranuras longitudinales, que sirven para evitar el paso de basuras al aparato registrador. La parte interior de la caja cuenta con dos divisiones de hierro fundido. dentro de la segunda de estas divisiones se encuentra el aparato registrador, que está formado por un depósito en forma de cilindro vertical, que descansa sobre una base con rieles. Dicho depósito recibe por medio de un pequeno embudo la lluvia que envia el embudo captador. Por el otro lado del depósito se tiene soldado un sifón de descarga. En la parte alta del depósito, hay una tapa de enchufe que tiene fija sobre si una columna y una chumacera, las que sirven de guia la barra del flotador, que se encuentra dentro del mismo depósito. Un pequeño carro que lleva un estilete y la pluma registradora, se en- cuentra fijo a la misma barra del flotador. Al llegar la lluvia al depósito produce una elevación del flotador y de la pluma. Cuando la lluvia llega a 10 mm, vence con su peso el equilibrio del depósito, haciéndolo inclinar hacia adelante, llenando con este movimiento el sifón, con lo que el depósito queda en el nivel O correspondiente en el diagrama. Cuando pierde peso el depósito regresa a su posición original por acción de los contrapesos. El ciclo se repite cada vez que se alcanza el nivel de agua establecido. La superficie interior del depósito es 8 veces menor que la boca del embudo captador, por consiguiente una capa de lluvia de 1 mm 147 V1trf1tbln • Reghtrar Medidor de Precfpltaclón CAPITULO 111 sobre el embudo, produce una elevación en el nivel del depósito Igual a 8 mm, lo cual permite medir la lluvia con una aproximación de déci- mas de mi1fmetro. - Radar de Microondas Con posterioridad al desarrollo del radar en la Segunda Guerra Mundial, se encontró que el radar de microondas (de Ja 20 cm de longitud de onda), indicarla la presencia de lluvia dentro del área que cubre en su rastreo. La cantidad de energia registrada depende del tamaño de las gotas de lluvia y de la distancia al transmisor. El tama~o de las gotas se correlaciona toscamente con la intensidad de la lluvia y la imagen sobre la pantalla del radar (mapa de isoecos) puede interpretarse como una indicación aproximada de la intensidad de la lluvia. También puede hacerse una calibración con medidas rea- les o efectivas hechas en p1uvi6metros, en el área que cubre el ras- treo del radar. Este ofrece un medio para obtener información sobre la distribución de la lluvia, que solo seria toscamente definida mediante el uso de la red convencional de p1uvi6metros. Selección del Transductor para el Medidor de Precipitación Pluvial Como se puede observar en las descripciones anteriores, los plu- viómetros más comunmcnte usados dan como resultado una medición más o menos exacta y en forma manual o semimanual, de la cantidad de preci- 148 ··' V11rfables a ReghHrar Medidor de Prcclpltacl6n CAPITULO 111 pitacidn registrada con cada uno de ellos. Solo en algunos casos se tiene como resultado una indicación gráfica de los registros. Como una respuesta a las necesidades expresadas en el proyecto de la estación meteorológica portátil, se ha diseñado un pluviómetro, que como se verá más adelante, se encuentra basado en los principios fundamentales de medición que se han venido usando en los medidores de precipitación a través del tiempo. La diferencia radical reside en el hecho de que este operará basado en el principio de la presión ejercida por una columna de agua de altura h sobre un transductor de presión diferencial. Pluviómetro de Presión Diferencial Para conocer la cantidad de precipitación sobre un área determi· nada a un bajo costo se desarrolló este medidor, con el que se puede conocer la cantidad de lluvia promedio por minuto. Descripción del Dispositivo El agua colectada por un cono receptor a de 1,000 cm 3 , escurre a un recipiente cil lndrico b de 350 mm. En el fondo de este recipiente se encuentra un sensor de presión diferencial e cuya se~al de salida es proporcional a la altura del agua acumulada. Un circuito electró- nico controla la apertura y cierre de la válvulas e y f, como se 149 V11rlabln • Reglst1"11r Medidor de Precipitación muestra en la figura 3.44. B A = CONO RECEPTOR B C TRANSDUCTOR DE PRESION DIFERENCIAL D E VALVULA DE ENTRADA F CAPITULO IU TUBO COLECTOR VALVULA DE SALIDA CONDUCTO DE EVACUACION Figura 3.44. Pluviómetro de presión diferencial. 150 gistrer CAPITULO 111 Hedidor de Precipitación En el curso de la fase de llenado que dura 60 segundos, la vál- vula e está cerrada mientras que f está abierta, a continuación viene la fase de vaciado con una duración de 12 segundos, durante la cual ambas válvulas están abtertas, esperando la señal de cierre para iniciar otra medición. Para poder captar las intensidades excepcionales de agua mante- niendo al mismo tiempo una buena sensibilidad en la determinación de las intensidades medias y débiles (hasta 80 mm/h), el recipiente donde se acumula el agua recogida está compuesto por dos cilindros superpuestos de 30 y 45 mm de diámetro respectivamente. Se puede asi alcanzar ¡intensidades máximas a 4 am/min (240 mm/h) con un tubo que no excede de 40 cm. . Transductor de Presión Diferencial El medidor de presión diferencial consiste en un diafragma en contacto con el 1fquido del tubo, que mide la presión hidrostática en un punto en el fondo del tubo. Esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese punto y a su peso específico, es decir: Po=- Ht en donde: P = presión H == altura del líquido sobre el instrumento t = peso específico del líquido. 151 Variables a A~htrar PIJ O 111 Medidor e recipitación n l rso e se e e o e ra undos, ál- ula stá rr da ientras e stá ierta, ti ación i ne se e ciado n a ración e undos, rante al bas l ulas t n iertas, ndo l ílal e re ra i i r tra edición. ara der tar s si ades epcionales e a ante- i do l is o e po a ena si ili ad t inación e s si ades edias ébiles asta 0 m/h), l i iente nde ula l a gida tá puesto or os i ros erpuestos e 0 e i etro cti ente. e ede sí nzar inten es áxi as mm/min 0 m/h) n o e o cede e 0 . ransductor e resión iferencial l edidor e r sión i r ncial nsiste a ntacto n l lí i o el o, e ide r sión i rostática nto l o el o. sta r sión s r porcional l ra el i o se nto eso ecífico, s ecir: nde: • t - r sión •alt ra el li i o bre l i tru ento •pe ecífico el li ido. Varl•bln a Regi1tr11r Medidor de> Preclplt:ec:i6n CAPITULO 111 En el caso del agua, su peso especffico t es igual a uno, por lo que la presión es igual a la altur·a de la columna de agua. El diafragma forma parte de un transmisor neumático o electróni- co de presión diferencial semejante a los transmisores de caudal de diafragma. El transductor de presión diferencial elegido, es el llPX2050DP de la marca Motorola y que tiene las siguientes caracterlsticas: Rango de presión diferencial de O a 7.51 psi - Voltaje de operación V, - JO Vdc - Corriente de operación I 0 • 6mAdc - Sensibilidad de dV/dP - 0.8 mV/kPa Para mayor información, referirse al apéndice A, en el cual se encuentran las hojas de datos técnicos, que provee el fabricante. Principios de Operación de las Válvulas de Solenoide Una válvula de solenoide es una combinación de dos partes fun- cionales básicas: a) Un solenoide (electro-magnético) con su núcleo. b) El cuP.rpo de una válvula con uno o varios orificios. El flujo a través del orificio, es permitido o impedi.do por la acción del núcleo, cuando el solenoide es energizado o desenergizado. 152 Variables a Registrar Medidor de Precfpftacf6n CAPITULO 111 La válvula empleada en el presente diseño, es marca ASC Red- Hat, y tiene el solenoide montado directamente en el cuerpo de la válvula. El nllcleo se encuentra dentro de un tubo sellado, lamado tubo del núcleo y dentro de este tiene movimiento libre, por lo que forma un paquete compacto y fácil de instalar. Se utiliza una válvula de acción directa. En este tipo d válvu- las, el núcleo del solenoide abre o cierra el orificio en fo di- recta, dependiendo si está o no energizado, pudiendo opera O psi, hasta su máxima escala de presión. desde La fuerza necesaria para abrir la válvula es proporci nal al tamano del orificio y a la presión del liquido. Se utilizará una válvula de dos vías, de construcción no ma1men- te abierta. ·Esto significa que cuando el solenoide es energiz do, la válvula cerrará el paso del agua de lluvia colectada en el c no del p1uvi6metro. El tiempo de respuesta para una válvula del tipo que he os se- leccionado, según especificaciones del fatlricante, es de 5 a O mi1i- segundos. La válvula seleccionada es de propósito general, con i po de operación normalmente abierta, cuerpo de acero inoxidable y d·afragma resistente a líquidos y gases corrosivos. 153 ·., .. : V•dabl• •Registre,. Mdldor de Precipitación CAPITULO 111 El circuito de control de apertura y cierre de válvulas se muestra en la figura 3.45. T- Ll ,.,,, : 1 + ~§t r+i--::.' Figura 3.45. Circuito controlador de válvulas. 154 Variables a Registrar Medidor de Preclpltec:l6n HCU CUCTOR f'l:DICl"ON Figura 3.45. Diagrama de bloques para el medidor de precipitación pluvial. CAPITULO 111 El tamaño del tubo es de 3/4 de pulgada, con un orificio de 518 de pulgada y con una presión diferencial máxima de operación de 125 psi. Para mayor información técnica. referirse al apéndice A, en donde se encuentran las respectivas hojas de características técni~ cas. Los diagramas de bloques y del circuito electrónico, se muestran en las figuras 3.46 y 3.47 respectivamente. 155 V•l"i•blH • Registre,. Hedido,. de Prectpttecl6n "'""''"'" Figura 3.47. Diagrama de1 circuito electrónico para el medidor de precipitación pluvial. l.56 CAPITULO 111 variable-s a Registrar Medidor de Pres Ión lll.d. Medidor de Presión CAPITULO 111 La presión se representa como una fuerza por unidad de área. Como tal, tiene las mismas unidades de esfuerzo y, en sentido gene- ral, puede considerarse como un tipo de esfuerzo. La presi6n absoluta se refiere al valor absoluto de la fuerza por unidad de área ejercida en la pared que contiene a un fluido. La presión aano•étrica repre- senta la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosféri- ca local. El vacio representa la cantidad en que la presión atmosfé- rica excede a la presión absoluta. De estas definiciones se ve que la presión absoluta no puede ser negativa y que el vacío no puede ser mayor que la presión atmosférica local. Vale la pena mencionar que la presión local del fluido puede depender de muchas variables; eleva· ción, velocidad del flujo, densidad de flujo y temperatura, son pará· metros de importancia frecuente. Por lo general, Pn el sistema inglés de unidades la presión se expresa en libras/pulgada' absoluta (psia). la pres Ión manométrica utiliza las mismas unidades y se designa con el slmbolo psig. La unidad estándar del sistema internacfonal (SI) para la presión es el newton por metro cuadrado (N/m'-) o pascal (Pa). la presfón se expresa con frecuencia en términos de la altura de una columna de fluido (por ejemplo mercurio), la cual soporta, a una temperatura de 2o·c. A la presión atmosférica estándar esa altura es de 160 mm de mercurio que tiene una densidad de 13.5951 g/cm3 • 157 Ln o CAPITULO 111 Medidor de Presión Algunas unidades de presión y sus equivalencias son las siguien- tes: 1 atmósfera (atm) -» 14.696 Vibras/pulgada? absoluta = 1.01325 x 10"” N/m* (Pa 2,116 1b-fza/pie? (1bf/Ft?) 1 N/m = 1 Pa 1 atm » 760 milímetros de mercurio (mm Hg) l bar = 107% N/m? (100 kPa) l microbar = 1 dina/cm? = 2.089 Tb-fza/pie? (0.1 Pa) 1 mm Hg += 1,333.22 microbar 133.322 N/m? (133.3 Pa) l micrómetro = 10" m? de mercurio 103 mm de mercurio (mm Hg) 0.133,322 N/m? (0.133 Pa) 1 torr = 1 mm Hg 1 pulgada de mercurio = 70.73 1b-fza/pie? 1 1b/pulgada? = 6,894.76 N/m? (6.894 kPa) La presión de fluido resulta de un intercambio de la cantidad de movimiento entre las moléculas del fluido y la pared del recipiente que Yo contiene; pero el intercambio total de la cantidad de movi- miento depende de la cantidad de moléculas que chocan con la pared por unidad de tiempo y de la velocidad promedio de las moléculas. La presión estática, es decir, en estado estacionario, no es difícil de medir con buena exactitud; sin embargo, las mediciones dinámicas son mucho más engañosas, debido a que están muy influidas por las características del fluido que se estudia, así como por la 158 V.arlables • Reo;lstrar M~ldor e resión PI LO 1 lgunas i ades e r sión s uivalencias an s ien- s: ósfera ) • . 96 libras¡pul~ada 2 soluta 325 X 0· / a) • , 16 l a/pie2 l f/ft2 ) / 2 • a • 0 ili etras e ercurio g) ar • -> / 2 00 a) icrabar • i a/c ' • . 89 l a/pie2 O.! a) g • , 3.22 icrabar • 3.3 2 / 2 { 33.3 a) icró etro • ·• 2 e ercurio • ·3 e ercurio g) • . 3, 22 / 2 . 3 a) r • g l ada e ercurio .73 l a/pie 2 l l ada2 • , 4.76 / 2 . 4 a) a r sión e i o sulta e bio e • ti ad e ovimiento tre s oléculas el i o ared el i iente e l tiene¡ ero l bio tal e ti ad e ovi- iento ende e ti ad e oléculas e can n red ar i ad e ie po e l cidad edio e s oléculas. a resión t tica, s ecir, o i nario, o s ifícil e edir n ena actit d; i bargo, s ediciones i icas ucho ás ganosas, bido e t n uy i as or s racterísticas el i o e t dia, si o or variable. a Revl•tnr Medidor de Pre.Ión CAPITULO lll construcción del dispositivo de medición. En muchos casos, un Instru- mento de presión que da resultados muy exactos para una medición estática puede no dar Indicaciones satisfactorias al realizar las mediciones dinámicas. La respuesta transitoria de los instrumentos de medición de presiones depende de dos factores: 1) la respuesta del elemento transductor que detecta la pre- sión. 2) la respuesta del fluido que transmite la presión y la tube- rfa y conexiones, etc. Por lo general este último factor determina la respuesta global de frecuencia de un sistema de medición de presión y, finalmente, la calibración directa debe descansar en el establecimiento de esta respuesta. Dispositivos para Hedlc16n de Presiones Los dispositivos mecánicos ofrecen los medios más sencillos para medir presiones. En este tema se examinan los principios de algunos de los arreglos más Importantes. El manómetro para fluidos es un dispositivo muy usado para la medición de las presiones de estos en condiciones de estado estacio- narlo. Considérese primero el manómetro de tubo en U mostrado en la figura 3.46. La diferencia de presión entre el valor desconocido p y 159 Variables a Registrar Medidor de Presión CAPITULO 111 la atmósfera, se establece como una función de la altura diferen- cial h. Figura 3.48. Han6metro de tubo en U. Debe observarse que la distancia h se mide en forma paralela la fuerza grav1tacional y que el diferencial de presión p - Pa• se mide en el lugar indicado por la linea punteada. Si la localización de la fuente de presión está a una elevación diferente de este punto, hay un error apreciable en la determinación de la presión, dependien- do de la densidad del fluido transmisor. Un manómetro del tipo de pozo opera en la misma forma que el manómetro de tubo en U, excepto que la construcción es como se mues- traen la figura 3.49. 160 • \larlebles 11 Registrar CAPITULO 111 Medidor de Presión Por lo común, el manómetro del tipo de pozo se llena a un nivel de diferencial cero de presión, y entonces se mide el desplazamiento de la columna pequeña desde este nivel cero. p j r:.¡ ¡ ¡-· L~,, Figura 3.4g. Manómetro tipo de pozo . Los manómetros pueden inclinarse a fin de alargar la escala mejorar la legibilidad; por otra parte, pueden emplearse mirillas de vidrio óptico especiales y escalas Vernier, para proporcionar una localización e indicación más exactas de la altura del fluido en el manómetro, que las que pueden obtenerse a simple vista. Cuando el fluido en el manómetro es mercurio, pueden usarse captores de reluc- tancia variable para detectar con exactitud la altura del fluido. Los flotadores de metal especiales también tienen dicha característica con fluidos menos densos no conductores. 161 V11r"111blH 11 Registrar Medidor de Pres Ión CAPITULO 111 Cuando se arregla un manómetro de1 tipo de pozo, como en la figura 3.50, por lo común se le llama barómetro. La parte superior de la columna contiene vapor saturado de mercurio a la temperatura lo- cal. Esta presión de saturación es despreciable en comparación con la presión atmosférica. El pozo se expone a la presión atmosférica, la altura h es, por lo tanto, una medición de la presión atmosférica absoluta. Cuando pa • 14.696 psia (1 at•}, la altura de una columna de mercurio a 2o·c es 760 mm. Figuro 3.50. Manómetro usado como barómetro. La columna tiene una escala graduada fija en posición, la cual requiere que el instrumento se ponga a O para cada lectura, debido que el nivel del pozo puede variar con la altura del mercurio en la columna. La puesta a O se realiza mediante un tornillo de ajuste que coloca el nivel del pozo en una posición de referencia. 162 Variables a Re-¡lltrar Medidor de Presión Hanómetro de Presión de Tubo Bourdon CAPITULO 111 Los manómetros con tubo Bourdon, tienen una amplia gama de apli- caciones en mediciones baratas y consistentes.de la presión estática. Se fabrican en muchos tamaños (diámetros de 1 a 6 pulgadas) y exacti- tudes. figura 3.51. Esquema de un manómetro con tubo Bourdon. La figura 3. 51, muestra la construcción de un manómetro con tubo Bourdon que por lo general es un tuba con sección transversal elípti- ca de configuración en forma de C. Cuando la presión se aplica al interior del tubo, resulta una deformación elástica, que, idealmente, es proporcional a la presión. El grado de linealidad depende de la calidad del manómetro. El extremo del tubo se conecta a un eslabona 163 Val"'lables a Registrar CAPITULO 111 Medidor de Presión miento cargado con resorte, el cual amplifica el desplazamiento y lo transforma en una rotación angular de la manecilla o aguja. El esla- bonamiento se construye de modo que el mecanismo pueda ajustarse para linealidad óptima e histérisis mínima, lo mismo que para compensar el desgaste que puede ocurrir en un periodo determinado. Hanómetros de Diafragma y Fuelle Los manómetros de diafragma y fuelle representan tipos similares de dispositivos con deformación el~stica, útiles para muchas aplica- ciones de mediciones de presión. Considérese el diafragma plano suje- to a la presión diferencial p1 - p., como muestra la figura 3.52. El diafragma tiene una deflexión de acuerdo con este diferencial de presión y la deflexión es detectada por un transductor de desplaza- miento apropiado. Figura 3.52. Manómetro de diafragma. 164 VarfablH a Reogistrar Medidor de PrHf6n CAPITULO 111 La figura 3.53, muestra el esquema de un manómetro de fue11es. La fuerza de un diferencial de presión causa un desplazamiento de los fuelles, el cual puede convertirse en una seftal eléctrica· o pasar por una amplificación mecánica que le permite mostrar la salida en una carátula indicadora. Oeosplazamie-nto d• 'º' foelles Figura 3.53. Manómetro de fuelles. Por lo general, el manómetro de fuelles no es adecuado para medir presiones transitorias, debido al movimiento relativo más gran- de y a la masa involucrada. El manómetro de diafragma, por otra par- te, puede ser bastante rigido, aunque en él ocurren desplazamientos más bien pequeños y es adecuado para las mediciones de presión de alta frecuencia. 165 Yedobles 1 Registrar Medidor de Pre-s ión Medición de Bajas Presiones CAPITULO 111 El propósito de este análisis es hacer un comentario sobre los tipos principales de instrumentos de vacío y describir los principios físicos con que operan. Para mediciones de vacfo moderado, pueden emplearse los manóme- tros de tubo Bourdon y diversos manómetros de diafragma. Sin embargo, esta sección se ocupa de la medición de presiones bajas que no son accesibles a los manómetros convencionales de manera usual. En este sentido, el principal interés se centra en presiones absolutas meno- res de 1 torr ( 1 mm Hg, 133 Pa). Hanómetro Helead Este es un manómctrD de merc;uriv mudi ficado, que se construye como se muestra en la figura 3.54. El dispositivo móvil se baja, hasta que la columna de mercurio baje de la abertura O¡ entonces, el bulbo 8 y el tubo capilar C, quedan a la misma presión que la fuente de vacio p. El depósito se eleva subsecuentemente, hasta que el mer- curio llene el bulbo y se eleve por el tubo capilar a un punto donde el nivel en el capilar de referencia se local iza en el punto cero. Los manómetros Helead comerciales, tienen el capilar calibrado en micrómetros. 166 V11rl11blH 11 Registrar Medidor de Presión J Ale-.~cioddvaao,P Figura 3.54. Han6metro Helead. Manómetro de Plranl de Conductividad Térmica. CAPITULO 111 A bajas presiones, la conductividad térmica efectiva de los gases disminuye. El manómetro Pirani es un dispositivo que mide la presión mediante el cambio de conductancia térmica del gas. El manó- metro se construye como muestra la figura 3.55. Se coloca un filamen- to calentado eléctricamente en el interior del espacio vacio; la pérdida del calor del filamento depende de la conductividad térmica del gas y de la temperatura del filamento. Mientras más baja es la presión, más baja es la conductividad térmica y, por lo tanto, más alta la temperatura del filamento para determinada entrada de energía 167 registrar . CAPITULO 1 Hedidor de Presión eléctrica. La temperatura del filamento puede medirse con un termo- par; pero en el manómetro Ptirani la medición se efectúa mediante la variación de resistencia del material del filamento (tungsteno, pla- tino, etc.). La medición de la resistencia puede realizarse con un circuito puente apropiado. Al circuito puente o Al espacio del vacio Figura 3,55. Manámetro Pirantf. La pérdida del calor del filamento también es un factor de la 0 temperatura ambiente. Y Alespacio R, | del vacio + Ra A) Sellado y al vacio R5 / LAT Figura 3.56. Arreglo de manómetro Pirani, para compensar Jos cambios de temperatura ambiental, e ; at . En la práctica, se conectan en serie dos manómetros, como en la figura 3.56, para compensar las variaciones posibles en las condicio- 168 V1rl1bles • •~'•trer Medidor e rHi6n CAPITULO 11 l ctrica. a peratura el la ento ede edirse n o- ar; ero l anómetro n! edición ctúa ediante ari ción e i t cia el aterial el la ento steno, la- o, t .}. a edición e i t cia ede li arse n i uito ente r piado. l i ito ente -- i ura , 5. anómetro irani. a rdida el lor el la ento bién s tor e peratura biente. = i ura . 6. R, ~ R, ~ 3 rreglo e anómetro irani, ara pensar s bfos e peratura bienta]. n ráctica, e ectan rie os anómetros, o ra . 6, ra pensar s ri ciones osibles s condicio~ 1·.-:.;· V•rhbln 11 Regis.trar Medidor de Pres.Ión CAPITULO 111 nes ambientales. Se hace el vacío en el manómetro medidor y se expone las mismas condiciones ambientales que el manómetro se71ado. El circuito puente se ajusta (por medio de la resistencia R2 ) para pro- ducir una condición nula. Cuando el manómetro de prueba se expone a las condiciones particulares de presión, las deflexiones del puente desde la posición nula se compensan para los cambios de la temperatu- ra ambiental. Manómetro Knudsen Considérese el arreglo mostrado en la figura 3.57. Figura 3.57. Esquema del manómetro Knudsen. 169 - CAPITULO 111 aro» de Presión Dos aspas Y, junto con el espejo N, están montadas en la sus- pensión del filamento delgado. Cerca de estas aspas están dos placas calientes P, cada una a una temperatura T. La distancia entre las dos placas y las aspas es menor que la trayectoria media libre del gas que las rodea. Los calefactores se instalan de modo que la temperatu- ra de Tas placas sea más alta que la del gas adyacente. Las aspas están a la temperatura del gas. Las moléculas que chocan con las aspas desde las placas calientes tienen una velocidad más alta que las que salen de las aspas, debido a la diferencia de temperatura; por lo tanto, hay una cantídad de movimiento neta impartida a las aspas que se puede medir al observar el desplazamiento angular del espejo. El intercambio total de cantidad de movimiento con las aspas es una función de la densidad molecular, la cual, a su vez, se rela- ciona con la presión y temperatura del gas. El manómetro Knudsen proporciona una medición absoluta de la presión que es independiente del peso molecular del gas. Adecuado para emplearse entre J0% y 10 micrómetros, también puede usarse como dispositivo de calibración para otros manómetros dentro de estos límites. Manómetro de lonización Considérese el arreglo mostrado en la figura 3.58. El cátodo caliente emite electrones, que son acelerados por la rejilla cargada positivamente. Conforme los electrones se mueven hacia la rejilla, 170 var-febles a Regfstr-er- Hedldor- ~ r-uf n PI \JLO 1 os as V, to l ejo , t n ontadas s· nsión el la ento l ado. erca e tas as t n s l cas li tes , a a a peratura . a i cia tre s os l cas s as s enor e ectoria edia re el as e s dea. os l f ctores t l n e odo e peratu· e l s l cas a ás lta e el as yacente. as as t n peratura el as. as oléculas e can s as esde s l cas li tes en a l i ad ás lta e s e l n e s s as, bido i encia e peratura¡ or to, y a ti ad e ovimiento eta partida s as e ede edir l servar l l iento gular el ejo. l bio tal e ti ad e ovimiento n s as s a ción e si ad olecular, al, ez, la- l na n r sión peratura el as. l anómetro nudsen porcfona a edición soluta e r sión e s endiente el so olecular el as. decuado ara plearse tre 1 ·5 0 icrómetros, bién ede sarse o i ositivo e l r ción ara tr s anómetros ntro e t s i ites. anómetro e I i ación onsidérese l glo ostrado ra J 8. l t do li nte ite tr nes, e n l r dos or jilla r ada si ente. onfor e s nes ueven acia ji la, Variables • Reglstl"al" Medidor de Pral6n CAPITULO l lf producen la ionización de las moléculas de gas mediante colisiones. la placa se mantiene a un potencial negativo, de modo que capta iones positivos y produce la corriente de placa fP. Los electrones y los iones negativos son atraídos por la rejilla, produciendo la corriente de rejilla f 0 • La presión del gas es proporcional a la razón entre la corriente de placa y la corriente de rejilla, p • (l/S) X l,/i; donde la constante de proporcionalidad S se denomina sensibilidad del manómetro, Para el nitrógeno, un valor tlpico es s - 20 torr' 1 (2 .67 kPa' 1) Figura 3.58. Esquema de1 manómetro de fonjzación. Los manómetros de ionización convencionales son adecuados para mediciones entre J.O y 10" micrómetros (0.13 a J.Jx10·• Pa) y por lo general, la corriente de salida es lineal entre estos margenes. A presiones más altas hay el peligro de quemar el cátodo. Los tipos especiales de manómetros de ionizacjón son adecuados para medir pre- siones hasta de solo 10· 12 torr (0.13 nPa). Se requieren técnicas 171 V1rfabl" • Re-glatr•r Medidor de Presión CAPITULO 111 experimentales muy precisas con objeto de obtener las mediciones en estos altos vacíos. Manómetro Alfatrón El a1fatrón es un manómetro de lonlzaci6n radioactiva. Se mues- tra en forma esquemática en la figura 3.59. Ful:'nliedc: radio FuC'MIC'dc:vado 1 Coliec1or di:' ionei ~.=,=,o=l,=,n=l<=d=d=m=,=,b=m="='°====~~__jf--------­ E R E0 Figura 3.59. Esquema del manómetro a1fatr6n. Una pequeña fuente de radio sirve como emiSor de partículas alfa. Estas partículas ionizan el gas en el interior del envolvente del manómetro y el grado de ionización se determina por la medición del voltaje de salida E 0 • El grado de ionización es una función di- recta lineal ·de la presión, entre márgenes más bien amplios de pre- siones, desde 10'3 hasta 103 (0.1 a 105 Pa). Sin embargo, 1 as carac- teristicas de salida son diferentes para cada tipo de gas usado. 172 Variables a Registrar Medidor de Presión 'º'º lr' de Olr9CCl6n y Y•locldad del Viento En la figura 3.65, se muestran diferentes tipos de veletas que han sido usados por muchos a~os en los centros metereológicos, siendo en ocasiones utilizadas al mls~o tiempo para algunos tipos de anemó- metros, como el de presión o de rotación. Cuando una veleta es dise~ada y equipada para dar registro con- tinuo de la dirección del vientot es también conocida como un anemos- copio y normalmente es colocado entre 3 y JO metros de altura y además es instalada en una posición Inicial con dirección norte. Entre las caracterist1cas que deben tener dichas veletas tenemos las siguientes: Ligeras de peso, para que la veleta tenga un momento de iner- cia bajo y responda bien a cambios rápidos en la dirección del viento, sin un sobregiro excesivo. Un balance correcto, que prevenga un empuje lateral en los rodamientos e impida la tendencia a un movimiento en una sola dirección, si el eje de rotación no esta exactamente vertical. Buenos rodamientos, para que la veleta gire libremente con vientos ligeros. Suficiente tamaño y forma correctat para dar un adecuado giro con vientos ligeros. Rosa de los Vientos Es un diagrama que señala los puntos cardinales adem~s del número proporción de vientos que soplan en cada una de las principales direcciones, siendo representados por la longitud de la linea respec- tiva, convergiendo hacia el centro del circulo. El número en el cir- 181 • Variables a Reogtatl"'lll"' CAPITULO 111 Medidor ele Dirección y Velocidad del Viento culo central da el número de casos en los que no hubo viento. Otra forma de la rosa de los vientos ha sido introducida, mos· trando con la longitud de las lineas, la frecuencia de los vientos de las diversas direcciones y por su grosor la fuerza de ellos, respecto a una escala dada. Normalmente la correspondencia que hay entre los grados de un circulo y las direcciones en la brójula de una rosa de 1os vientos, es la que se muestra en la tabla 3.4. l!l te!po e º' o i ura . 1. cómetro e rrientes arJsitas. Voriables a Registrar CAPETULO 111 Medidor de Dirección y Velocidad del Viento - Tacómetro de Corriente Alterna; “consiste en un estator bobi- nado multipolar, en que el rotor.dotado de: : Imán permanente induce una corriente alterna. Un voltimetro señala la corrien- te inducida y por lo tanto el giro en r.p.m. del eje en el dispositivo. Voltimetro. CA. Fígura 3.72. Tacómetro de corriente alterna. - Tacómetro de Corriente Continua 0 Dínamo; consiste en un estator de imán permanente y un rotor con un entrehierro uni- forme. La tensión continua recogida en las escobillas del rotor, es proporcional a la velocidad en r.p.m. de los dispo- sitivos. Esta tensión puede Jeerse en un voltímetro indicador o bien alimentar un instrumento potenciométrico a través de una resistencia divisora de tensión. la precisión en la medida alcanza 30.5% para velocidades que llegan hasta las 6,000 r.p.m. 190 ) ~" erlables R~istrar PIT\ll t edidor ~ l :ción el ci ad e\ iento acd•etro e o riente lt rna; ·con~jste en ~n stator bi- o ultipolar, e l t do e im~n anente ce a rri nte l r a. n oltl etro fiala rrien- cida or to l iro . . el je l i ositivo. i ura . 2. acómetro e rriente l r a. ac6•etro e o riente ontinua o Oi aao; nsiste tor e i án anente tor t ehierro ni- e. a si n ti ua gida s obi las el tor, s porcional l l i ad . . . e s i o- os. sta si n ede l se l i etro i or i n entar r ento t ci étrico vés e a si cia i i ra e sión. La recisión l edida l za ±o.Sr. ara l ci ades e n asta s , 0 . . Verleb\es e llegft¡trer CAPITULO 111 "edldor- de Dlrecclón y Velocidad di:ll Viento Figura 3.73. Tacdmetro de corrfente continua. Tacómetro de Frecuencia o Frecuencímetro; mide la frecuencia de la señal de corriente alterna captada por los transductores de tipo electromagnético (magneto y reed swith, de efecto Ha11), capacitivo u óptico que dan impulsos cuyo número es proporcional a la velocidad de giro del aparato. C'i'J L---- 8 - - - J Figura 3.74. Tacómetro de frecuencia. 191 Variables • Registnr CAPITULO 111 Medidor de Olreccl6n y Velocidad del Viento El transductor no tiene contacto mecánico con el eje de giro. La medida de la frecuencia puede pasarse a un contador elec- trónico basado en la medida de las revoluciones por unidad de tiempo. Anemómetro de Presión Este emplea un tubo de entrada del aire, conocido como tubo de Pitot, que se encuentra colocado en la ve1eta que lo mantiene de cara al viento. Cuando el viento sopla en la boca del tubo, la presión interna es mayor que la externa. Esta diferencia de presiones es una función de la velocidad y puede ser expresada con gran aproximación por medio de la fórmula: donde: p1 •presión dentro del tubo p2 • presión fuera del tubo v • velocidad del aire d • densidad del aire P, - p2 • kdv 2 k •constante que depende de las características del tubo. presiór. Figura 3- 75. Anemómetro de presión. 192 V11rl11bles 11 Regfatr11r CAPITULO 111 Medidor de Dtreccfón y Velocid&d del Viento Además de los anteriores, existen otro tipo de anemómetros des- critos a continuación: Anemómetro de Alambre Caliente Es un dispositivo que se usa con frecuencia en trabajos de in- vestigación para estudiar las condiciones de flujo que varian con rapidez. Se calienta electricamente un alambre delgado que se coloca en la corriente del flujo, la tasa de transferencia de calor del alambre puede expresarse como: q • (a + bu0 •5 ) (T. - T1) donde: T.• temperatura del alambre T, • temperatura libre de la corriente del fluido u - velocidad del fluido a, b ªconstantes obtenidas mediante una calibración del dispositivo. La tasa de transferencia de calor también debe darse por: q a f 2Rw • i 2R0 (! + c(Tw - T0 )) donde: i • corriente eléctrica R 0 • resistencia del alambre a la temperatura de referencia T0 c e coeficiente de temperatura de la resistencia. Para propósitos de medición. el alambre caliente se conecta a un circuito puente, como se muestra en la figura 3.76. la medición de la 193 ooo strer : CAPITULO 111 Medidor de Dirección y Velecidad del Viento caída de voltaje en el resistor estándar R,, determina la corriente, y la resistencia del alambre se establece por medio del circuito puente. Con f y R, determinadas, se calcula la velocidad del flujo con las ecuaciones anteriores, Cuando se emplea el alambre caliente para medir patrones del flujo que cambian con rapidez, debe tomarse en cuenta la respuesta transitoria de las características de resistencia térmica y eléctrica del alambre. La respuesta del alambre depende del ángulo de la velo- cidad de flujo con el eje del alambre. Potenciómetto o EY M Sonda Poy on aislada —— Alambre caliente Figura 3.76. Anemómetro de alambre caliente. Anemómetro Laser de Efecto Doppler Se ha visto como los métodos ópticos de registro de? flujo, ofrecen la ventaja de que no lo alteran durante el proceso de medi- 194 -· Variables e R~l1trer PI LO 1 Hedldor e Olr~ccfón elocidad el iento fda e oltaje l sistor t dar ., t ina rriente, i t cia el bre t lece or edio el i uito ente. on . t inadas, l ula l cidad el jo n s aciones teriores. uando plea l bre li nte ara edir tr nes el j e bian n idez, be arse enta uesta sitoria e s racterísticas e i t cia ica l ctrica el bre. a uesta el bre ende el gulo e elo- i ad e jo n l je el bre. nd1 ai~lad1 ~A1a'miircF ;;r .ilicruc i ura . 6. e ómetro e bre liente. ne ómetro aser e fecto o pler e a isto o s étodos ticos e istro el jo, f cen ntaja e e l r n rante l r ceso e medi~ i - - Dirección y Velocidad del Viento ción. El anemómetro laser es un dispositivo que ofrece las ventajas de los métodos ópticos al no alterar las mediciones, al mismo tiempo que permite mediciones cuantitativas muy precisas de las velocidades. Por otra parte, tiene una respuesta rápida y es adecuado para medir fluctuaciones turbulentas de alta frecuencia, El. rayo laser se afoca a un pequeño elemento de volumen en el flujo mediante una lente. Con objeto de que funcione el dispositivo, el flujo debe contener algún tipo de partículas pequeñas para disper- sar la luz, la que debido a tal efecto, experimenta un corrimiento Doppler en frecuencia, directamente proporcional a la velocidad del flujo. El filtro de densidad neutro, reduce la intensidad de la por- ción, sin dispersar el haz, y entonces se recombina con el haz dis- persado a través del divisor de haz. Centros de dispersión Filiro de densidad heutro S y Divisor Y delhaz Procesamiento Dispositivo de electrónico leciura ta) Figura 3.77. Anemómetro laser de efecto Doppler. 195 Variebl" a Registrar CAPITULO 111 Medidor de Dlr~clóri el ci ad el iento l n. l ómetro er s i ositi o e f ce s ntajas e s étodos ticos l o l ar s ediciones, l i o ie po e r ite ediciones antitativas uy recisas e s l i ades. or t a arte, e a uesta ida s ado ra edir u ci nes ulentas e lta encia. l yo er aca ueño ento e l en l j ediante a te. on jeto e ci ne l i ositivo, l j be ntener n e rtí ulas ueñas ara i er- r z, e ida l cto, eri enta i iento o pler encia, i ente porcional l i ad el jo. l e sidad utro, ce si ad e r- i n, i ersar l az, t nces bina l z is· rsado és el i isor e az. i ura . 7. e ómetro er e cto Oo pler. V11rfabln a Registrar CAPITULO 111 Medidor de Ofreccl6n y Velocidad del Viento El dispositivo de anemómetro 1aser debe construirse de manera que los haces directos y dispersado viajen por la misma trayectoria óptica, de modo que en el tubo fotomultipl icador se observe una in- terferencia proporcional al corrimiento de frecuencia. Este corri- miento da una indicación de la velocidad del flujo. Con objeto de recuperar los datos de velocidad de la señal del fotomultiplicador se deben emplear técnicas eléctronicas de gran complejidad para el pro- cesamiento de la seHal. Se han desarrollado anemómetros 1aser que miden más de una componente de velocidad al mismo tiempo, pero las técnicas ópticas y de procesamiento electrónico de la señal llegan ser bastante complejas y costosas. Dispositivos Seleccionados Tomando en cuenta las caracteristicas de los instrumentos deta- llados con anterioridad, se han seleccionado los siguientes: Diseño del Anemoscopio Haciendo un análisis comparativo de las tecnologías existentes, determinamos que el de levas es obsoleto, el "selsyn motor" demasiado complicado para nuestras necesidades y por último el de potenciómetro tendría demasiada sensibilidad en cuestión del rango o dirección que deseamos detectar. Por lo tanto nos bastará uno de tipo optoelectró- nico o digital (que es además económico), de solo cuatro bits para 196 Variables a Registrar CAPlTULO 111 Medidor de Dlreecl6n y Veloclded del Viento las 16 direcciones que tenemos en la rosa de los vientos. Haremos uso de una veleta de la companla R.H. Young Company, modelo 6301A mostrada en la figura 3.79, la cual tiene las dimensio- nes apropiadas para nuestro módulo portátil y que ha ve"ido siendo utilizada en la estación meteorológica de la Ciudad de México, con buenos resultados en cuanto a su respuesta al direccionamiento. cubierta pUst 1 ~gz.6~0:00 - Figura 3.80. Diagrama de bloques del circuito de anemoscopio. u El circuito emisor constará de un arreglo de 4 LEOS de luz in- frarroja del tipo TIL 32 y el circuito sensor de 4 folotransistores del tipo TIL 78, los cuales son compatibles dimensional y espectral- mente. También tendremos un circuito SN74132 que nos evitará oscila- ciones en los pulsos de salida del sensor durante los cambios de código, a la vez que invertir la salida del fototransistor; corres· 199 ico q istrar CAPITULO 115 Medidor de Dirección y Velocidad del Viento pondiendo así al código de la dirección del viento que se está regis- trando. Este código entrará al puerto digital B del MCU, cuando se solicite la medición a través de teclado; llevandose a cabo la rutina de software correspondiente, para poder presentar en display el códi- go alfanumérico de la dirección del viento medida. £l circuito eleec- trónico correspondiente a esta etapa del diseño, se muestra en la figura 3.81. La información técnica de los componentes utilizados, se encuentra en el apéndice A. + $ DISCO CODIFICADO ups rR33 [ ra? 06 TnL32 s L/ 06 yr 70 "o ome R34 PA | b> r us Figura 3,81. Circulto electrónico del anemoscopio. Variables a ll~lstrar PI LO 1 edidor e Olre cl6n eloci ad el iento ndiendo sf l digo e i ción el i nto e stá is- do. ste digo trará l erto i ital 8 el HCU, ndo e licite edición vés e l o; lev dose o ti a e are es ondiente, ara der resentar i lay l di- l érico e l i ción el i nto edida. El i uito l - ico s ondiente sta a el i ño, uestra ra . 1. a ación ica e as co ponentes til dos, cuentra l éndice . i ura . 1. ircuito 1ectr6nico el oscopio. 200 Verhble-s e Reghtnr CAPJTULO 111 Medidor de Dirección y vetoc:ldod del Viento Diseño del Anemómetro Analizando las caracterfsticas de los anemómetros antes descrt- tos encontramos: que los de deflexión son obsoletos; con 1os de pre- sión se tendría que hacer un análisis exhaustivo (que no es el prin- cipal objetivo de este trabajo), para determinar las dimensiones del tubo de Pitot, además de que la velocidad del aire estaría influen- ciada por la densidad del mismo y con falta de sensibilidad a veloci- dades mayores a 60 m/seg; los de filamento caliente son imprácticos para el rango de velocidad a medir, ya que para bajas velocidades su sensibilidad es mínima y quizá tendriamos que detectar variaciones de décimas de grado; en el de láser como hemos mencionado los detectores resultan demasiado costosos. Por lo tanto, empleamos un anemómetro de rotación, de entre los cuales nos inclinamos por los del tipo fre- cuencimetro con transductor optoelectrónico, para seguir una misma linea de diseño, con la variante de utilizar un convertidor frecuen- cia/voltaje, en que la salida analógica será procesada por el Micro- computador, simplificando al mismo tiempo su programación, asi como minimizando los aspectos mecánico y económico. Utilizaremos un anemómetro de 3 cazoletas (llamado de Robinson) de la compañía R. H. Young, modelo 6101, que se muestra en la figura 3.83 y tiene las dimensiones apropiadas. Este modelo de anemómetro es utilizado actualmente con eficiencia en la estación metereológica de1 observatorio de la Ciudad de Héxico. 201 Variebles • lleglstrar Medidor de Dfrttclón y Velocidad dt!l Viento ........... J Figura 3.82. Dispositivo seleccionado para el diserlo de] anemómetro. CAPITULO 111 En la figura 3.83, se muestra la gráfica de respuesta del dispo~ sitivo seleccionado. Dicho dispositivo nos proporciona una velocidad de giro de 3,600 r.p.m., para una velocidad del viento de 45.3 m/seg (163.J Km/h), que será el valor máximo a medir. 202 Y.rlabl••..,11lurar l'l«!ldDr de Olreccl6n y Y•loc:ldild dll Yl.-.to F1gura 3.83. mtt:.FICA OC Rt;SPUESTA Y CAL![!!HICION DE:I.. ANE~O~TAO Gráf;ca de respuesta del dispositivo empleado en el anemómetro. 203 ClPITULO 111 V111·tables a Re;l&trar CAPITULO 111 Medidor de Olre-cclOn y Velocidod del Viento En el eje de g1ro del anemómetro se colocará un disco con 100 cortes, que dará como resultado una frecuencia correspondiente de 6,000 Hertz, para el valor máximo mencionado .. Figura 3.84. Disco con cortes utilizado para el anemómetro. 1 Dt$CO C(fi F1gura 3.85. cr.:cu:i::'T~ SO~IR -:t.,,.~.).J(. Diagrama de bloques del circuito de anemómetro. 204 M C U verlables a Registrar- CAPITULO 111 Hedldor de Dirección y Velocldod del Viento El diagrama de bloques del circuito externo al llCU dedicado a la medición de la velocidad del viento, se muestra en la figura 3.85. El sensor optoelectrónico será del tipo TIL 138, que en su fa- bricación consta de un emisor infrarrojo TIL 32 y un sensor TIL 78. Posteriormente el circuito acoplador se hará por medio de un transis- tor 2N2222, para que los pul sos de sal ida lleguen finalmente al con- vertidor de frecuencia/voltaje LH2917N, el cual posee un 1 ineal id ad de 0.3X y un voltaje máximo de diseno de 5 V para la máxima velocidad permisible a medir, correspondiente a 3,600 r.p.m. (45.3 m/seg). Este vol taje entrará al llCU por el puerto O, para ser convertido una palabra digital cuando se solicite por teclado una medición de velo· cidad del viento, por medio de la rutina correspondiente de software¡ la cual tendrá el factor de conversión adecuado para presentar en display la velocidad medida. R41 Figura 3.86. c;rcuito e1ectrónico para e1 anemómetro. 205 Variables a Registrar CAPITULO 111 Medidor de Dlrecci6n y Velocidad del Viento El circuito electrónico disefiado para el detector de velocidad del viento, se muestra en el diagrama de la figura 3.86. La informa- ción técnica acerca de los componentes utilizados, se encuentra en el apéndice A. 206 :¡ :¡ CAPITULO IU CIRCUITO MICROCOMPUTADOR ( MCU ) 1 computador (MCU) CAPITULO Y Principios de Operación y Características CIRCUITO MICROCOMPUTADOR (Mecu) IV.a. Principios de Operación y Características Introducción a la familia M6805 HNMOS/M1456805 CMOS La continua evolución tecnológica en microprocesadores y micro- computadoras, ha llevado a crear mayor cantidad de dispositivos más complejos y más poderosos, que presentan caracteristicas tanto de grandes computadoras (marnframes), como de minicomputadoras. la experiencia ganada durante dicha evolución, ha enriquecido grandemen- te la experiencia necesitada para diseñar dispositivos de bajo y medio rango más poderosos. Al emplear Jas caracteristicas de arqui- tectura de las computadoras mini y maiínframe, tanto el hardware como el software de los circuitos microprocesadores y microcomputadores, ha ¡legado a ser regular y versátil sin dejar de ser relativamente sencillo. Los requerimientos del mercado de microprocesadores de bajo costo, medio rango y orientados hacia el control, pueden ser Ccubier- tos con las familias de microcomputadores (MCU) y microprocesadores (MPU) MESO0S HMOS/N146805 CMOS, las cuales son las primeras en proveer las capacidades en software y hardware de las más avanzadas computa- doras para tal mercado. Anteriormente los diseñadores y Fabricantes, habían de decidir entre no emplear procesadores en absoluto, o utiJi- 207 Clrcutt:o Mlcroc::~tador :U) rl ctptos e p:radón 11racterlstlcas I I O MICROC MPU R < " e u ) Y.a. rl l 1os e peración aracterfstlcas l ro 1ón 111a H6805 H S/Hl4 805 HOS PI LO IV a nti ua lución lógica icroprocesadores icro- putadoras, a e o r ar ayor ti ad e i ositi os ás plejos ás derosos, e r sentan racteristicas to e des putadoras • f es), o e i i putadoras. periencia ada rante i ha olución, a ri ecido e en- periencia cesitada ara dise~ar i ositi os e ajo edio go ás derosos. l plear l s racterísticas e arqui~ t ra e s putadoras • i ai fraae, to l r are o l soft~are e s i itos icroprocesadores icr computadores, a l e o r ular vers~til i ejar e r iv ente ci 11 o. os eri ientos el ercado e icroprocesadores e ajo sto, edio go rl t dos acia l ntrol, eden r cu ier- s n s ilias e icr c putadores 11 U} icroprocesadores H ) H68 5 HOSIH146805 HOS, s ales n s r eras r v er s acidades f are r are e s ás nzadas puta- ras ara l ercado. nteri r ente s i adores f ri antes, bian e ecidir tre plear cesadores soluto, tili- Circuito Mlcroc:arp.Jtl!Wr 0101> CAPITULO IV Prlriclplos de 0per•ci6n y Caracterfstlcas zar procesadores que funcionaban más como una calculadora que como una computadora. Todos los miembros de la familia H6805 HHOS/H146805 CHOS de microprocesadores y microcomputadores. son diseñados alrededor de un núcleo común que consiste en: CPU, timer, oscilador, RDH (EPRO", con o sin ventana para borrado), sección de control (para interrupciones y reinicio), y cantidades variables de lineas de entrada/salida bidi- reccionales. Además de este núcleo común, pueden añadirse otros com- ponentes tales como: memoria adicional, convertidor analógico digi- tal, circuitos de amarre de fase (PLL en el HC6805E3), y líneas adi- cionales de entrada/salida. Hasta fechas recientes, este versátil diseño de núcleo central, ha generado 11 diferentes dispositivos de la familia H6805 HHOS y cuatro en la familia H146805 CHOS. Estos 15 diferentes miembros, permiten al usuario, elegir el dispositivo más adecuado para su particular aplicación. El variado número de disposi- tivos, evitJ tener que pagar por una caracteristica incluida que no se requiere, o hacerlo para aOadir externamente una característica que se requiere y no esta incluida. La arquitectura y el conjunto de instrucciones de la familia H6805 HHOSIHI46805 CHOS, son muy similares a los del HC6ROO. Cual- quier programador que ha trabajado con el HC6800, puede obtener una eficiencia equivalente, con la familia H6805 HHOSIH146805 CHOS en un tiempo relativamente corto. Como resultado de la optimización de su arquitectura, en algunos aspectos, la familia H6805 llHOSIHI46805 CHOS es más poderosa que la HC6800 (dependiendo de la aplicación). 208 Circuito Hicrocarp.itador (HOJ) CAPITULO IV Principios de Operación y Ceracterfstica1 El Circuito "icrocomputador llC68705R3 El circuito microcomputador elegido para el presente diseño, es el llC68705R3, que es un componente tipo HllOS, con memoria EPROll de la familia antes mencionada. El tipo de memoria EPROll programable por usuario, permite realizar cambios al programa y aplicaciones de bajos volumenes de producción en comparación con las versiones enmascaradas programables en fábrica. Las versiones de HCU con memoria EPRON redu- cen también los costos de desarrollo y tiempo de evaluación de proto- tipos en comparación con las RON enmascaradas. El circuito microcomputador lfC68705R3, maneja un bus interno de 8 bits y contiene: CPU, reloj interno, memoria EPROH, programa de autocarga (bootstrap) residente en ROll, memoria RAll, 4 puertos de en- trada/sal ida (1/0) digital, convertidor analógico/digital (AID) y contador de tiempo (timer). Debido a estas caracteristicas, ofrece al usuario medios económicos para el diseño de prototipos de evaluación de equipos que contendrán algún otro tipo de NCU de la misma familia sin memoria EPROH, o para producciones piloto y de bajo volúmen. Debido a lo completo del circuito en cuanto a componentes inter- nos, que facilitan la labor, y en especial a la presencia del conver- tidor AID (hasta 4 entradas analógicas), y a la memoria EPROll, así como al bajo costo del dispositivo, se eligió al llC68705R3 como parte medular de la estación meteorológica portátil, cuyo diseño nos ocupa. 209 • Ctrcutto MiCl'"OCatp.Jtador (HQJ) CAPITULO IV Principio• de 0per•cl6n y Cerac:terhtlcH Este dispositivo contiene circuitos de protección contra entra- das que puedan ocasionar algún daño debido a los altos voltajes pro- vocados por la estática o campos eléctricos, sin embargo se deben tomar precauciones para evitar estos altos voltajes. Para propósito de operación es recomendable que V1" y Vaut sean forzados valores dentro del rango de v •• a V c:c' p.,; PA!> .... PA3 PA2 PAi ... º PB7 PB6 ••• ••• P03 PB2 PBI PBO PCOIAtt'J POllo\N\ P'01/AN1 PD41VRL POJ/.ANJ Figura 4.1. Terminales del HCU HC68705R3. tener El circuito integrado HC68705R3, se muestra en la figura 4.1, en donde se pueden apreciar la distribución de las terminales, respecto las señales de entrada y salida aplicables a este dispositivo. A 210 CAPÍTULO 1Y . Vo y Vo - Son las señales de alimentación; Y. alimentación positi- va y V, es tierra. INT.- Señal externa que asigna un evento de interrupción asíncrona al procesador. puede ser usada también, junto con la instrucción BIL y BIH. XTAL y EXTAL.- Estas señales permiten la conexión con el reloj inter- no del circuito oscilador. Un cristal, una resistencia, o una señal externa, pueden ser conectados a estas terminales para conformar un sistema que genere las señales de reloj. TINER/BOOT.- Entrada externa empleada para el control del circuito del tímer. Esta terminal también detecta un nivel de voltaje alto usado para el programa de autocarga o bootstrap. RESET.- Esta terminal tiene una entrada schmitt trigger, para asegu- rar un nivel apropiado. El NCU puede ser inicializado o puesto en estado de reset, al enviar un pulso bajo a esta terminal. Vo" Esta terminal es usada para habilitar la programación de la memoria EPROM. Líneas de entrada/salida.- (PAPA), PB¿-PB,, PC,-PCo, PD,-PD,). Estas 32 lineas están ordenadas dentro de cuatro puertos de 211 Clreufto Microcarputador (MCU) Principies de Operación y Caracterfstfcas continuación se describen dichas señales: V~ _.- on s ales e entación; V~ l entación ositi- a " s rra. PI LO IV T.- eñal terna ue i na ento e ción f crona l r cesador. ede r sada bién, to n ción IL I/I. AL TAL.- stas ales r iten exión n l loj í ter- o el i uito scilador. n ristal, a i t ncia, a Hal terna, eden r ectados stas inales ara f r ar a e nere s ales e loj. # / OT.- ntrada terna pleada ara l ntrol el i uito el i er. sta inal bién etecta i el e oltaje lt sado ara l r a e t carga otstrap. ESET.- sta inal e a tr da mitt er, ara gu- r i el r piado. l H U ede r i l do esto n t o e set, l viar ulso ajo sta inal. RJ. sta inal s sada ara abilitar r ación e emoria RO#. i eas e tr da/salida. - .-PA,, B.-PB,. C.-Pc,. D.-Po,). stas 2 as t n enadas entro e atro ertos e i o .- tración y Carocterísticas bits. Cada línea de los puertos A, B y C son programables como entradas o salidas, bajo control en software, por medio del re- gistro de dirección de datos (DOR). £1 puerto D cuando el con- vertidor A/D es usado, tiene cuatro entradas analógicas, más dos entradas para voltajes de referencia (VRH, VRL) , una en- trada INT2, y de 1 a 8 entradas digitales. Todas las líneas del puerto D pueden ser directamente leídas y usadas como entradas digitales. Si cualquier entrada analógica es usada, entonces el voltaje de referencia (VRH y VRL) debe ser usado en el modo analógico. Memoria El. MCU MC68705R3, cuyo mapa de memoria se muestra en la figura 4.2, es capaz de direccionar 4,096 bytes de memoria y registros de entrada/salida con el contador de programa. El MCU tiene implementa- dos 4,093 bytes de estas localidades de la siguiente forma: En EPRON 3,776 bytes para programa y datos de usuario. 1 byte para registro opcional de enmascarado (MOR). En ROM 191 bytes para el programa de autocarga (bootstrap). Circuito Hicroc:arp.iudor CHOJ) CAPITULO IV Prfnc:ipfos de ~ración ar&eterfstfces its. ada i a e s ertos , 8 n r ables o t das li as. ajo ntrol Ftware, or edio el - istro e i ción e tos { R). El erto O ndo l n- rti or /D s sado, e atro t das alógicas, ás s tr das ara ltajes e r ncia , L) , a - a TZ, e tr das i itales. odas s as el erto eden r i ente as s das o t das i itales. i alquier t da alógica s sada, t nces l ltaje e r ncia { L) be r do l odo alógico. Hemorla l H U HC68705R3, yo apa e emoria uestra ra .2, s az e i ci nar , 96 ytes e emoria istros e tr da/salida n l t dor e rama. l H U e ple enta- s , 3 tes e tas li ades e iente a: n Olf , 16 ytes ara a atos e suario. yte ara istro cional e aascarado (N R). n lf 1 tes ara l r a e t carga { otst ). 212 Ch·cuita Mfcrocorrp.itadol'" {MOJ) Prlrclplas de Operaclt:n y Carecterhtlcas En RAll 112 bytes para datos de usuario. 7 bytes para entrada/salida. 2 registros del timer. 2 registros del convertidor A/D. registro aisce1áneo. byte para registro de control del programa (PCR). OOJ 110 Poru Tunen RAM 127 1119 B~1esl "" ra:Je Zero U~cr f PROM ""' 1178 Byle~I ""' ------- U~• t.~aon [f'flOM t~Bru:sl ,,,,., Je:l6 :ie:J71-------1 Boouuap ROM 1192 8"(1"~' Vt-c1or~ [?ROM .,,,,~--'ª-"-"-"'-'--~ ·= "' 7 6 5 OOA ""ª =e sooo """ ~XI~ --~---<>010 Figura 4.2. llapa de memoria del 11C68705R3. 21J CAPITULO IV 1 - 'ocamputador (NOU) CAPITULO IV Principios de Operación y Coracterísticas La EPROM de usuario se localiza en dos áreas; la principal en las localidades $080 a $F37, mientras que la secundaria de 8 bytes y que está reservada para vectores de interrupción/reset, está en las localidades $FF8 a $FFF. El registro de opción de máscara en la loca- lidad $F38 completa el total, £l MCU usa 13 de 16 localidades bajas de memoria para el control del programa, características de entrada/salida tales como puertos y direcciones de las terminales de los mismos, el timer y registros del convertidor A/D. Los 112 bytes de RAM incluyen 31 bytes para el stack. El área del stack es usada durante el proceso de interrupción y llamadas a subrutina. Unidad Central de Proceso (CPU) £l CPU de la familia M6805 es implementado independientemente de la configuración de entrada/salida o memoria. Consecuentemente, puede ser tratado como una central de procesamiento de comunicación inde- pendiente con entradas y salidas, direccionamiento de memoria, datos y control de buses internos. Registros El CPU tiene 5 registros utilizables por programa. Estos regis- tros son explicados a continuación. 214 Cltculto Microc~tador MaJ) PI LO rl ::íplos e peración aracterfltfcas a H e s ario aliza os eas; ri cipal s li ades SOBO S 37, ientras e ndaria e B tes e tá ada ra ctores e pción/reset, tá s li ades S B S F. l istro e ción e • ara a- d S 38 pleta l tal. El H U sa e li ades ajas e emoria ara l ntrol el ra a, racterísticas e t da/salida les o ertos i cci nes e s inales e s is os, l er istros el vertidor / . os 2 tes e H l en tes ara l ck. l ea el ck s s da rante l roceso e pción la adas rutina. nidad entral e r ceso ) El e ilia H6805 s pl entado dient ente e fi ración e t da/salida emoria. onsecuentemente, ede r t do o a tral e ces iento e unicación e- diente n t das li as, i i¿nto e emoria, atos ntrol e ses nos. egistros l e istros ti les or ra a. stos is- as n li dos ti uación. Circuito HlcrocaipJtador (HOJ) CAPITULO IV Prin::ipfoa de Operación y Caracterlsticu Acumulador (A).- Es un registro de B bits y de propósito general, usado para retener operandos y resultados de cálculos aritméti- cos o manipulación de datos. Reg;stro Indjce (X).- Es un registro de 8 bits que puede ser usado con efectividad en el modo de direccionamiento indexado. El valor contenido en él puede ser agregado a otra cantidad en alguna instrucción, para crear una dirección efectiva. El regis- tro indice puede también ser usado para manipulación de datos usando las instrucciones de 1ectura/modificaci6n/escritura. Otro posible uso del registro indice es como área de carga temporal. Contador de Progra•a (PC).- Es un registro de 12 bits que contiene las direcciones de la próxima instrucción a ser ejecutada. Apuntador del stack (SP).- Es un registro de 12 bits que contiene las direcciones de la próxima localidad libre en el stack. Du- rante un reset al #CU o al ejecutarse la instrucción de reset del apuntador del stack (RSP), su conleniúo es inicial izado con el valor SDlF. Los siete bits más significativos de este regis- tro se encuentran permanentemente en el valor 0000011. - Regjstro de Condicjón de Códjgo (CC).- Es un registro de 5 bits, del cual cuatro bits son usados para tndfcar algunos resultados de la instrucción recientemente ejecutada. Los bits de este registro pueden ser individualmente probados por el programa, con el fin de ejecutar acciones dependientes del valor de alguno 215 Circuito Mfcrccaq::utador (MaJ) CAPITULO IV Principios de Operación y Carec:terfstfcas o algunos de ellos. A continuación se explica cada uno de estos cinco bits (H, I, N, l y C). HALF CARRY (H).- Se enciende durante las operaciones ADD y ADC cuando ocurre un carry entre los bits 3 y 4. INTERRUPCION (1).- Cuando este bit se enciende, el ti•er y la interrupción externa IHT son enmascaradas (deshabili· tados). Si ocurre una interrupción en algún momento cuan· do este bit está encendido, la interrupción es mantenida y procesada en cuanto bit de interrupción se apaga. NEGATIVO (N).- Cuando se enciende este bit, indica que el resultado de la operación aritmética/lógica o manipula- ción de datos anterior, fue negativo (el bit 7 en el resultado es un 1 lógico). CERO (Z).- Cuando se enciende este bit, indica que el re- sultado de la operación aritmética/lógica o manipulación de datos anterior, fue cero. CARRY/BORROW (C).- Cuando se enciende este bit, indica que un carry o acarreo salió de la unidad arit•ética lógica (ALU) como consecuencia de la operactón aritmética ante- rior. Este bit es también afectado durante las instruc- clones de prueba de bits {bit test), de saltos (branch), de corrimientos (shift) y de giros {rotate). 216 ecamputador (MCU) CAPITULO 1V Principios de Operación y Característices Timer El timer del MCU, consta de un contador de 8 bits programable _por software, el cual es manejado por un prescaler de '7 bits. Pueden seleccionarse diferentes opciones para proveer las señales de reloj al prescaler y al contador. La selección de forma de operación del fímer, se realiza por medio del registro de control del tímer (TCR) y/o el registro de opción enmascarable (MOR). El TCR también contiene los bits de control de interrupción. El diagrama de bloques del circuito del tímer se muestra en la figura 4.3. El valor inicial del contador de 8 bits puede ser cargado bajo control del programa y decrementado hasta cero a través de una señal que entre por la terminal Fem del contador. Una vez que el contador se ha decrementado a cero, se enciende el bit 7 (b7 del TCR) que es la solicitud de interrupción del timer TIR (Timer Interrupt Request). Asimismo, la máscara de interrupción del timer TIN (Timer Interrupt Mask) bit 6 del mismo registro, puede ser encendido por software para inhibir la solicitud de interrupción, o apagado por el mismo medio para pasar dicha solicitud al procesador. Cuando el bit 1 es limpiado en el registro de código de condición, el procesador recibe la inlerrupción del timer y responde a ella: guardando su estado presente en el stack, buscando el vector de interrupción del tímer en las localidades de memoria £$FF8-$FF9 y ejecutando la rutina de interrupción correspondiente. 217 Circuito Htcrcc~tedor HOJ) PI LO I rlr t los e peracitn oracterfsticos i er l f er el HCU, nsta e ntador e its r able or f are, l al s anejado or r sca1er e 7 its. eden i narse i r ntes ciones ara r v er s ales e loj l r sca1er l ntador. a l ción e a e eración el tiaer, li1a or edio el istro e ntrol 1 i er R) /o l istro e ción • scarable H R). l R bién ntiene s its e ntrol e pción. l a e l ues el i uito el f• r uestra ra .3. l alor icial el t dor e its ede r _ ajo ntrol el r a entado asta ro és e a ñal e tre or inal f r• el ntador. na ez e l ntador a entado ro, ci nde l it { 7 el R) e s li it d e ción 1 er I i er t rrupt equest}. si ismo, • ara e ción el • r I# { i er t rrupt Hask) it el is o istro, ede r endido or f are ara ibir li it d e ción, gado or l is o edio ara asar i ha li it d l r cesador. uando l it s 1 i pi ado l istro e digo e ndición, l cesador i e t ción el f cr nde lla: ar ando t o r sente l ck, scando l ctor e ción el i er s li ades e emoria SF S 9 t do ti a e ción rr ondiente. Circuito Mlcrocmp..it.clor (Mt1J) Prlnc:iplos ~Operación y Car&eterfstlcas tcl>ó 'T-o.~fl"ll'tlff!TOFI! lp11'¡-Pr~l"p.>l,•..;a..e...:Y IC1111-C0<1<11.,1"9'ltf•~ 11-e.1Co..n1• 1 e.1Prn41• r-Conu<>1"11'9Q..,..1$1<11u1 T•"4-T,,,....1"1••h•Pl""U* T;'O-f,,.,....1,,;i..1St'«1 1.t-1 ....... 0,,.,,,,,.,,..,..,lr .. :... PSl:-i'1na•rCu• PSZ.PS1,PSO-Pr•1oC.1 ... s .... 1 M•uO;;t..,nfl.-g,.,.,e.uo cu:-C:oo:.• o..:~_., ... r,po TOPT-r ...... Mnl/P•OQ•- QpbQft CLs-r.,,._c,ocoSo..•c.- Pl. PI. PO-P•01C1-01>1'<>n Figura 4.3. Diagrama de bloques del timer. 21B CAPITULO lV Circuito Hlcroc:Cll'pltllÓ:lr (MQJ) CAPITULO IV Principios de Operaclói y Carocterratfcas El contador sigue contando (decrementado), pasando de cero SFF. De esta manera, puede ser leído en cualquier momento por el procesador, sin que se perturbe la cuenta. Esto permite a los progra- mas determinar el tiempo transcurrido desde que ocurrió una interrup- ción del timer, sin alterar el proceso de conteo. la entrada de se~al de reloj para el tfmer puede ser externa, aplicada la terminal de entrada del ti11er, o puede ser la señal interna d2. Reinicializaciones (Resets) El HCU puede ser reinicializado de dos formas; una de ellas es la suspensión de la alimentación de corriente por medio del encendi- do/apagado y la otra forma es a través de la terminal para reinicia- 1 izado externo (RESET). El circuito interno conectado a la terminal de RESET es un schmitt triggcr que sensa e-1 nivel lógico de esta 1 ínea. Opciones para el Generador de Señal de Reloj El circuito generador de senal de reloj, está diseñado para requerir de un mfnimo de componentes externos; un cristal, una resis- tencia, un puente (jumpcr) o una se~al externa, pueden ser usados para generar la señal de reloj del sistema, con diversas relaciones 219 Circuito Mlcroccnp.1tador (MOJ) CAPITULO IV Principios de Operación y Carocterfstlcas estabilidad/costo. Para el presente diseño, se eligió emplear una resistencia externa; por economia a la vez que tomando en cuenta que para la aplicación no se requiere mayor precisión del· 10% garantizado por este medio. De acuerdo a las especificaciones del fabricante del llCU, se emplea una resistencia de 15.8 kohms al 1%. '•' "º '"" POCit".loNO POl/-1 POJ(,.lllZ "º" POJl.lo.0 O -P04fVJl,L. l~p~I -POS/VllJ¡ l"n -P0'1iiit1 ---l'Ol "" ' ''º Figura 4.4 Diagrama de bloques del microcomputador MC68705R3. ROH de Autocarga El ROll de autocarga (bootstrap), contiene un programa cargado en fabrica, que permite al HCU realizar búsqueda de datos en un compo- nente externo y transferirlos al fPROH del HC68705R3. 220 Circuito Microc0'!¡1.ltador (MOJ) CAPITULO IV Principios de Operación y Caracrerfstfcas El programa de autocarga proporciona; generador de pulsos de programación, generación adecuada en tiempo de señal de entrada Vw y verificación después de la programación. Interrupciones El HCU puede ser interrumpido de cuatro diferentes maneras: través del conector de entrada de interrupción externa (IHT}. por la petición de interrupción interna del timer, por el conector de entra- da del bit 6 del puerto externo C (INTZ), o por software con la ins- trucción de interrupción (SWJ). Cuando ocurre cualquier tipo de inte- rrupción, la instrucción en ejecución (incluyendo SWI) es completada. el procesamiento se suspende, el estado presente en el CPU es coloca- do dentro del stack, el bit de interrupción (l) del registro de códi- go de condición es encendido, la dirección de la rutina de interrup- ción es obtenida del vector de dirección de interrupción apropiado y ejecutada la rutina de interrupción correspondiente. Introducir en el stack el registro del CPU, encender el bit J, y localizar el vector requiere un total de 11 períodos de máquina. La rutina de servicio de interrupción debe terminar con una instrucción de regreso de inte- rrupción (RTI), lo que permite al NCU volver a continuar el procesa- miento del programa que se estaba ejecutando cuando sucedió dict1a interrupción (por medio de recuperar del stack el estado previo del CPU). la tabla 4.1, provee un listado de los tipos de interrupción, su prioridad y la dirección del vector que contiene la dirección de inicio de la rutina de servicio de interrupción adecuada. la priori- 221 Ch·cutto Microcmp.1tador (MCU) CAPITULO IV Principios de Operec:lón y C11racterfstlc:es dad de interrupción es aplicable a aquellas interrupciones pendientes cuando el CPU está listo para aceptar una nueva interrupción. La se~al de RESET también se lista en la tabla 4.1, ya que es tratada como una interrupción, aunque no es normalmente empleada como tal. Cuando está encendido el bit de aáscara de interrupción del re- gistro de código de condición, la interrupción es mantenida para ejecutarla más tarde. IHTERRUPCIOH PRIORIDAD VECTOR DE DIRECCIOHAHIEHTO RES ET 1. SFFE y SFFF SWI 2 SFFC y $FFD 'fÑT 3 SFFA y SFFB TIMER/INT2 4 SFFB y SFF9 La prioridad 2 se aplica solamente cuando está encendido el bit en el registro de código de condición (como al estar ocurriendo una rutina de servicio). Cuando l•O y todas las interrupciones están siendo aceptadas, SWI t~ prioridad 4 (como cualquier otra instruc- ción). La prioridad de INT cambia entonces a 2 y la del timer a 3. TABLA 4.1. Prioridades de iriterrupción El ti•er y la ~enal INT2, comparten el mismo vector de direccio- namiento, por lo que la rutina de interrupción debe determinar la fuente de la misma, examinando los bits de solicitud de interrupción (TCR bl y NR bl). Tanto TCR bl como NR bl, por software solo pueden ser colocados en O lógico. 222 Circuito Mlcrocon:p..itador CMQJ) CAPITULO IV Prlrclplos de Operación y Caracterlstlcas Las interrupciones externas y¡¡¡:-e INTZ están sincronizadas y acopladas a la orilla de caida de la seílal de entrada. La interrup- ción INT2 tiene un bit de petición de interrupción (bit 7) y un bit de máscara (bit 6), ambos local izados en el registro misceláneo (llR). Cuando el bit de máscara está encendido,la interrupción INT2 se inhibe. La señal INT2 siempre es leida como una entrada digital del puerto D. Si se encuentran encendidos los bits de petición de inte- rrupción INT2 y del timer, hacen que el llCU procese una interrupción siempre y cuando el bit I del registro de código de condición esté apagado. Una interrupción por software (SWI) es una instrucción ejecuta- ble, que se efectúa sin importar el estado del bit I en el ri>gistro de código de condici6n. Este tipa de instrucción es a menuda empleada como punta de ruptura para revisión de programas o como llamadas del sistema. Convertidor Analógico Digital (A/O) El NCU tiene internamente implementado un convertidor analógico digital de 8 bits, que emplea la técnica de aproximaciones sucesivas. Hasta cuatro entradas analógicas externas se pueden conectar al con- vertidor A/O por medio del puerto O y a través de un multiplexor in- terno. En nuestro caso y debido a que se realizarán mediciones de 5 variables analógicas, emplearemos un multiplexor externo para elegir por software y con una señal de control proveniente del NCU. entre la 223 Circuito l'llcrocarp.itadcr (MOJ) CAPITULO IV Prln:lplos. de Opflncl6n y Carecterl1tlces señal de temperatura o la de presión, cuando se haya seleccionado alguna de estas mediciones. Adicionalmente pueden emplearse cuatro señales analógicas inter- nas para propósitos de calibración {Vu, v1.,., v • .,, y V01 ). La selección de señal en el multiplexor interno del HCU, es controlada por los bits O, 1 y 2 del registro de control del convertidor A/O {ACR), de acuerdo a lo que se muestra en la tabla 4.2. Dicho registro es puesto a ceros, durante cualquier condición de reinicio {reset). REGISTRO DE COHTROL DEL CONVERTIDOR A/D ENTRADA ELEGIDA ACR2 ACRl AGRO o o o ANO o o 1 ANI o 1 o AN2 o 1 1 AN3 1 o o VRH 1 o 1 VRL 1 l o VRH/4 1 l 1 VRH/2 Tabla 4.2. Selección de la entrada a1 convertidor AID, en el mu1tip1exor interno. Siempre que se escriben datos en el ACR, se aborta la conversión que se está llevando a cabo, la bandera de conversión completa se limpia (bit 1 del ACR) y la entrada seleccionada es muestreada y mantenida internamente. 224 Cfrculto Microc:cnp.itDdor (MOJ) CAPITULO IV Prlrclplos de Operación y Carecterfstlces El convertidor opera continuamente, empleando 30 ciclos de má- quina para completar una conversión de la entrada analógica muestrea- da. Cuando la conversión se completa, la muestra digitalizada o valor digital, es colocado en el registra de resultado del convertidor A/O (ARR), la bandera de conversión completa es encendida, la entrada seleccionada es muestreada de nuevo y se inicia una nueva conversión. El convertidor AID es ratiométrico o relacional. Se provee de dos voltajes de referencia (V111 y Vn) al convertidor, por medio de algunas terminales del puerto O. Si el voltaje de entrada es igual v,, se convierte en SFF (escala completa) y si es igual VRL se convierte en sao. Cualquier voltaje de entrada mayor que VRH es con- vertido en SFF sin proporcionar indicaciór1 alguna de saturación (overf1ott). Para conversiones ratiométricas, la fuente de donde pro- vengan las señales a las entradas analógicas, deberá usar el voltaje VRa como voltaje de alimentación y estar referido al voltaje VaL· Figura 4.5. Diagrama de bloques del convertidor AID. 225 • Ch-culto Hlcroc~tactor CAPITULO IV Principios de Opt:raclOn y Carac:terfsticas Registro de Control del Timer (TCR) La configuración del TCR está determinada por el nivel lógico del bit 6 (opción del ti•er TOPT) en el registro de opción de enmas- cara•iento (HOR). A continuación se muestran dos configuraciones del TCR, una para TOPT-1 y la otra para TOPT•O. TOPT·l configura al TCR para emular al circuito HC6805R2, mientras que con TOPT~o, se provée control por software del TCR. Cuando TOPT•l, las opciones de enmasca- rado del prescaler son programables por el usuario a través del HOR. b7 b6 b5 b4 b3 b2 bl bO TIR TIH Psc*I Registro de Control del Timer $009 TCR con HOR TOPT·l (Emulación del HC6805RZ) b7 b6 b5 b4 b3 b2 bl bO TIR TIH TIN TIE 1 psc*I PSZ PSI PSO Registro de Control del Tlmer S009 TCR con HOR TOPT=O (Timer programable por sortware} * salo escritura, se lee como cero. La descripción de cada bit del TCR es la siguiente: b7, TIR Solicitud de Interrupción del Timer. (Timer lnterrupt Request) Empleado para iniciar una interrupción del timer o un njvel minimo en el registro de datos del timer cuando es un J lógico. seña 1 ar (TDR), = Encendido cuando el total de bits del registro de datos del timer cambian a ceros. o • Apagado por reset externo o bajo control del programa. 226 Clrcufto MlcrocQfP.Jtedor (MOJ) Prlnclplo1 de Oper11c:lái y C11rricterf1tlcris b6, TII/ Máscara de Interrupción del Timer. (Timer lnterrupt Mask) CAPlllJlO IV Empleado para inhibir la interrupción del tfmer al proceH- dor, cuando es un J lógico. - Encendido por un reset externo o bajo control del programa. O • Apagado bajo control de programa. bS, TIN Externo o Interno. (External ar Internal) Selecciona la fuente de entrada de reloj, para que sea la terminal externa del timer (8) o la interna //2. • Selecciona la fuente de reloj externa. O - Selecciona la señal interna IÍ2 (fosr/4). MODOS DE TIN-TIE TIH TIE R E l O J o o Reloj Interno (tl2). o 1 Relojes Externo e Interno por compuerta ANO. 1 o Sin Reloj. 1 1 Reloj Externo. b4, TIE HabHitador Externo. (External Enable} combinados Empleado para habilitar la terminal externa del timer (8) o el reloj interno (si TIH 0 0), sin importar el estado de 1 a terminal externa del timer (deshabilita el funcionamiento de reloj combinado con compuerta). Cuando TOPT•l, TIE se encuen- tra siempre en 1 lógico . .. Habilita la terminal externa del ti•er. O - Inhibe la terminal externa del timer. 227 Circuito Mlcrocarp.rt&dor (HQJ) Principios de Operación y Caracterfstlcas b3, PSC Apagar Prescaler. {Prescaler Clear) b2, PS2 bl, PSI Este es un bit de solo escritura. Se lee como O manera que BSET y BCLR funcionen correctamente en escribir un 1 en PSC, se genera un pulso que prescaler. bO, PSO Selección del Prescaler. {Prescaler Select) lógico el TCR. 1 impía CAPITULO IV de Al el Estos bits son decodificados para seleccionar una de 8 lí- neas en el presca1er del timer. A continuación se muestra la división en el presca1er, resultado de la decodificación de estos bits. PS2 PSl PSO DIVISION EN El PRESCllLER o o o 1 {Salto del Prescaler) o o 1 2 o 1 o 4 o 1 1 8 l o o 16 l o l 32 l l o 64 1 1 1 128 Registro de Opciones de Enmascarado {Hask Options Register; HOR) Este registro está implementado en EPRON. Como todos los demás bytes de EPRON, el NOR contiene. ceros en todos sus bits antes de programar el NCU. Cuando se emplea para emular al NC6805R2, 5 de sus bits se uti- 1 izan en unión con el presca1er. De los restantes, el bit bles uti- 228 Clr-cuito Mlcr-octrrp.Jtador- (MQJ) CAPITULO IV Pdnciplos de OperaclM y Caracter-fst:lcas lizado para seleccionar el tipo de oscilador de reloj y los bits bJ y b4 no se usan. Los bits bO, bl y bZ determinan la división efectuada en el prescaler del ti•er, el bit b5 determina la fuente de reloj del ti•er y el valor del bit TOPT (b6), se programa para configurar el TCR (J lógico para emulación del HC6805RZ). Si el bit de opción de timer del HOR (TOPT) es O, los bits b5, b4, bZ, bl y bO de dicho registro, dan el valor inicial de los bits respectivos del TCR al efectuar alguna operación de reset. Después de la inicialización el TCR es controlable por software. A continuación se da una descripción de los bits del HOR: b7 b6 b5 b4 b3 b2 bl bO CLK TOPT CLS PZ Pl PO Registro de Opción de Háscara SF38 b7, CLK T;po de Reloj Oscilador. (Clock Oscillator Type) l - RC O - Cristal b6, TOPT Opc;ón del Timer. (Timer Option) J - timcr/prescaler tipo HC6805RZ. Todos los bits excepto J, 6 y 7 del registro de control del timer (TCR) son "invi· sibles" al usuario. Los bits 5, 2, 1 y O del registro de opción de máscara (#OR) determinan las opciónes de más- cara equivalentes a las del HC6805RZ. O - Todos los bits del TCR son implementados para empearlos como timer pro9ramable por software. El estado de los bits 5, 4, 2, J y O colocan el valor inicial de los bits correspondientes del TCR (después de su inicialización, el TCR es controlado por software). 229 circuito Mlcrocarp.¡todor (MQJ) CAPITULO IV Prlncfpfos de Operoctái y Corecterfstlcas bS, CLS Fuente de Reloj del Prescaler del Tlmer. (Timer Prescaler Clock Source) 1 - presca1er del timer externo. O - frecuencia interna (ó2). b4 Si TOPT - 1 en el HOR no se emplea (emulación del HC6805R2). bJ bZ, P2 bl, Pl bO, PO Si TOPT •O en el HOR, coloca el valor inicial de TIE del TCR. No se utiliza. Opción del Prescaler. (Prescaler Option) Cuando se decodifican los niveles lógicos de estos bits, seleccionan una de 8 lfneas del presca1er del tiaer. A conti- nuación se muestra la división resultante de decodificar las diferentes combinaciones de estos tres bits. P2 PJ PO D IV! S ION EN EL PRESCALER o o o 1 (Salto del Prescaler) o o 1 z o 1 o 4 o 1 1 8 1 o o 16 1 o 1 32 1 1 o 64 l 1 1 128 Hados de D1recc1onam1ento El poder de cualquier computadora se basa en su habilidad para accesar la memoria. Los modos de direccionamiento del procesador proveen esta capacidad, a la vez que definen la forma en que se ob- tiene un dato requerido a través de una instrucción. 230 Ctrcutto MlcrocaipJtadc>r OIOJ) CAPITULO IV Pdnelplos de 0per11cf6n y Caracterfstlcac El HC68705R3, cuenta con siete modos de direccionamiento, a los que se denomina: inherente, inmediato, directo, extendido, indexado, relativo y de •anipulación de bit. - Inherente: Lo emplean instrucciones de un byte, la información con que operará el HCU se encuentra ya dentro de él, en alguno de los regis· tros. - Inmediato: Empleado con instrucciones de dos bytes. La información con la que trabaja el HCU, se da a continuación del codigo de la Instrucción y está caracterizada por el signo # antes del dato. - Directo: Este modo permite a la instrucción accesar cualquier localidad en la página cero, con una instrucción de dOs bytes. - Extendido: Este modo permite a una instrucción accesar cualquier localidad en memoria. Las instrucciones que operan en modo extendido son de tres bytes; uno para el código de la Instrucción y una dirección de dos bytes. 2Jl Circuito Nlcroccrrp..1tador (MOJ) CAPITULO IV Prlrclplos de Operación y Cer.cterfstlcaa - Relativo: Empleado solamente con Instrucciones de bifurcación. Especifica una localidad relativa al valor actual, del PC., - Modos Indexados: En estos modos la dirección es variable y depende de dos facto- res: a) el contenido del registro indice y b) el offset contenido en los bytes a continuación del operando. Hay 3 tipos de direccionamien- tos indexados que son: Sin offset: el contenido del registro lndice es la dirección y opera con instrucciones de un byte. Offset de 8 bits: la dirección es el contenido del registro indice más el contenido del byte siguiente al operando. Offset de 16 bits: Similar al anterior, pero se diferencia en que al ser más largo su offset, se puede direccionar cual- quier localidad de la memoria. - Manipulación de bit:se subdivide en los dos siguientes tipos: Bit set/clear: permite encender o apagar individualmente bits de alguna localidad de memoria o de registros de entrada/salí- da. 232 Cfrcuho tiUcrD(:~t.tor (HQJ} CAPITULO IV Pr-lrclploa de Operación y Caracterfath:ea Bit test branch: es una combinación de los modos directo, rela- tivo y bit set/clear. El byte de datos por revisar es loca- lizado por medio de una dirección directa en la localidad siguiente al código del operando. Programación del EPRON El NCU NC68705R3, usa una memoria interna EPRON, para almacenar el programa. Este tipo de memoria permite que los programas sean escritos en ella con la posibilidad de borrarlos posteriormente si asf se desea. Tal opción da al usuario una memoria alterable no volá- til, además de incluir en ROH una rutina de autocarga (bootstrap), que hace relativamente fácil la carga del programa deseado. Adicionalmente y a diferencia de las versiones de llCUS con memo- ria RON, el NC68705R3 que posee memoria EPRON, incluye un registro de opción enmascarable (HOR o Hasked Option Regfster) ya mencionada, que está implementado en EPROH y es usado para determinar cual de las opciones del timer será usada y para la selección del tipo de reloj a emplear (cristal o circuito RC), la tasa de relación reloj/oscilador y el tipo de entradas de interrupción. El registro NOR al Igual que todas las localidades del EPRON, contendrá ceros después del borrado de la memoria. 2JJ Lions +" becmputador (MCU) EAPTTULO 1Y Principios de Operación y Carecterísticas la rutina de autocarga, controla un contador externo, que genera la dirección para leer la localidad en una memoria externa y presen- tar el dato a la EPROM del NCU por medio de un puerto de entrada/sa- Vida del mismo. Dicho dato será cargado internamente 2 la localidad de memoria correspondiente y el conjunto de estos datos será el pro- grama a grabar. Además dicha rutina de autocarga, manipula el registro de cón- tro) de programación (PCR o Program Control Register) situado en la localidad $008, el cual es un registro de 8 bits que utiliza los 3 menos significativos (manteniendo a los demás en un nivel de 1 Tógi- c0), para el control de la programación del MCU de acuerdo a lo si- guiente: b7 ba bs ba by b2 b1 bo OOO A donde: | b0 PLE Habilitación de Programación. (Programming latch Enable) Stendo 0 lógico, permite que datos y direcciones sean intro- ducidos al EPROM, pero si es ] légico, permite leer datos del EPROM. Sin embargo no tiene efecto si el bit VPON es 1 l1ógi- co. bl PGE Habilftación de Programa. (Program Enable) Siendo 0 lógico, permite la programación del EPROM si PLE también es un Q lógico. Si es 1 lógico inhibe _ la programa- ción. Sin embargo no tiene efecto si el bit VPON es 1 lógico. 234 Circuito Mlcroc~tado,. HQJ> C PI LO IV ri cipios e pe,.acf6n a,.ocu,.fstlcu La ti a e t carga, cont~ola tador t rno, e era i cción ara r li ad a emoria t rna resen- r l ato H el H U or edio e erto tr da/sa- l ida del is o. icho ato rá ado ente a li ad e emoria s ondiente l junto e tos atos rá l ro- a abar. de ás i a ti a e tocarga, anipula l istro e on- l e r ación r r ontrol egister) o ali ad SOOB, l al s istro e its e tili a s enos significativos anteniendo s ás i el e l gi- o), ara l ntrol e r ación el H U e erdo i- iente: , s VPON PGE PLE nde: O ~ abilitación e r r ación_ ing Latch nable) i do O lógi~o, r ite e atos i cci nes n tro- cidos l OH, ero i s 1 ó ico, r ite er tos el OH. in bargo e cto i l it N s ó i- o. l E abilitación e r gra a. r nable) i do O ico, r ite r ación el IJI i LE bién s a ico. i s ico Q.g__Ja r a- i n. in bargo e cto i l it N s ico. Circuito Mlcrocmp.Jtfldor 010.J) Principios de Operación y Caracteri1nlce1 bZ VPON V Encendido. ""(V.., OH) CAPITULO 1Y Es un bit de lectura solamente, que al ser O lógico, indica que hay presente un voltaje en la terminal V!'P. del NCU y cuando es 1 lógico la falta de dicho voltaje. El nivel de v.., para programación de la EPRON debe estar entre 20 y 22 V. Antes de cargar el programa en la EPRO#, esta deberá estar bo- rrada o podrá ser borrada por exposición a una luz ultravioleta de alta intensidad con una longitud de onda de 2,537 Amstrongs y 15 W/cm2 de intensidad a una distancia de exposición de una pulgada, quedando todas los bits en O lógico, asegurandose de tapar la ventana del EPRON después de efectuar el borrado. El NC68705R3 tiene 191 bytes de RON, que contienen el programa de autoinicio. El vector de dirección SFF6 y SFFl, es usado para empezar la ejecución de la rutina. Dicha vector es seleccionado cuan- do el voltaje V1KtP (de 9 a 15 V) es aplicado la terminal TINER/BOOT del NCU y la terminal RESET se eleva sobre el voltaje v,,., (2 a 4 V). Pasos para la Programación del EPRON En el circuito de la figura 4.6, la memoria EPRON NCN2532 UV, deberá estar programada con un duplicado exacto de la información que será transferida al NC68705R3. 235 Circuito Mlcroconp..itador (MCJ) CAPITULO IY Principios de Operacli!wi y Carecterhtlcas Hay que asegurarse que los interruptores Sl y 52 estén cerrados los voltajes v~ y +26 V no estén aplicados cuando se inserten los integrados HC68705R3 y HCH2532. ~~~:o·:~"'"~()<.lll vcc Ypp•210YtlQYIPg•~LIO Desarrollo del SOftware HKesarlo ••• CAPITULO IV Como se mencionó anteriormente, cada uno de los tipos de medi- ción es controlado por una rutina especifica; que se encarga de en- viar y recibir las señales necesarias para tener una lectura exacta de los resultados medidos por los transductores. Tales rutinas se mencionan a continuación: Medición de Temperatura. Medición de Presión. Medición de Dirección del Viento. - Medición de Velocidad del Viento. Medición de Humedad Relativa. - Medición de Precipitación Pluvial. Cada una de las rutinas antes mencionadas, configura en primer término las entradas y salidas del puerto que utilizará para enviar señales de control y recibir los datos de las lecturas realizadas por los transductores. Inmediatamente después, hace uso de las rutinas de propósito general para preparar los resultados con el fin de que sean visualizados en el display. Finalmente se encuentran los comandos para encender el LEO que indica la variable que está siendo medida. A continuación se presentan los diagramas de flujo empleados en el diseño del software y después de ellos, el listado completo del programa empleado en la estación meteorológica portátil. 264 • Circuito Mic:roc:C1Tp.,1t&dor (MllJJ Oeu1rrollo del Software Neces1rlo ••• RUTINA PARA PRUEBA DE MEMORIA RAM He Indice He ERROR 265 CAPITULO IV “ | oe no. CAPÍTULO 1W : Desarrollo del Software Necesario ... RUTINA PARA PRUEBA DEL TIMER re e t 2 BAñoR DRETS ta ro pr. . indios 266 C:ircufto Nlcr«:c:rrputador (Man O~urrollo el ft are ecesario ••• TI A RA EBA EL ER R T S PI LO IV ·-> Circuito Hlcrocarp.¡t&dor (MO.J) Oe-sarrotlo del Software Necesario ••• RUTINA DE CONUERTIDOR No ERROR PRUEBA PARA EL ANALOGICO/DIGITAL 267 READ\I Salta a rutina de PRUEBA DE DISPLAY CAPlTULO IV Circuito Jlllcroc:QTPJtador 040.J) Desarrollo di:l SOftW11re Necesario ••• CAPITULO IV RUTINA PARA PRUEBA DEL DISPLAY Sal ta a :rutina de TECLADO 268 ocomputador (MCU) CAPITULO 1Y Desorroilo del Softuare Hecesario ,., RUTINÁ DE DISPLAY Configura Puerto € Carga Acumul ador con datos Decrementa y Guarda Indico ari Sble "Penporal ce S a Envia a la Zaida ato ser. y Decrementa el indice c - 2.Ers el e Variable Temporal Circuito Hlcroc~tador (HOJ) esorrollo el oftware Neceso,.10 ••• TI A E I Y arga cuMulador n atos ecreMenta )( cf~itJc:º1 :.1 Uariable e"poral R T S 269 PIT LO IV ocomputador (AOL) " Desarrollo del Sottuwsre Necesario ... RUTINA DE: TECLADO Def£/limp. en Puerto A Modo de Espera de Int.Tecla Revisa la olumna Dbep.Tecla A Revisa Guarda Siguiente Codigo Columna en Actur. Salta a rutina de medicion seleccionada 270 CAPITULO 1WCircuito Mlcroe~tador U~a.J) eserrollo el oft are N~l:!Sar\o ••• TI A E DO evisa i uiente ol "'na alt . a ti a e ""edioion i ada Inicio 0 PI LO l\I Circuito lilicrocatp.Jt&dor CHCJ> Desarrollo del Software Necesario ••• RUTINA DE MULTIPLICACION Inicio Guarda. Sl.9 @'n variable de Multiplicador Guarda en el AcuM.ulador el ~e~ dig. del res. R T S 271 CAPITULO IV Circuito Mkroc:CtrpJtad:Jr (HC11) Deurrollo del Softwere Necescrio •.• CONUERSION DE FRACCIONES HEXADECIMALES A BCD LlMPia Uariables de Rosult Ho 272 Decret"llenta el Indi.ce Si R T S CAPITULO IV Circuito Hlcroc:crrp.¡tador CHOJ) Desarrollo dt>l SOftware Mect'larlo ••• RUTINA DE AL FORMATO CONUERSION DE DISPLAY R T S 273 CAPlTUlO IV Circuito Mlerocorputador (MOJ) Dnarro\lo de\ SoftWllre Mecnarlo ••• RUTINA PARA MEDICION DE TEMPERATURA R T S 274 CAPITULO IY Circuito Mfcroccwnput&dor OtOJJ Desarrollo del Softwart- H«Kario ••• RUTINA PARA MEDICION DE PRESION Obtiene P:roMedio No R T S 275 CAPITULO f\' CAPITULO IV Orio... RUTIMA DE MEDICION DE DIRECCION DEL UIENTO Guarda el foupuiados en Carga DIABEL, Indice en Reg. Trab ] ad Limpia Incrementa Puerto e B Indice Configura ES el Ho s Puerto B X= 6 ? ] Si Recorre $ Dato a 7 o Pos MSB Guarda X Limpia el Puerto ] HORK3 c Hujta xx 6 Pindice - - nec Cara X Conil yura Doramas con e el 1 HORK2 Puerto C Guarda el indice , en HÓRK2 M Enciende y Indicador Carga ño. con TABLA -X ] Salta a rutina de DISPLAY Guarda X en HORK23 + — ED 276 Circuito Mfc,.ocarp.itado,. CMQJJ Desa,.r-olto det Snftwere N~esarlo •.• TINA E I CION EDICION E EL I TO !l'a. "-1 n f l-IORH2 -~ R T S PI LO Circuito Mlcrocarp.itador (MO.IJ Desarral to del Softwar" Neeesar ia ••• RUTINA DE DE UELOCIDAD MEDICION DEL UIENTO Pre-pi'l.rik operandos para M1ultiplica.r R T S 277 CAPlTULO IV Circuito Mlcroccrrp.Jt&dor (HOJ) Desarrollo del Software Necesario ..• RUTINA DE DE HUMEDAD MEDICION RELATIUA Inicio Sal ta. a ~=~:~:/~a~g R T S Si 278 Salta a Rutina de Curva CAPITULO IV Circuito "4icroc:C11p..1tador (MO.J) OK•rro\lo del Softw.re Meceurio ••• RUTINA DE MEDICION DE PRECIPITACION PLUUIAL Inicio c~~~iil~fª Puerto B Cierr--. u.oa.1 vul a 2 Sal t--. a Rutina de Espera Cierra Ualvul.oa. l. Seleccion Entrada del A/D 279 Prepara. Ope-randos p/Hult. Sal ta a Rutina. de Resultado Encie-ndl!' LED lndic.-..dor Abre Ualvulas l. " 2 R T S CAPITULO IV A TI Listado del Programa PIO IIONCIOR NANI RARA RAR RARA RARA ARANA ¿de *e 3% DEFINICION DE VARIABLES Y ETIQUETAS z ¡ARRAMRARA RARA AARERERR ARALAR RAR ERA ARRARRAR = 0000 PORTA EQU o = 0001 PORTB EQU 1 - 0002 PORTC EQU 2 = 0003 PORTD EQU 3 = 0004 DDRA Equ 4 = 0005 DDRB EQU 5 = 0006 DORE Equ 6 = 000É ADCR EQU se = 000f ADRR EQU sF = 0008 TDR EQU 8 = 0009 TCR EQU 9 = 05A0 BEGIN EQU $5A0 = 0580 TERROR Equ $580 = 0590 FORDIS EQU $590 = 0500 TABLA EQU $500 = 0580 CTEMP £QqU $580 = 0581 CHUM EQU $581 = 0582 CPRES EQU $582 = 0583 CVELVI EQU $583 = 0584 CDIRVI EQU $584 = 0585 CPLUVI EQU $585 = 0586 CRESET Equ $586 0030 oRG $30 0030 05 DTABL 08 6 0031 01 PH D8 1 0032 01 PL 08 1 0033 01 TEMPA DB 1 0034 01 QH DB 1 0035 01 QL DB 1 0036 01 TEMPB DB 1 0037 01 REM 08 1 0038 01 CENT DB 1 0039 01 TEMP 0B 1 003A 01 DIGIT 0B 1 0038 01 DIGITO DB 1 003C 01 WORK2 08 1 003D Oi WORK3 08 1 003£ 01 WORK4 DB 1 003f 01 INDICE DB 1 0040 Ol INDIC2 DB 1 0041 01 PUNTO DB 1 0042 01 WORKI 08 1 0043 Ol PROMP DB 1 0044 01 WORK5 DB 1 Ci,.culto Hlcrocarp..it&do,. (HOJ) CAPITULO IV Desarrollo del SoftWlllre ~~esario ••• ist do el r ra a ******************************************** * FI I I H E RI BLES I TAS ******************************************** - 00 TA U - 1 TR U l • 02 TC U • 03 TD E U • 04 ORA EQU - 05 OORB E U • 06 ODRC QU - 0[ CR E U SE • OOOF RR E U S • 08 R E U • 09 R E U • OS D ! U SS O - 80 R EQU SSBO • 90 O IS E U S 90 00 LA U ssoo 80 P E S 80 • 1 E U S58! . ) 82 ES U 82 83 ELV! U 83 • 84 ! V! E U $584 - 85 VI E U $585 • 86 ESET QU S 86 30 O G S 0 30 O BL DB 1 B l 32 DB l 33 PA B 34 B l 35 L B l 36 PB B l 37 DB l 38 crnr B l 39 TE P DB l O! l T DB l 38 O! l D B l ORK2 DB l 30 01 ORK3 DB l 3[ ORK4 l F ! O! CE l 40 01 I 1C2 OB l 1 TO 42 ORKl DB l 43 01 P l 44 o 1 ORK5 DB l 280 Circuito Microcomputador (MCU) Desarrolo del Software Necesario ... 0045 0046 0047 0048 0049 004A 0048 0088 0088 008A 008c 008€ 0090 0092 0094 0096 0098 0099 009B 009D v09F 00A0 00A2 D0AS D0A6 00A? 00A8 00A9 DOAA DOAC O0At 00B0 AGAR 205E A655 205A WORK6 CNT TEMPC RESTA LOOP 1 Lo00P2 BCDTAB IA o e e CAPITULO 1Y PORRO ROTOR HORARIO RIOR RON RIOR ROA RRA ACA RR AAN A AR RRA *e y 5 ; 5 * * RUTINA PARÁ PRUEBA DE BEMORIA RAM * ¿e * ¿CERAARIRARE ERARIO AR ARARAKRARRAARRA RESET TEST2 ORG LDA BRA LDA BRA $80 FSAA FILER $555 FILLR ¡Salta a la rutina de ]lenado ¡de localidades de memorífa icon los valores de prueba ; AA | y 5 (ION de ERROR SR RR ICRA A RIOR RAR de RRA A RR 5 ¿de 5 ¿de 5 ; * RUTINA PARA PRUEBA DEL TIMER * * ¡ERA ACERA RARA AA RRA RADAR 5 TIMER TESTTHM REGRES RDY ORG $88 LOA $S6F STA TCR LDX SER STX TOR LDA FS4F STA TCR cPx TDR BNE ERROR DECX cPxX ESFF BEQ RDY LDA $59 DECA CHP $500 BNE REGRES CLR SODA NOP NOoP NOP NO? BRA TESTTM LDA $540 STA TCR RTS 281 tInhíbe interrup. externas. ¡$e programa conteo de 255-0. ¡Se programa el reloj interno ipone el prescaler a 128 cic. ¡Checa que el Timer trabaja 3 correctamente. ¡Compara resultado del con- iteo, y salta a RDY si es FF. ¡Rutina de 128 ciclos para ; probar el funcionamiento ; del prescaler. ¡Regresa Timer a valores 5 normales de operación. ClrcultoMlcroc~t&dor ( 1J) Oesarrol lo el oft are ecesario ..• J.PI LO IV 45 01 46 o 1 4 7 01 48 01 49 01 4A 01 48 03 0080 0080 6 A 0082 E 0084 6 5 0086 5A 88 88 A66F 8A 8709 8C AEFF 8E 8F08 90 A64 F 92 8709 94 8308 96 2664 98 SA 99 A3F F 98 270F 90 A609 0 9F 4A OOAO AIOO OOA2 26FS OOA4 3FOA OOA6 90 OOA7 90 COAS 90 OOA9 90 O A 20E8 O AC A640 OAE S709 ooso 81 ORK6 T PC STA P! OO 2 S TAS os os os os DS 08 os ******************************************** TIHA A EBA E H ORIA H ET ST2 G OA S A OA A sao # A I LR #SSS ! R ; alta 1 ti a e 11e ado ; e, localidades e emoria ; n l s l res e r eba A 5 ******************************************** TINA A EBA EL IH R G S88 IH R A # 6F A R ; I i e rr p. t rnas. OX #SFF 1X DR ;Se r a nteo e 5-0. OA • F A R e r r a l loj r o S TH C X OR ; ne l r scaler 8 ic. S E OR ; eca e l i er aja O CX rr t ente. CP # f F ; para u 1 t ado 1 n- S Q Y ; o, 1 ta Y i s F. OA # S9 RES O CA ; utina e 8 i l s ara MP # soo robar l i iento S E RES el r scaler. LR OA P O P P S A TTM Y OA #S40 gresa i er l res A R a 1 es e er ci . TS 1 Ch-culto Mlcrocarp..iuv.lor (llllOJJ Desarrollo del Softwarl! Nec:1ts.rlo ..• CAPITULO IV 0081 0081 A604 0083 CDOl l l 0086 AIFE 0088 2706 008A AIFF OOBC 2702 008E 203C OOCO A61C OOC2 8706 OOC4 8702 OOC6 OOC6 AE05 OOC8 A6FF OOCA E730 oocc SA OOCD 2AF8 OOCF CDOI19 0002 AEOS 0004 0605AO 0007 E730 0009 SA OODA 2AF8 OODC CDOil9 OODF 90 OOEO 20SF ******************************************** * RUTINA PARA PRUEBA DEL CONVERTIDOR A/D ••••.••...••.••..••......•..••....•.......•. READY ORG LDA JSR CMP 8EQ CMP 8EQ SRA LDA STA STA $81 #$4 CONADR #$FE READY #$FF READY ERROR #SIC DDRC PORTC ;Elige volt. de referencia y salta a rut. de conversión. ;Compara result. de conv. A/O ;diferencia máx. 1 bit. si es ; correcto salta a READY y si no es correcto a ERROR. ;Enciende led ind. de ready a través del puerto C. •••••••...•.....••....•...•..••..••...•..••. * RUTINA PARA PRUEBA DE DISPLAY ............................................ ORG SC6 LDX #$5 LOA #SfF Inicia cargando el número 8 OCHOS STA DTABL, X en la tabla de datos para DECX verificación de todos los BPL OCHOS digitos por medio de rutina JSR DISTAS de envío de datos a display. LDX #5 LETRA LOA 8EGIN,X Carga en tabla de datos los STA DTASL,X códigos de cada letra de DECX SELEC para ser enviada SPL LETRA a display por medio de la JSR DISTAS rutina OJSTAB posteriormente NOP pasa a rutina de teclado en SRA TECL espera de a 1 guniJ selección. 282 recemputador (MCU) Desarrollo del Software Kecesario ... AE0O E710 A370 26F9 AE0O El10 2608 A370 26F7 ASAA 268A 208t A61C B706 A600 B702 AEOS D605B0 E730 5A 2AF8 cno119 5 5 ; ee qe ¿ae CAPITULO IV AREA RARA RARA RR RRAARARRR AR * * RUTINA PARA LLENADO DE LAS LOCALIDADES * DE MEMORIA DURANTE LA PRUEBA DE RAM z y MOR RH RRE e RAI RR RR RA ROS dR A IR Re RR A e e tte dede ORG se2 FILLR LDOX 4500 iInicYva guardando el valor de FILL STA $10,X ; prueba a partir de la INCX ; primera localidad de RAM CPX HSTO ; hasta la última. BNE FILL LDX $4$00 COMPA cmP $10,X ¡Compara el valor de prueba BNE ERROR yo” con lo leído en cada INCX 3 FHocalidad de RAM, sí no es cPx $570 ; fgual salta a rutina de BNE COMPA i ERROR. AND RSAR iCheca si ya se hizo la BNE TEST2 ¡prueba de RAN con el segundo BRA TIMER ¡valor sí es correcto pasa a ; TIMER, ARNACAAA ARA RARRRARARAR ARICA ARRANCA RNA ; 5 5 de * * RUTINA PARA INDICAR ERROR EN PRUEBAS * * * 19 MBR RO RO RORIOR SR ROROIORO SERIO REIR SOROIOTO RON IIA RIOR IR IRC 5 ORG sFe ERROR LDA $sic ¡Configura entra STA DDRC 5 das y salidas del puerto C. LDA $500 ¡Enciende el LED indicador de STA PORTC ; ERROR através del puerto C. LDX $4$5 NXTERR LDA TERROR,X;Almacena en tabla de datos STA DTABL,X ; los códigos de la palabra DECX ; ERROR para ser enviados a 8PL NXTERR ¡display através de la rutina JSR DISTAB ; END 283 de DISTAB. Circuito Mfcroc:~tador (JCO.ll esa rollo el f are Neces•rio •.• PI LO OOE2 OOE2 OO OOE4 10 OOE6 se 00[7 370 00[9 9 OOEB OO OOED llO OOEF S OOFl se OOF2 370 OOF4 7 OOF6 4 A OOFB B OOFA C OOFC OOFC 61C OOFE S 06 0100 6 0 0102 S 02 0104 E05 0106 0 SO 0109 [ 0 OJOS S OJOC F8 OlOE C00 19 0000 ............................................ * TI A A DO E S LI ADES E H HORIA ANTE BA E H ***********••······························· G H #SOO ; icia rdando 1 lor e SlO, eba artir e i era lo li d # 70 asta 1 Ulti a. S E OX #SOO HPA CMP SlO, ~ lflpara l lor e eba S E R n i o da loc lid d M, i s C X #S70 i al lta ti a e S E PA ~Checa i OR. O #$ A izo S E ST2 ; eba e H n l ndo S l R ; lor i s rrecto sa H R • .•••......•..•........•....••.......•....... * • TI A A I R R H EBAS ••••.•....••••.......•.......•.•............ G S C R OA #S lC onfigura tra s li as OORC el erto . OA #SOO nciende l O i dor e TC R t és el erto . OX #SS H TERR OA R, X Almacena la e tos O BL,X s igos e l bra O X OR ra r vi dos S TERR i l y t vés e ti a I S I . O 3 ocamputedor (MO) CAPITULO Iv Desarrotlo del Sofruare Necesario ... 0111 0111 0113 0116 0118 0140 y MORAN RO RR SR RIOR ROS SERIO IIS IO RO RICINO RICO Ne HORROR ¿de * ja RUTINA DE CONVERSION ANALOGICA-DIGITAL * * q FORRORO SO RONA FORROS HORROR SARRIA ARICA RON AHHH ORG $111 B7O0É CONADR STA ADCR ¡Guarda en el reg. de control] OFOEFD LISTO BRCLR 7,ADCR,LISTO; la entrada seleccionada, B60F LDA ADRR 5 revisa el cambio del bit 7 8l RTS 5 en ADCR para tomar el 3 resultado de la conversión ; del ADRR. AEARARRAAKERIRCRRARIRA E RRECRAARRAR RAIN RR «de * a RUTINA DE DISPLAY z PORRA AIR RIOR RARA RRA RAR ORG $119 3F02 DISTAB CLR PORTE A603 LDA $503 ¡Configura entradas y salidas B706 STA DDRC 3 del puerto C. AEOS LDX 495 E630 DISCHR LDA DTABL,X ¡Carga acumul. con el primer CDO12A ISR DISPLY ; digíto de la tabla de datos SA DECX ; a ser enviado y pasad 2AF8 BPL DISCHR ; a rutina DISPLY. 81 RTS BF42 DISPLY STX MWORKI1 ¡Guarda número de dígito. 1102 BCLR O,PORTC ¡Limpia bit salida de datos. AEOB 10X $08 48 DIS1 LSLA ¡Handa dígito en Forma serie 2402 Bcc DIS2 ¿con corrimientos y revistón 1000 BSET 0O.PORTC ; del carry. 1202 DIS2 BSET 1,PORTC ¡Genera pulso de reloj a 1302 BCLR 1,PORTC ; través del bit 1 1102 BCLR O,PORTC ; del puerto C. 5A . DECX 26F2 BNE DIS1 ¡Revisa sí mandó Jos 8 bits. BE42 LDX WORKI ¡Restaura el núm. de digito 81 RTS sy regresa por el siguiente. 284 Circuito Hh:roc~tedor CH JJ esa rollo el SOft..ar~ ecesario .. PI LO V 11 11 7 E 13 EFO 16 60F OllB SI 0119 0119 02 0118 603 0110 8 06 Ollí E05 0121 [ 0 Cl23 l 2A 0126 0127 FB 0129 012A f 42 012C 02 012E B 0130 0131 02 0133 00 0135 02 0137 02 0139 02 0136 S 013C 2 DIJE E42 40 ............................................ * • TI A E HVERSIOH HALOGICA-DIGITP.L .........................•.................. HADR I G CLR OA TS s 1 1 OCR ; uarda l g. e troJ 1 AO , l ;la tr da l ci nada, O R i a l bio el it n CR ara t ar l lt do e l versión el R. ******************************************** * • TI A E I Y ···································••******* G S 19 I S R TC OA #S03 onfigura tr das li as OORC el uerto . OX #S5 I R OA O ABL,X arga u1. n 1 ri er J Ol i ito e la e tos O CX r v;ado asa PL Ol l1R ti a I PLY. TS I Y ORKI ; uarda ü ero e í ito. LR , TC ; l pia it li a e atos. LOX !SOS !Sl A anda í ito f a rie CC 0152 n rri ientos isi n ET O.POR el ry. IS2 ET l,PO C enera ulso e loj LR l,PO C vés el it LR , TC el uerto . O CX E 0151 evisa i andó l s its. OX ORKl estaura l ü . e i ito TS resa or l iente. Cireufto 1ilcrocC111=1.1tador !;hOwn on !ha l.is1 p.J')ll ol th" d-lfa sheet ~lAROWARE FEATURES: • 8 9•1 Ar;:h11L'"C!Ufll e 112 Ovll.-S <.JI RAM • ~"'1(:1nfJ"o' "'1pped 110 • 3716 B~111S ol U:..ir lPROM • lnternal 8 B11 T •mt'I w1th 1 811 Prr.sc.aler • Programmatlo Poe~:;.a:111 • P•ogr.1m1n<1ti'1? T1m1~r lnPvt Modus • 1 '/co;1u11..'t:d /.r.a.:cg !np._(:_ • 1: l.., LSB Ouan11111mg Enor • ± \'i LSB AU 01her Errorli • :t l LSB To1al E11or IM.J~I • Aa11omctric Co•,,.1e•o;1on • On Chop Clock Ct>nt'r.1101 • Masle• ílt1'ttt • Con1p!r.1e 01Ne1upmen1 Sv,,tem Suppofl on EXOHc1s.er• • 5 V S1ng1~ Suppl~ • l:mul,'1("~ !Mii MCt.a:iiR:Z • Booistr"µ Prog1;im in ROM 5•mo:M•es EPROM Pro9rammong SOFTWARE • S1m.l.-11 In t.lf8:l) Fdmtl1 • • evte fff,c . .,nt :,,~Hu•_h1n ~ .. t • f-'"V 10Pro,1•.1m • True 0•1 '.'.1"''-u'.i11on • Bit "!t:SI df•d 61 •• nc:ti ln'>ltuClH)flS o \.'p1-..atite ln:t·••vor HM•:1hroG • Vi:rs.1! lntl.._.• f!"lJ •'1:•5 1 • Pov.t•dul lnr!f'•t'(j Ac!d•cs~·!19 lm T .ioJ~ • • FuU 511'1 ol (Olld•l1Ql',JI B1.11nr.n1<\ ..... '!Th.Jl'l' U• ... r1:c JS Íh··¡·~hl•"'>'í• !lS • ~'"'l'<' u.~1,,,.ict•(m l/.c"'1''> r • .,.,,.r,•'Ch1ri(.:1: e 10 P.,, •• .._.d,11J\~1fl~~"'\l •,j;- .:Js ..... \I v.,.!•"'· 4; ~·· ,, ~' ~t':,1. 4'.1 .:r•.i lrl) tHIGH OENS1TY, N CHANNEL DlPLEnON.LOAO, 5 V lf'flO~ PROC15SI 8-BIT EPROM MICROCOMPUTEA WITH A/D FIGURE 1 - f'1N ASSIGNM!NTS LINEAR INTEGRATED CIRCUITS TYPES HD7D. TlD70A, TL071. Tl071A. Tl0718. TL072, Tl072A. Tl0728, Tl074. TL074A. Tl074B, TL075 lOW·NOISE JFET·INPUT OPERATIONAl AMPUFIERS •~~·••·., .. o o~• •>Yl10n l.o- ,..,.....,, Ccr.iu~pt> or f?lr ll071 ,.,.., l'f dfli"fd ti lo ... "••• '""o Hu•<~"'"" 1"<1 ''" •'•w ''" Tl•t 10.,."l''"'<>">C < ,,..,,.,, •"I to< ~ •• ~ !.°*"'~ 1~0 tvd•O :,, .. ,..,pi,1,,, 1p~l>e11•C"1 (0<1' ,,....,. ... , ''"""',., J'ET '""'-'" ''º' '' 9" '"""' ,,,,,.,,. <•• '°""'•-l .. ,,., L <><>lot ""'""' "'""' ,u '"''''"oa on 1 ''"11'" _., .... ,,.. ... Oo•·=·~ .... "l0 1 0 T~CH" hól .. Tl0".Tl0114.Tl0111 JCIO"OO\JAl "•UOO( ••c•Millrc•v1r"'' O:. ~".:c~·~:c; ·~~;:•:,,,., TEXAS INSTRUMENTS 1 .. co"~""'"º HD11,ILOUA.T\.0719 JCIOO.•C>VAlllfll .. I OIU;KAOl1TOIVlf>'l'I "' . TYPES Tl070. Tl070A. TL071. TL071A. Tl0718, Tl072. TL072A. TLD72B. Tl074. Tl074A. TlD74B, Tl075 LOW-NOISE JFET·INPUT OPERATIONAL AMPLIFIERS T'l'PICAL CHARACTERIST ICSf ___ ........... __ ..,.....,. .... l~.::.7:.: __ _ ''' l ¡ l · ·-·--- - - f' ! ; ; -. ---:-4 J ·: .••. ... ' : ' .. ~~-:· . . ~ .. ~ . i ·r::;--;¿:¡,::· .. ··r·., I "'''-'~•> ¡ !t 1 T l ; . ::· : ¡¡., l • · · 1•i'I- '-¡-~ l llld. ! ..•.... :-;·~ ... '!¡"'-~··--· -/ i l · :-·:-- :- ¡ .. - . 1 J : ... ·¡·' 1 ............. . TEXAS fNSTRUMENTS "' Bridge Rectifiers 1smcon> Single-Phase '"":;:;-.. 1-----~---''~º "•-=·~r-'co'"'"''-"'~'-''"'-"''"'"'-''"'"":r'"'-'""'.~"'""-' --~-----! !l'tl:YVol Pf.'1, .,., •OQVC"wet ~ c:onl'>t'ctoon$ 1,, a."'''Cd v~.:i;¡c~ of ~ w :O'.' .,,;¡J.,¡ .. Of\ly !- do1Utl mo('tCll pe- 't'C91 lti ac:1 u bolti 1 ro-:;llflor aaj cvnont s.:>urca 111 AC IPP'6n$.ewOl'_.¡¡ous.edloastabl11'10'1'&'•l•ngcurt"""1•ntrie tM1J<1116"mva12s·card,..d&tactfyptopott>01\111101bso- 1vt• 1empci11!ura r1<¡ Tl\9 ..,molo11 ooe 11>11111n&1 •eot>­ IU!ed by adQog one artJa ftn4lot 11/ld a ckQo J.wk.,lllOl"t$ lot !!'le ,_ C\JIT.,..,I IOOl'Cott ~ boat ""1· -..i;ir\1, ..... o;ie proteciJon. b.. pow.tf" ,.1 .. ..-.ce, ·~gen.a­ tlon, LEO 0--, and ~t1n --. . The LMl:M-3/ o nectlon ln r c 8<>0 11#1'.e.MouitP~ LM2:W311/ldlM1l•-61ll.l:~-óa•A~l..-d~5tl'1.>"ll<"Jm. P'>'lt.;ra wnao i>CJ1!JoCG '° lo<>g "''"' l\M'11 clo-J.i nQ! t.Nact •ttvr•C"f' In lódo\IOn, only ~ W'll'H 8'8 T~ LM\34 ad O~fo< " l$tn(;o!li!i>111 '~''!.."" ol - !>~·e 10 .. 12~·c. the tl.!2'3-4 r1om -2!."C 10 ~ 100"C t.t'ld itlf! Lt.13.J..C ffo O"C to • 70"C huu devw:H ua a~a.i&blll .., TO~ M•rT'Ot..::. T0-92 and so.e pin.toe: pac~•aes catures 8 ~&IOS ll'om 1V lo «JV • -..rv o.onent •egvta OI\ • Progr1~1rom1 ¡¿AlotO A • T11,19 2.111fT!'W\&J e>porat.m 8 AvU&bllJ U fulty tO&C'r'oed lfll'TlpWOfUrG Mn.or •t3 ... Nllal~ocy To-t> lullc- o ..... J.__.,..,___, .. _ .de!' N~ lfrrlU4l, 1"'?·' orUl2UZ-4 • '('" V" .,... f\.f>V-•·:io< Ordoef'N~UIUOI S.. NS P~ Nu bW Oe4 yplcal ppllcatlon Or1Mt Humber U1 1 J.Cff, U11 J4K-l. Ul1.S.CH-f..~Ul%341i-3, Ul2:WW. r Ul»U1 S.. NS PICUgoa Numbw HOlH r&i,~· f=J ... S.. NS P~ Num~ D:JA ' .... A p1ot>e lor /'IQuatng •ltto.er th.9 PCRC-11 or tl>e PCAC-SS hutn•dlty HnMlt I• •v•ll•b .. 11 eontl1!1 of • Penollo PLt.sllc &nd rha itien hom pt,....oJle Of uraa pJn1tc. AU bu• 1:111•1 •nd s.n1or cJ!p1 11te g01'1-platae. Tha ovanll leng!l'I of lh41 p10~ la •l.\" 1111d lh• mulm4" COMPt.eTI!: ASSEUDL Y WITM UNl CABLE AND CONNECTOR ~ ;~~~i~~El ~~~?l~O~~!~s!,~ :~;:i~t;~ 1 o~;:;OI PHYS-CHEM M g~~~;'.'~lu~1~, SCIENTIFIC CORP. lfil IT,"1°'t'!:J'.8g 36 WEST 20TH STRC::ET. NEW YORK. NEW YORK 10011, U.SA. TCI cou ...... i; ............. "'""" - TC• CV· '°"""""'"""" """'" .......... - ....... rr•"· ............ _...,. .. CD4051BM/CD4051BC Single 8-Channel Analog Multlplexer /Demultlplexer CD4052BM/CD4052BC Dual 4-Chnnnel Analog Multlplexer/Oemultlplexer C04053BM/CD4053BC Triple 2-Channel Analog Multlplexer /Demultlplexer General Descrlpllon n- al\&loe;¡ mutl4>le.,•••1~1.1l1J1Jlo•oo• "• dlgi1.1.111 coo- tr°"*"'1' an.aloq ,.,,..,~ hiMng ~ .. OH"~ and v-v 1o ... ··or F" ~•0111 cun11<11s Con11ol ol ..,..¡og ......,Ull• uo 10 1 5Vp-p cari bm aci-..-.~ t>y diQ•lal ~·' a"'(lll1..0.t ol l-15'1' For auu~.u Vro• 5V. V55-0V and VEE- -!>V . .,.....-.¡¡ ...,.,.-11 nom ·· 5V In -t 5V CI" ~ eonlroli.d by dlQI· lal •"!pe io;..: slal•Olthecon\/ol"Qnal.$ W,._,aloQ>eal"\º' itphobol 11'\tAJl 1..-rrs...i an chaivwlt ''' .. OfFH C0405161.AICD4051DC 11 a "f'Q~ B-ct.anr.e.l m.ill•PlilKIK h&vir>Q ltvlMt binal) COotlol WlD!Jla.. ~U. and C. andan lr\Nbll Input. Ttw w- bof\&ry aigrWt t4'1ecl 1 ole cri..nnol1 lo b9 ll.l'oed ··oo .. and conr.ect u .. lripu! W ir.. out:>u\- CDt052BMIC°"0$2BC 1t a doU.ienlloll 4·cha!'V'ei mul\Jple•· .. N .. ing 1 ... 0 1>rJl&t)' COflUol inpuU., A anCI e. ard an lnNblt lnQul. The two bmary ll'lP'J\ ~11 M\flC\ 1 or 4 pairt o! cl'l.allrlelt IO b9 \ur.--j on arod ou<~-.L 11 .. C.,!!~;.--::;.:J :..~.:i 1og1npu11lotrnt¡j¡U1o1en!.al:><.i:p.¡:1 C0405l01.VQ).ol.OS3BC 19 1 11~ 2~ rrul1!plu., h.aw>Q thf" ~rata d>gQ•\&l and analog ~ levlll1. óyl&I 3-\5\l,a.-..JoQto151JP"-9 a l0\111 .. 0N" IO&l5tar><:a· 8011 \typl o-.vt ~· 1!.Vpi' 19· ~'(l'Jlr~lorVoo-VtE-15V • H~ ''Off"' '-•lene• cti.&rv>ol l4Nlkag.e ol t 10 pA il)'P} 11Voo-Vu""1C'I • Le<;oe i.-.e1 COO>i•l.lon lor dtgW addl•"U"IQ ~· ol 3·lSV (\loo-Vss-3-15'{) IO ••t\cf'l •nalog ll9f'l&I• lo IS Vp-p ('loo-VEE ... 15VJ • 1-l•tc'-l ••lleh c.hfJ'aet.n1tJc•· "'RoN-sn 11'i111 tor Voo-VEE""lSV •V""1lo•~~1po-w.-Ora,t.tQala,)nur'6.-allóog.l&I. ronuol Input and IUPPlt eondo:l.iOfl\· 1 ~w t1YP) at "oo- "s.s - '•oo - '•1:.t .. 1:::v ·~...tteu~on&ooc:i Connectlon Dlagrams ~ P11ea.on C04D518UfC04Jl5tOC C[).(°'2Blol/C04052BC ~C0406l8C =~e -¡;;:¡¡;- ~ ~ .. ! .. ~~ •• ... •• .. .. :., .... ,: • ..:.~,- ..... C..vltr Dual-In-Une Paclr.999 tJ) Order N~ Co.405 IOLlJ. C04'1$ tDCJ, C0405:l8UJ, C040S2DCJ, CD4053DWJ, Of C040538CJ s.. NS P•Ck•v• NumbM J 11.1. SmaU O\,ltWne P.-ck~ (M) Order Numbe.r CD-'1>61DCN. CD4052BCN or CD4'1!.l8CM S..HSP.a.a~~UllA ~~hdr.atelN'I 0rdM"~CG40111tlAN, CG401 IBCK, CD4012BMN, CP.40U9Cff. CO.&.OU8MN. cw to«wacN &nNSPac:boe~NIK LM3 5/L M35 A / U M I S 5 C / L M 3 S C A / L M 3 5 D AAA National Semconductor Corporation LM35/LM35A/LM35C/LM35CA/LM35D Precislon Centlgrade Temperature Sensors Genera! Description The [MIS 20008 are preciion integraled--'6 VM\W\of P.llQM. ~ :::~·;;:;;:.~~~::•~rty~~~~~ ::: :e~.~ la allQ a>1aliabl•ln lMPWllCT0-112 V~ U11a-.11nt•'Jf' ovw ... ., huro09f&ti.::• SOna!)fl te.loOI t:irc ... ll)o ·~1y MSy. 11 c..n boll u..00 •Uh aing.141 PQ"A"., JJJPP1"91. cw ith plul and nwiua~a./A.s1td•a••o .. 1y60µ hom1tssi..wy.nM1 .,_., l • Mtll·hllatJng, 1eu lhVI CI l"C In •bll a.Ir n .. l.MJS 1.1 111.d ta OP'lfll8 Z ot L.M360Z SM NS PKkagl Hi. \b-et :to.U. eatures • C.l.br1~ álrKliy ¡,., • olW• l .ntiyraó9) • near +- 0 lll'C ~llctof • o s·c ao:ur1ey Ql>l'IUlt-.tit..la tal zs•C) • fintad l r l ll -6 ' \O !.0" •&r>Qt a S....~ lor rs ci. ~UON • Lo co.I ..- lo 11!iw.kNel tnrnmlflg Q p<,¡¡-•lM lto 4 !o 30 volta • •n ~ 0 ;Wlj0 krloUN'(t2'Clo +1WC) $y.- YC>JT-•lllOQ"'Yal ••!iat -·r..o ........ •1''C fl0URE 2. l'uft- wtQ• enU¡.-•d• emp.r•ture .nt0t -AMEIRSIL FEATURES 4 142% Full Scale Accuracy + Temperature Compensated DC ta 70%C Scale Factor 1Y/Decade, Adjustable 112993 Dynamic Current Renga (6048) íCL8048, ICLB049 Monolithic Log Amplifier Monolithic Antilog Amplifier « £048 Dynarnic Voltage Range (8043 E: 8049) * Dual FET-Input Op Amps 018 SCHEMATIC DIAGRAM mar Pe pu GENERAL DESCRIPTION . The 049 is e emonolithic logaritberie emplifier capable 01 handiing siz decades ol tuirent inpul, or ihres decades al voltage input CE ia Fully lemperstura compentated and +1 rominaity designad to provide 3 volt ol butput for serch decade charge of loput, For increased Henibility, tha scato hitor, reference current nd offset rohage sr entarmaliy edjustabie The 8049 is tha antilogarithenic counterpert of cha 6048, + POMO ly penerates 00 decida ol oviput roltege for esch Ire lt change at the imput. e Pot r s » “— , > bi 8, Duteyr ] 1 729 SCHEMATIC DIAGRAM A AAA pu A —Y _ 87 - l 1 . po PIN CONFIGURATION foutline dwgs DE. PE) LE] o toc tios :~DIJ. IE ES • 12" ull e.ate cut•cy • e per1ture Coni~nsated O"C to 70"C • c.alt 11ctor V/Oec1de, djustablt t 120dB o., .amic urrent Aan~e (eQ.tB) • todS Oynarnic ol1age ange ( 48 & 491 • Oua1 T·lnput p- mps e.a ATIC I M \:..:,9 S E ATIC OI M "-.T----¡-.-J.--- ----t:'"o 1 '-· I 8048, 8049 onollthlc og mplifier onolithlc ntilog mpllfier ERAL Of RIPTION. The' 80<(8 i1 1 monolithie ~iHvnic 1 plif1•r ~Plbl• ol Nr>dt•,.,.. 1i• eQdti ol Cl/H'tnt inp..¡t, or l ru d~dn Qf "1)1U¡¡. if1PJL h li full., lf PlpuL F0< inc1u~d l!t .. ~1lilr. U'• K.llt IKtOI', rtltr• c• ClJUtnl •nd llMt vott1~ .,, ... 11•~ll'r ..Jj ru t1 Tlv 8049 11 1h1 11>t.loo¡¡..11tlvruc counttrp.trt ol 1h1 ~. 11 nomu·•,.!ly 9"1nt•ltu °"" •u • of ov!pul •olt1gir fot u 1-rtcha c.nthtinp L . r~· I F1 URATION ( lli e d g1 OE. I -o··· .. •• J • .. c.••• ·• ::'.':.:::'.:.: : - : ::.:·::.::: ~ •1oo•w•-u , ., •ioo•u•-.i .. . " .. •,ri..• ..... ' ........ cicn-1c>- o t IC)co-. .. H•- Orderthi1d•u1h .. t MOTOROLA byMPXZD'SOD tW.m7J SEMICONDUCTOR 1: 5.\C~tti\@#M#4'5· 1¡ese@2&ffl!Rft1tttP!Mtfttt#dlL: TECHNICAL DATA Temperature Compensated, O to 7.3 PSI Differential Pressure Sensors • , • &ilkori p1cwresist1vc pre!:$ure scnsor:s prond1ng \C<'f accu1ate ond linear "ºllago outpiJ!s - d11ec1t1 p•opo-11on;1l IO \he applied pre<;o;u•e. The sensor!: .l'!l single rnon· ohthic s'1icon d,.J¡.¡h1ao..¡ms .-.1tt1 i;tr.imgaoe and th•n-lo1rn res1sto1 r'lr.lworks on tr.e ch1p1. Each chip 1s !a~cr t'l'r"'•·'.:l f<:""r prPn">•• o;p;in nnd ot!&ct t...al•bral;,,n arn1 tempe1ature compur.:.al!on. Th~y are oes1gneó lor dutumut.,,1;1. múui.u1;;,I. medoc;il ;in:! other •ppl1c.'lt1ons. • Tempcrature Com~~nsJted OvPr - 40-C lo '" 1.::'5'C • Unique Sil.lon 5h~ar '..>tre~;. Str.:s·n Gagc • O to 7.J PSI (0 to ~O kP~I D•th.-1cn"u· Frro:.J.ure Ra119e e ~0.1~ FuU Si.ale Lmeant~· v.Hh MPX;;'OáU • Fu11 Se.ale Spa11 Cahhratt:d to ~u mV • Easv to Use Ct11p C~"•t•r f">.::ackage • Bas•c Elem11n1. S1n¡;le and Dual Portad Oev1ces f,~aolalilo MPX2050 MPX2051 (D,DP, GP,GVP, GS,GVS) __ __u:.¡.,__ ¡------- ! :i~~~~~ ~~~UAE SENSORS VOLTAGE OUTPUT versus APPLIED OIFFERENTIAL PRESSURE The lfOltllQC oulpul of !he X·ducer ii; d1rect1y prapo1· tiona1 ta the ddfercn\1dl pressure ¡ipphcd The ou\p=0.1% Full Scale Lineardy vit AP X2200 7 ELEMENT e Full Scala Spas Calibraled do 40 ri a » * Ensy to Usa Chip Eammer Posknue y y a a Basic Elcrment, Singir an: Dual Ported Devices Avaitatdo PORT | A. A PRISSURE PORT MAXIMURN RATINGS Asting Syuibus Value Unit Orrrpecssura Pipe 400 hPa Supply Valiago VS man 13 vác Soraya Tenueature Tag - 50 to 1150 X= Operamtg Temperature TA 40 la + 125 =c VOLTAGE OUTPUT versus APPLIED DIFFERENTIAL PRESSURE The voltage gutput of he Xduter is directiy propor as increasing vacuan is appbed to he vacuum side rel- dianal to (he differential pressure apobical alive to the prossurn sitte ol 10 Dilteremtial uatls. The out voltage ol ie Diltevential Etement, Dilfer- The output voltage af the Gage Vacuum Ported sensor entíai Ported ond Gage Ported sensora IMticasrz voids increases web increasing vacuna (decressmag pressure? increasing pressure appliod lol. Eicssura suo rofativa arglied lo the varuumn side with the pressure side at 10 be vacuna side. Sinmilarly, cutput voltage increases ambrent. ORDERING INFORMATION. MP x2200 Seres DEducer” adbicon pressure sensors are iva bits in ileremial anal gaor contiguralions. Devices ase avaitable im he BASIC ELEMENT prorkaye or veth pressuro post laringe which aovite mounting rase and barbied horse connections. Ton A A CAPA Serias Device Type Optinna Pa-teg- Style 2100 - 2201 Banc Ebermerat —Dlleruntial Cave Gas 23 MP X27000 MPAZ2Q1D DiHaerentiat Cars 357.01 MPxX237000P MPxX232010P Ported Element Gags Case 3150-01 MPX27006P MPXZ20GP Oage Vacuurn Carr 150-902 MPX2200GVP MPx220tGVP EAS me EN - A GA) riorornaLa ra 11414001 .MUIUHOLA ~ s ~M 1e01\1 u C~TO n ... ~· -----. ~-.t~.··· _,,_,.. . ~ .... ~-· -~...., ..... , ... ._.._ . ¡x;;...,.,..,..,..}....,,1B!"". ,,.,..,,,_ .. A .. 'i"',,....··""'"'·-"'?'.·~ . ..., . • llNICAL ATA' 1npernture rnpcns<:\tcd, 0 SI ifícrcntinl rcssure ensors ... 1151l1 u11 sc o;nr., 11111v1di1111 r1y rn1uilP. .:\nd li PM ll· aoe lput - 1J11cruv r•11110111011.1I tn 1l1c .1f'LJ*"~•t ¡ir•• :.wr rl1r. r.rnsor !ti qlt• n1onol1!hi.· o:·h~•Hl '1• ... 1•h•ari•n w•11· •h~ ~.1'111n 1')1'1" ,,,.,, ,, """ l1ln1 rr~1"-lt>r rl l"k r"' 1I o•tcd cv1cc' /'wnil;-iltl•• AXI Ul\1 n l m S r>ply nt111gl' S•0t•11"~,-.,.-,',.-,,-,,-",-.~~~~~~--~~- 0v 1111mg r. 1>el8h.Hfl MPJC2200·--¡ MP:X: 201 1 (D,DP, GP,GVP) [ ., .. , X·ducer ll!C N IH:SSUHE Sl:.f~~UllS LTJ\GE TPUT Y JSUS l\PPll(O Olf n TI L n ssunE l e l .i •! o tLJlil f 11•" tJuc1•• rfirr.clly 1n11or· l o al l t e ofl t ,11 nrn~<;"'" ;1rmhr•l l e ut11111 l .-il]e / th" 01H~1e11t1al fll't111•"!, dl r- lia1 11ed d 11gc o•l••d "'enso" 111<::H'ilS"~ .,..,,h ni11¡t r ss;;re .l p?•aiJ 1:.: l!." ¡:1cs~u1e t t.!c rc!~1··•c 0 lh11 u11m itie onul;uly, o tput !111oe incrron ••o; onorm G NíO ATIDN. 11'1 1 ;is•np ... ruu111 os nl1rd l thr- .,¡icuum i c l· .,.n Ir> 1 o 1c •nJ1-------~----~ .. ._ .. -----.---. -.~. ,-~ 54/74132 54LS/74LS132 PIN CONFIGURATION OADERING COOE ISH S..:110f'1 9 lor lurlh•r P.ck•o• •nd Ord.rln¡i lnlorm•llon.) PACKAQCS C~l~F. COMMERCIAL RANOEa "cc•IY ...... ,. -··c .. ·•O'C MlLIT ARY RAHOES Vcc - IV' '°""·'• ..... e .. •lü'C Pl111ic CIP F1g A N14tJ2N • N74LS132N ----i---- ---------- --------- N7otlSIJ2F 55-tlJ;F S54LS132f' S541J2W 554LSL12W INPUT ANO OUTPUT LOADING ANO FAN·OUT TABLE ¡i; .. Not• •) Flgur•A P1NS !>-1114 s.4Hl14H 54$114!1 s.4LB/74LS In pul' .... ," ... , ~J 111,.!rnA! _,, Oulput' IQH ll'AI -800 -•oo lol 1"1AI Alti'•I - OC CHARACTERISTICS OVER OPERATJNG TEMPl:::RATUAE AANGE 1s .. No!• b) PARA.METER TEST CONOITIONS 5-4174 54Hl74H ~ .... .... •.. Po11hve go•ng Vcc .. 511 1t11111hold o --------- ------- ··- Nogal•ve going Vcc'*'S\' lh1&$hOl.:I ... H)',t&r1n11 Vcc • 5V º' •ce .. Suppl)' curren! Vcc r MH., \/•>¡ ., OV ,. lccL Supplr curren! Vcc =-Mu.. v,,. ~ .e sv 'º AC CHARACTERISTJCS TA y l5"C ¡~ s.t.;\IQn" 101 w..,.1u1m• aooó Con<1t1lom ¡ lPlH IPHl PARAMETER TEST CONDITIONS • , ....... - ........ - ....... < .. •<1~4S.lo~\ 1<>.Cll-IHl74H Ml11 1 Mu 1 S4Sl74S 54LSJ14LS "'" .. .. "'" .... 15 20 °' º' 545114!1 S4LSl14LS « 15pf n, 2k11 Mlf'I 1 Mu Mln 1 Mn 1 1 " " UNIT mA UNIT National Industrial Blocks 44 Semiconductor LM2907, LM2917 Fre+* cancy to Voltage Converter Genera! Description The 1425907, L1M2917 netas a monolithle Irequéney - a Fiequencr doubling toc low peta. to rolisgs converter eitht a high prin op amplcompary- WS Techometer het bultlo hyririmsh vel elper dibor tor detigned to operates rebry, lamp, os otter load wherv” eta input os pround refererced imp MINT? de input Hequency each pr excredr a telecied rata, 2 Bunidna LM291 Tha techormite ses + charga pump technique and e 20 7 rei Mi + oHern terquency doubling for low trippia, huA Input E platection Án two versions 1LM2907B, 114291781 * Ground relrrencad ischometer le Ny protected and In vuiput prings 16 ground Tor a terú Meguency — 7 hom dimage dut 1D teng above Vez md below : : " . ground. Advantages Applications " Output sine to ground for retro hequency inport " Enyiroum Vos "E e eo RARO, e Only 00 RC nerwork provides frequency doubing Dret fundar ipred remirg . Frequency to “eomega convenion ltchemeterl Speer domrien Breskes point dell meter Hang held 1achornetde 5perd govtrror Cruise corral Aiomotire door lock contri Clutch control 10 . Horn control Towch of Ipurd rich 2 Zeres ergularos on chip slow accurate end riable hequency to moltage ot curnant tun eron. (LM27917) Features " Ground relranard lachometer input interdaca direcaly with variable ertucianca magnate pickups “ Op amplcomperstor ha fogating 1emistor ouipwi e 50 mÁ aink ar source to operála relayt, soleno-de, meters, or LED 7 : Block and Connection DiagraMs Dual in'Line Packages, Top View L Ds det Hurmbe ¡11779079 Ordo: Hurmbar LM71TH Sea 5 Pocheya MODA Ley 05 Pr SITIO AL = kl - 4 Jo. LE, - > , ; E T" j" £ + .. 7 , a . - me , o ce - F I A Cuámo Number LMIIOTS , Dedar Number LLAIDATS Lea NE Pote JA : Eo TP ea JA Driber Number LMIGO7M , 1 Or bes Perras LECID] TA Lee HE Pacto HUIA, : Soo BS Poio MAA ID 'Z O6 TR LI ST ~National ~ lco11ductor '"'"""'' 81~·· ¡ ~ $ ~ 2907, 2917 rP• u ncy olt ge onverter ~ eneral escription Nt :;":J 1 ~2Y0~-~~~ 1 .:.;'::,;;.• ;~':"~~! .. ~~~~ . : ~=:'.,~:a:~1n 1 ~;::.:: 0 Mlh •hh.r d~~ ~· t0< d11i1l"f'd lo 0~•1111 ~lry,l1mp, o• oft•• lo.d ...n..n· · 1n11.i 1nPn1::.•~.·· V.. u1 trtQ "1'CY ot.C- ot u~ 1 w1rCY ubli..g f t l "' rip l1. tva l"f'Ut fO\K1i n I wlt • tQ •r-.;'( wolu~ r C•ll•1nl cton••tiomrttr l 'I l i.rf0oe• irtct1t .. :m .. ,., it ttlu Ur.ce ""'~""le i .,pt • SI 1 pk p.1t1tor . loUH>9 11r,.inor tpllt • !iO A 1i k or 1 u.-c• 10 c>•ll• 1tl•'f1, w ;m;, fT\f1tn.Df O. •. Bun1.,,u,.,cm~M2S1t1 • 1on1;nurhyty~ • ·c,a.und ••h;.~ u.d'l .1.,.. " t1.rnr.P1o•~utf - · ho d1 .,... Out TV rwinvi •br:>..., Yrc ..-d bño , ...... plÍcations • B•n~ .. in1 -11 "'11"' • 1nd ld1•d>0m.,W •Spodgourn t • c ....... f npol • t,1'Jomotiwtd00t c\ C'Dntlol • ltornf hvl • Touch o• 'º"""'"'''e..._ l ck d o nection iagrams o.,.;.1,,:u ... P1ck~. t p v;.. ... º"'"'"lw_L .. l"t01"14 s- .. 5,, .. ~ .... "'ºª. 0..S. w,..1- .. 19071 S...,OfSP••-JU , ~N ..... -L .. 1907N s-..sr•• ... "IUA .•o•N • ...t..o•L"'2'1J"l.a !-.""""''"?""'""'• 0.._ ..... __ LM.1'111' s..."""•'•J,. ..... o._ ... __ li.t:nl71111 . ..."""•'"- f~ .. ~¡=·.;,.1 ·:ru"3: Advnnce JnCorn'1.a.tion MULTIPLEXED LCD DRIVERS MASTER ANO SLAVE Tho MC14'AOO IMastofl LCO Onver 11nd the MC145a:l1 !SlKkplanes lrom tt.c Ma~lor un•l. Se~O!! t35cad'!l'd l1u1t11he Mas1m v"'\ t¡;i •flC111! d11..,on •n 1ho sysU:m lhe rn~A.mum numt;or ol !1on1- p\,),n-..s os d"p use dalll 11.:;.m 11 m1croproccuor or 01hcrr §.<:nal da!11 llNl clocl sou1e1: to d11...e or.o LCD 11 1.l..;1u"1e;.:c~~"1 Cvmµ .. 1.t;,l.ty • Scn<'!I Data, ["ternlll!·f Clocked • Mul1+pte~1n¡¡ D !'·Four • Nct dG Dnvo Componen! lcs.s Than 50 mV • Master Cr•vf!S 48 LCD Seumonts e S1,1ve Pro..,1dt1s Fion1pl3r<0 Dnve lOf 44 LCD Sagmenu • Orn1cs Sogrncnts Up to onn Squ.:ire Cent.meter I0.15ó Squ,,re lnc.hesl • Drsplal' Operllt•ng F1equenC'(,. ~Hz Muimum • Suppl'( Volta1;1e Range .. 3 V to 6 V • laich StoraQe ol lnpu1 Dala • Low f'o- l.J1:u>p11100 • log1c lnpu1 Voita¡¡e Can bct.'Od Voo • A.c.comoe• Oa1aln FPll f.1C1456DO F,1C145001 Crt!OS LSI ILOW·POWlR COMl'lEMWTA.RY MD!il MULTIPLEXED LCD DRIVERS MASTER ANO SLAVE Cl~AM'G P.o.CJ.AG{ ~te.11 LSUFílX QAAUoC P ACltAGl .,,... "' P $UHIX rLA!:tllC.P.OC.o:;AGl ""''"" P SUfflX PL..-.S.Tl<:P ... Co:;Al.f. ""''"" OROERING INFORMA TION MCtmXB li: SoH•• o-••• L Ce1a1no<; P•cU;>e P P!ast.c:Pachg• e L""41t-dOPtu•U)IOP•<>l ..... lll 0 • .npu11 .-;¡1.,,,1 d•rr,..,ge oue 1u ru,,,.. ,,.t•c "olal1" C><,.;fl:u< r..,;,u '"'"""'"'· •l•'ª" .,Wd Vo~I t. COI' "'~ 10 ,,... ••"?"" 11s,s"SVmurnp1oon • H>Vi Con11nt Ratio • W"odeY-1ogArlogl• • Rapid Rt'lpc>nM • ProorenSuhng Titd'ln1QUH e SuQ.t'IOt' MTBF ~~n~ IU.I J,":-..1-•11 .. "'••1• r,n llA~ 1 tJ.111"'"' - _.. _________ ----- -- ----~--- ::::. "•lU:l CQ&llCUUTIOI OPTIONS • A•ll1C:11o;S.1,..,. .... • Rtfle<:t1•t: Alum¡. • Tr~sm•u.••• • Trwafltc'I...-. • Conoec10f Pln1 XR-4194 Dual·Tracking Voltage Regulator GENERAL OESCRIPTIOH T"'e XRA'9• •la a ... • 101ra· 11 !•tt••"9 •ei;iv'a•o• -:Je l'¡j"'e'!: T:i tl':J•·~~ tl!'it"i:""-'::l ~· ..ort>a il"ttd c:is T ~e ar-o negi!••ll 0.,1¡;.,1 ''::''!a:¡¡es a: c~"•"'IS o' :.C: 10 z~: rr:. .:. S•";11 ·e~ S!:l• ti" De JSOO 10 a:l¡JS! e<;•!'> º"\~..o1$ oe tv.11en \1'11! •·r-1s o! : 50i"'"V '"º 1•2 11 T"e :le•+=e •S ideal lo• toca• 0" card •l'gv'a1·0" .,...,.,,¡;,. • .,,.,,,..,.,,s l"'ft C1·SH•01.1t::i" o•oo•l"'5 asscx:·ated .. 1n s1,,;1eoo"t '1:¡¡.1 f&!•on !t>e )l'R ••94 ·~ a•a atie '" a 14 p" C"-''ª"' e d..oa• ,,. 1·"11 c;ac~a;e ,.,t1ci. "'•' 1 o/.lC ,..,,¡., 1 a1.~; FEATURES 01r1c1 Reo11c1m1nt !o• RVIRC 4'9• Bo1ri Qy1P\.i!S Ad)"S' w 11' 5,.,i¡¡re ,:¡911510• Load Cv"I!": lo 1 :?~ m.&. "'"'"' 0 2''> LOOIO Re9,•ll'O"' Low Exte•na\ Pan1 C.O.,rt 1nt11n1t Tt-erm11 5t-.,10oW" at ':'J• 175'C E1\a1n11 AQ1us1m1nt IOf z Va Unt11:1.,C1l"IQ APPLICATIONS Oo C••iJ i:..,; .... at c- -.a1,.s1a~•e Re; ... •1•0• ABSOLUTE MAXIMUM llATINGS '"Pul vonage J: V 10 Grourid XR .,9•i.A XJH19•CN l"ou110...1p ... 1 W'o•111Qe O tla•e"1 a: Ptiwe1 D ss1p,no" a1 1A • ;_>5•c Load C.inr"I Qoeral·"I~ ..lunct•O" 'Terro11•alu•t Flanlle xR•'9•M -':15•:10 .1so•c io:R •19•CN o·c 10. •;is•c Sro•aoe Te,.....per11 ... •e R•"'óle - 6~'C 10 •,:~·e FUNCTIONAL BLOCIC OIAGRAM OAOEAl'iG IMFOIUOTIOM h11 Humbff h0.11~ 0Pt11Ua¡ tiiaptrt11rt XR·•1i•CN C.ram.c OtP O"C 10 • '."Q•t XR .,90,,4 Ceram.c D1P -ss·c 10 • 12s•c SYSTEM OESCRIPTIOH T"" JfFI •, ~· ·'S a d.,.a• oo·a••!t t•ack•ng ~ou1oe •e-ouia. IO• .. ,.. º" t.oca•d •e!1r11M(;I! ,!!, Oy 1 !;11"1Q•t •l!S•SIOI °" '"'""·"1!5 l:>Ct"- °"'º"' .oitagu 'f11Ck•NJ 1ccur1cy •• º"',"'' \nen , '·• "'O" Sy<"'l'l"O!• cal O...!O\.I! •Olll'ijll~ l'I OC'l•""''j t'r C0""8C1 r-0 1 't\-$!0 1 10 ,,.." b1•1r.ce 1d11.1• , P - 41 1- · "'' .. '" e• 01ee1 ·o" e ·e 1o ·~ 'S '"C 1 ... or ~,..,,..,,1 \~ ~·:1:; ... • 1-0 a::., ::.i••er1 : "'1 '"i1 llNEAR INTEGRATED CIRCUITS • 3-T 9tminal R991-1l•tOf'1 • Output Current up 'lo 1.S A No E111•rn•I Compon11nts • lntern4\ Thermal ChMloed Protectlon • Ditoel Ropl<1.~~ts fOf Fairdiild µA7800 Serie1 • H1gti Po~ Ou1ip.atlon C•p•bilhy • lntarnail Short·Circuit Current Llmitlno • Output Transistor S1fe-Aru Compens.atlon de-M;ription Th•1 1er1n ot l••~·•olUQlt monohth•t lntegr•t•d· t11cu11 ...0111~ 1~ul1tofl 11 de11gnE1 incl..dt oo.c;11d 11'7-1111100 lor 1l.n•1...,,l1on ol noi11• ~ dii1ribu11on PO V l>V ..... 1a1&c ..... 1a11c ' •'º C_.,,.,, Clllll "y l••M ¡.,,., .. ,_.,,,¡.,<0• .... ooo -400 lm.tmAI 20 20 41a••t PIN CONFIGURATION - g •« . . ' . . flgu1• B OC CHARACTERISTICS OVER OPERATING TEMPERATURE RANGE ¡s .. Holol b) s.4H/74H s.4S/74S 54LSJ7CLS PARAUETER TEST CONOITIONs f--~-1--~-+--~-t--~---i UHIT Mln u.. Uff1 Wa• Ma• Mln u .. lcCH Supply cun11n1 " 'º " lcct Supply cu1111n1 Vcc • M ... 11,,.. • 011 " Arc_c_H_A_R_A_c_T_E_R_1s_T_1c_s_...cT•c;-·-"_'c_1•_"_•_~_"_""'-'-º'rw-•_••_•• __ ~_•_•_••,c_ .... _'_"""-'·'~----~------ __ PARAUETER TEST COHOITIOHS IPu< ProplQlllOO d111l1ty Wave1orm2 IP01l Propag1111on del11y w11.elorm2 • ,.._,,.,-..on.,,,.t>e•o•M"-•'"º'""'""'""'º.,..''"••'··••'"'"'"'•'•c""'~"''"•' ............... ·•~; ......... e1 .... , D ::.·.,:::.:.~:.:~·.-;·-;.;~·~:~:-~;~•::!>"::;';~;:'.,:.;,~;· ""'° ~·•i•W< - ... !t-4114 cL 15pf Rt. - 40011 Mln 1 Mu 1 " 1 .. Sl!l!ll!llCS S4H/74H S4SITr.11ure !Set Note 21 Storage TtmpPralurr Ra"9f' L~Mj Trmpeulu•e 1/16 lnch t.om A\l.l'-ntilr lo• 5 Stoconch .. o,cs 1 º"'º'""""""• 1oeo"c""º'' ,..,,., •. ,.,~·••''"º"'º"'º J3..,,.,•c :dy - rus, u In leo S1eel (Scrlei )()()}, y• •Jl ¡.ervJce a pUatl ns. r .ad ~lection l o Ol r nz.e, .:is lln!!d. dy ~\er\ab d Opc!ratlng r u l!'\ i. Soeah and DilCS - Butu "N," Teílon• or Ethyl. l::!e. e ePr ylene,allllte . µlicatl ns 6,~,~~e~ ~Y!:~· u listed. 1e 1mdtble Will)' y¡\yci. a.1e 1.ed : CQle •nd Plugnul - 4JOF u. ~~~~¡ • ~~~~~ent 5 rings - 2 u, -:C~~n : ~~!~"wn ~~;n(~i~C:ll~~~Íb~~)~uandnylunbody)¡ ,.,11.,uon • ld1wntu:n ol.notd &.cburu1Twotypes11v1-ll .. ble: ~r.!roh • •,er c.at ent {il) T~ 1 - C..-.eral l'urpoM. '.;~~:·~~11';,";8:b~·.~a:~:1~~i1~-,~~~ ~f; ~1!'J;1 4 :;3 ~~~J~n~ 1 ,;;,::;.~~I~~;. ;'~tt~Z¡º~;!:!~f~n~ ~~~:~ t~~gq~~~ TnTs!?11~ndf~r(~~~l~~ta~!·a~d 1 d~1 1 ~1;."2~"n~~~; ·n\11\l~ion. your lool S O ofílce for ypel JS and 4 . Jecifications Ell.'d.rlcal: u1nd1rd Volug~': •u.ulont o t)'pc1 iv.iil•b1e: ~~Ít!~i.~ :.volu, ~C, 60 Hz (or 110, 220 .~':,~~ ~;;~~h;n"!~:~l~~di..._.,...._.,_..,, ._.-m UKl'tlCAl INfOílMATION "f'·:A JU ~jj" " " "" -, ___ ,A~ ... '" . ~,. ( ,.,. IL1 " n ~· ... ., H ·' n " "' ~l\ l"1;: " u IU ...... ,.,., ,.n, "'"" ...... Oi'TION.Al f[AlUltlS Many oplkina/ aleark:al Uld COMln.ICÚDn fu1ures1n11valt.b\e,1Tfetl'OOpol.lomlfeuurcSec:tlon mi Antamattc Sl!.1fchCo. S0-'4•W-L>ood,lbt.wnl'aflr..,_,__,.1119ll.Too[.1;a,1¡,....;111» 20 • .._.~\.&_.......... ...... _ BATERIAS RECARGABLES Corauuod.11 P..• Dfl"'• Mcu•IOJi«po1•ciCn y• Q.JI! a1in wlllodashermet>c~nte v ~m;J no 11Q.11.,.1w de 11f.:::uo1iuco td.cicro¡I. Se pUón wnplur en $Wlr oen p;ioralelop111obtener11 le•1J1Cn y c~ldecl requerod.1. CARACTi:AISTICAf>. • Propeo"t:>M-1 h::i1a 1000 c~lmdolc.arg.a, 1 de11:.,11t. 1 EnlP'Ql.lt<'lt D011•11•1r>ode dtO~KIO.. • TPrnp1ratur1de rv.r.i1ciiYi -60oC 1 + GOCC 1 Mi1Ue JO tipo<. t-.i~. CAAACTER¡¡TICAS: • Te~ratur• de r.c;ierai:rÍrl: -20º 1 50oC o De 11Jllc11t1oie5 en 1f P<:t1a1ic• def consumidor v 11phc1eion111nd..nu!1ta. • Se le1 puode &;>llc.&1 cvg.a t6.p1d.lr o no._·----.-1---------i:J G.<1f'U'f>R-=t. SI 10CO 1.!il+. 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"''•• '"" o'''"<"•" .. '"º'' 1 Po••,.'·"••"•"' 11o'c '"' ........ ,_..,,,,., • ., '"º '"ºº'o o -Je 1ll 56 DIODOS EMISORES OE LUZ T.uu.Aos DE 1 y IS mm DE OIAtlElRO = ....... ~ ...... ptt ...... '°" .... ·~·-> , .... Ol'0-1 .. _I IM1'1»GI •to-JOta.t .... ,,,S.& :~~~ ~Lllll:WO Ui!LHt<;lRt t,.(L\lloa (".4¡,UICW'< DlLU>al ~~ o;.,• ....... .,.. 111:~:~~- SUPER 8RILLANTES ~- ............. -~- .... , ........ .,..,...~-...,.,~.-.~.-..,,.,.... .... - ... -... __ ... _._ ..... ........,.,., ... _ ....... Oe<>"U .. 10....., ...... ..--•• _. ..... ba .. (Jlll">.0.L ._. ........ --....... .-:1-c c...-.... _......,.,...., ... ,,.~ ~ ......... _..._ ... «"'"···~ 1 ::cru ·:-1 '7 , ... _ .. _ ....... - ... 11·,._ ,_.,.,..,,. _ _,_r.,, •. , •• 11t·c - FUSIOl.E PARA USO GEN.ERAL F"USION".t.PIOA S. rmple'" P-M• I• prour.c10n dr orru1tos son eltv~iCf"la decofu~n1e du1O•"">al •lvll""nl -1~ ... 0.C'>'f-letw;l;;i;.,:-• 10.0. :50V I FUSIBLES ESPECIALES PARA EQUIPO EUROPEO l'UIJ'ON RAPIOA ,_ ~- l'OOO•ro• 21'»010!i-l 1(1>0110.l 100-011~1 Y.:OO•i'0-1 20l-01X·I 200-0\JG.1 =:~~ ;:g:~: :ro-01~~. -~ , __ ~~ <)~A. 1'tfN 1)1 001~ ¡;~l:i,..,?W'I 1)1010 O0\I ~~' •••r., in~1rumenlac1in. ~1 cµe ~01 wi d1mi:l1~C'r'M y c•Kll!ristic.tt pueden .Wpllll l.ieilmentr ¡ eUClli l!CJJ•PClli. C.1.RACTERllTICA.S: - fUSIONIU.P""O-" - '~001C1;11•_,..""""...,11vc-.......,1 - 2111 ... 0.e>;><•-......-&llO"'•nuoot ·~· - 4o(X)'llodolc.o-1-••notr•"'"•OlMQunoc. I ,~, - !•20m ... - V-'IOIM0.'°"'A• 100A.2"5CN FUSIBLES PARA USO AUTOMOTRIZ DE NORMA AMERICANA Seuun espec~inente en 11.JtomO.,,iles y ua1.en.,, óler.ntn tipa& y med•dllS. ,_ -- '-~ """""°'"' ~:~ U•l7" 7.00110-7 1 ~· • l111 ~'''"" """ '""'""' 700-01110·1 liE 7.l••llV =;~; Xl•1l2V ..... 1 .... 100-0l•,... ""°"'"° lU.•••11 l"»-CJ»I ~'~ 1!1.A•l•ll 20>01~1 "'.., UAol2V =~~ '""' ~"" 0•00 10A•l111 ;:ooo.-03-0-& "= lO"•l7• ... , 124 DICOPEL .... .... .... lYPE Tll78 N-P-N SlllCON PHOTOTRANSISTOR • Oe1igned fOf Automatic or Hand lnstortion in Sockats CH' PC Doard1 • Recommended for lndurtri•I Applications R~uiring low.Cost Oi~rete Phototrnnsiston • Spectully and Mechaniully Matched with TIL32 IR EmiUer. mechanicaldata Thi1doiQI"'-11 clur molde.,;! epoxy body with 1;tn1·pltttd du~t lud1. abwlute muimum ratings at 2s•c free-air temperature (unleu otherwise noted) Collt"ctO• Em1llet Voltl~ Emrnl'f CollKtor Volt#<,IC . • • • • . • • . • . • . • Contmuoul Oevice 01u1p111on 11 (or belowl 25°C Fin A" Tempe•11u1e IS~ No1e 11 Opeuiu·-.q Fre-e Air Tempt"rlh.i•e A11nll" StOllQe Trmpe'l'llurt Alngi! L~ Ttm~.11ure 1/16 lochlrom Clw- lor 5 Se.;Qnch e1ectrical characteristic1 at 25ºC hee-air tcrnpcrature funleu otherwise noted) 50V 7V ... s.omw -4o•c 10 eo•c -4o•c 10 ioo•c 240ºC le• 100 .. A. H •O !>O V ll1aR1ECO E""'"' Co11oc:10• B•u~0~1( H•O T.o•l!Q"C ~¿::: ~: : : i~ 5n' opo•Ot.f't ot • <0"" '°'°'~O·OI~•• ol 11HI "- 57 OF 14) Sola (5 MAX ACT PE A, ... q > A a E L S A A 273 o £ H A At z I b a si er vz 2z o ! e a n a El Pro ORRRRREOnOR 53 q ns O T C e n o o o r p m , ccoo p o s o L o n a c o s o n o c a n t o o m o p a s o l 2 Solo D.A.T.A. 273 "'DT!MaOlillTJIOI ~.u.u¡ tlC ~ YUU.'TA ,..._.._, __ -..-.. le:. ..... ~ ..... ,..,,. ...... _~ ... - ... - .............. _ _ ..._,..,_ .. ....,,._..,.,,...,....,._,,.MOn_ -t-.11r...__ -s-..ur..._ _ _...,. b--CD"e&>k-..cn-..-0o--··-"'-·- ~ .... ......._u:>'\ .. --,,. ....... [~] [~] Cff?l• ~]· "<>~S""1 .......... 'Tlo.kt:SllU.TIVU.LT.U rl~~Q ~I: -~ _l:t, Eaio.~•H_.....,.lall""••ltu~•tl1""cl6ncMIO•UPOI""•"'"' .. ' P'tOS&.111..,0fro.llP<>9-•apl