lunes, diciembre 09, 2013

Herramientas: Carga Fantasma (III)

Cajas de resistencias

Si te prima más la precisión que la potencia puedes hacerte con una caja de resistencias.
Caja de resistencias para valores bajos
Caja de resistencias para valores bajos
Una caja de resistencias no es más que una serie de resistencias puestas en serie en las que se selecciona el valor final con unos interruptores.

Dicho así puede parecer muy complicado, sin embargo es todo lo contrario, un proyecto muy simple de hacer y una herramienta potente a la hora de medir el comportamiento de los circuitos.

El esquema de una caja de resistencias es muy sencillo:
Esquema de una caja de resistencias con conmutadores rotatorios
Esquema de una caja de resistencias con conmutadores rotatorios

El esquema que presento es el de una caja de valores 1Ω a 10MΩ (9999999Ω) con una tolerancia del 1% y una potencia máxima de 1/4W.

¡Ojo!, hay que tener en cuenta que tanto la tolerancia como la potencia máxima están referidas a una sola resistencia, por lo que habrá que tener presente algunas cosas:
  • Tolerancias: en el esquema anterior se ve claramente cómo funciona la caja de resistencias, si queremos poner el valor de 1000001Ω utilizaremos una resistencia de 1MΩ y una de 1Ω, ambas tienen una tolerancia del 1% por lo que el valor de la resistencia de 1MΩ podría variar entre 990000Ω y 1010000Ω, lo cuál es una variación mucho mayor que el valor de 1Ω que habíamos puesto.
  • Otra cosa a tener en cuenta es que en resistencias bajas (1Ω-10Ω) será más difícil controlar la tolerancia ya que los cables y conexiones utilizados te introducen unos pocos mΩ que van sumando y pueden fastidiar la tolerancia final (ten encuenta que a 1Ω la tolerancia es de ±10mΩ)
  • Potencia máxima: tendremos que cuidarnos mucho de la potencia máxima que aplicamos a nuestra resistencia. La potencia dependerá del número de resistencias que estemos aplicando para conseguir un valor: si usamos una sola resistencia la potencia máxima que podremos utilizar es 1/4W, si usamos más la potencia se repartirá entre todas las resistencias que utilicemos (dependiendo de su valor). De forma rápida, podemos decir que es mejor utilizar (en términos de potencia) 999999Ω que 1MΩ. Veamos un ejemplo simple para cuantificar el valor:
  • Queremos utilizar una resistencia de 100R con una tensión de 10V (100mA de corriente y 1W de potencia total consumida), por lo tanto, la caja de resistencias no serviría. Sin embargo, si usamos 9 resistencias de 10R y 9 resistencias de 1R ( valor total de 99R 101mA de corriente y 1.01W) la potencia en cada resistencia sería de:
    • Resistencias de 10R: $$ P=I^2 · R = 102.03 mW $$
    • Resistencias de 1R: $$ P=I^2 · R = 10.203mW $$ 
    Ambos valores mucho menores que la potencia máxima que podemos aplicar a las resistencias.  Si te preocupa que no estás aplicando el valor exacto, recuerda lo que hemos dicho antes de la tolerancia: al tener un 1% la resistencia de 100R podía variar entre 99R y 101R, por lo que estaríamos (en principio) dentro de la tolerancia de la resistencia.
S2

Ranganok Schahzaman

PD: Algunos enlaces interesantes:

PD2: Para que veáis una caja de resistencias profesional por dentro un vídeo (en inglés) de una de estas cajas de resistencias (Fluke 5450A)

lunes, diciembre 02, 2013

Herramientas: Cámara climática (I)

Hace tiempo tuve la oportunidad de trabajar con una cámara climática y me quedó el gusanillo de hacerme una sencilla.

En una cámara climática profesional se pueden controlar la temperatura, humedad, presión, tipo e intensidad de radiación lumínica, e incluso se pueden crear atmósferas especiales (gases corrosivos, saturadas de humedad, ambientes salinos, etc.). Algunas ocupan una habitación entera (o incluso más) y otras pueden ser del tamaño de un horno de cocina.

Mi idea no es hacer algo tan complejo (ni tan grande), sino algo sencillo que pueda utilizar para comprobar mis placas en condiciones de temperatura y presión "extremas", incluso se podría añadir radiación lumínica mediante LEDs (desde IR a UVA).

Tengo por casa con dos latas de leche en polvo que encajan casi perfectamente para realizar este proyecto:
Las dos latas encajando
Evidentemente no podré meter un equipo grande completo pero sí la mayoría de PCBs que hago, ¡y cabe una lata de refrescos! (¿alguien dijo CANSAT?).

Quiero controlar:
  1. Temperatura (importante)
  2. Presión (secundario)
  3. Humedad relativa (controlarla sería muy difícil me conformo con medirla.
  4. Radiación lumínica

Tengo un posible diseño para realizar la cámara climática, se basa en el control de una célula Peltier para calentar o enfriar el interior (perdonad por lo cutre del dibujo):
Cámara climática: esquema de montaje
Cámara climática: esquema de montaje
En rojo la peltier pegada por un lado (cara caliente) a la lata interior y por el otro (cara fría) al disipador; este pegado a un ventilador que extraiga el aire (flujo de aire en azul). Entre latas tendremos un aislante térmico para evitar que las variaciones de temperatura externas influyan en la lata interna. Se conecta esta con una bomba de vacío mediante una válvula de aire. Por último, en lila el sistema de iluminación compuesto por varios LEDs de distintos colores (desde UVA hasta IR cercano) aprovechando el hecho que las tapas de las latas son translúcidas.

Como se puede ver, el calentamiento o enfriamiento se realiza en la lata interior (aprovechando el hecho que es metálica), lo que implica que no es necesario que haya un flujo de aire interior funcionando, por lo que se puede aplicar la bomba de vacío. El inconveniente de esto es que necesita más tiempo para alcanzar las temperaturas deseadas en el interior.

El hecho de utilizar una célula Peltier también nos implica que podemos hacer un control de temperatura muy sencillo y compacto, lo malo es que una de estas consume unos 70W de potencia (el modelo que he comprado yo, aunque las hay que consumen bastante más) y tendremos que estar refrigerando la cara caliente constantemente para mantener la temperatura.
Disipador, Peltier y ventilador

El siguiente paso será crear un controlador de la célula, que deberá soportar las siguientes características:
  • Control de tensión/corriente para la célula Peltier. En definitiva es construir una fuente conmutada regulable de 0-7A y 70W (mín) 
  • Fuente de tensión constante (12V) para el ventilador.
  • Realimentación del lazo mediante sensores de temperatura.
  • Visualización de los parámetros: temperatura interior, temperatura exterior, temperaturas de funcionamiento de la Peltier (ambas caras), tensión y corriente (potencia) consumida, etc.

Por otro lado se podría poner una válvula para poder conectar una bomba de vacío (aunque creo que las latas no están muy preparadas para ello) y poder controlar la presión interna (0-1 atm), pero eso ya lo veré con el tiempo, así como las opciones de iluminación.

S2

Ranganok Schahzaman