Hola, ¿Cómo estas? Yo estoy muy contento de saludarte una vez más, se que estas listo para aprender algo nuevo y complementar tus conocimientos, hoy vamos a conocer uno de los sensores de temperatura más utilizados y más famosos dentro del mundo de la electrónica digital y analógica; si, estoy hablando del SENSOR DE TEMPERATURA LM35.

El sensor LM35 es un sensor de temperatura muy interesante, y en este artículo iremos paso a paso descubriendo todo su potencial; empezaremos por lo más básico de este sensor, hasta llegar a cosas más específicas, como:

• Las características eléctricas que posee.
• Diagrama interno del sensor.
• Y por supuesto, haremos una pequeña práctica utilizando este sensor con la tarjeta de desarrollo Arduino y mencionaremos en qué otras aplicaciones podemos encontrar a este sensor.

El objetivo es simple: al final de este artículo serás capaz de trabajar con seguridad con este sensor, aplicando todos los conocimientos teóricos y prácticos que en este artículo vas a aprender. Te prometo que será muy sencillo comprender al LM35 y casi al instante querrás probar la aplicación con Arduino que haremos aquí. Sin más dilaciones, vayamos a lo interesante.

¿Qué es el sensor LM35?

Podemos definir al sensor LM35 de la siguiente manera:

El sensor LM35 es un sensor de temperatura que posee una salida analógica o lineal, es reconocido principalmente por su facilidad de uso y su versatilidad.

Para ser más específicos en la definición, cuando se dice que el sensor LM35 posee una salida lineal, hago referencia a que la señal de voltaje en la salida será proporcional a la temperatura que se está midiendo. Esta parte es muy importante para cuando diseñamos una aplicación.

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Antes de continuar, te quiero dejar algunas opciones donde puedes comprar tus sensores LM35, espero te sean útiles.

Después de este pequeño paréntesis, continuemos:

• Otro detalle que también debes conocer de este sensor es su rango de medición, pues va de los -55°C a los 105°C.
• Por otra parte, gracias a este rango, se sabe que el sensor de temperatura proporciona a la salida 10mV por cada grado centígrado que se está midiendo.
• Si esta proporción la aplicamos a los rangos de medición, podemos decir que cuando mide -55°C la salida va a arrojar -550mV.
• Mientras que si el sensor está detectando una temperatura de 105°C, la salida será de 1500mV, así de sencillo.

No obstante, el rango de mediciones puede variar dependiendo de la presentación y el encapsulado, como:

• El caso típico de los LM35C, que tienen su rango de medición entre los -40°C a los 110°C.
• También existe el LM35D, que tienen un rango de 0 a 100°C.

No te preocupes mucho por esto, pues nosotros nos vamos a centrar en el LM35.

Por último, y no menos importante, este sensor es uno de los más populares cuando se trata de sensores de temperatura, pues tiene un precio muy bajo (en México ronda entre los $40 y los $50 pesos) e incluso puede medir temperatura sin microcontroladores o algún otro sistema, pues gracias a su naturaleza analógica solo basta un multímetro para verificar su salida de voltaje.

Como te has dado cuenta, este sensor tiene muchísimas características que lo hacen muy especial e interesante, y eso tan solo en la definición, ahora veamos cómo funciona este sensor de temperatura.

Funcionamiento del sensor LM35

Ah decir verdad, en el apartado anterior ya te he adelantado un poco del funcionamiento de este sensor de temperatura, pues ya te expliqué la proporción que existe en su salida de voltaje respecto a la temperatura medida; sin embargo, mereces que explique con mayor detalle esto.

El principio de funcionamiento del LM35, esencialmente se basa en el factor de escala lineal que hay en al pin de salida del LM35.

Este factor tiene como regla dar a la salida 10 milésimas de volts por cada grado centígrado que se mide, es decir, 10mV. Aquí es donde entra la proporcionalidad que te he dicho antes, por lo que ya debes saber que si el sensor está arrojando 200mV en su salida de voltaje, la temperatura en grados centígrados que se está midiendo es de 20°C.

Este mismo efecto sucede con temperaturas negativas, como ya te expliqué antes. Este principio de funcionamiento esta muy relacionado con su circuito interno, que lo veremos más adelante.

Algo más que debes saber sobre el funcionamiento de este sensor de temperatura, y que no te mencioné anteriormente, es que el voltaje de operación para este circuito va de los 5v a los 30v, y generalmente se realizan dos configuraciones para usar este sensor:

• Una configuración para obtener temperaturas de 2°C a 150°C, y otra para obtener el rango completo de medición que puede dar el sensor (-55°C a 150°C).

Antes de pasar a conocer su estructura interna, pasemos primero a ver qué hay sobre su diagrama y los pines de conexión que posee, los cuales son muy sencillos de entender, ya lo verás.

Diagrama de conexión del LM35

De manera física, tenemos al LM35 de la siguiente forma:

Pines del LM35 encapsulado TO-92

Y el diagrama de pines lo describe perfectamente la imagen que te enseño a continuación:

• El pin 1 (Vcc) es el pin responsable de alimentar al sensor, pues por ahí hacemos llegar un voltaje de 5 a 30 volts.
• El pin 2 (Vout) es el pin responsable de arrojar la señal de salida, la cual también nos dará una idea de la temperatura que se está midiendo. Generalmente en otras fuentes vas a encontrar a este pin como “Analog pin” (pin analógico).
• Por último, tenemos al pin 3 (GND) que acompaña al pin 1 en el objetivo de alimentar al sensor. Este pin es conectado directamente a tierra.

Como puedes darte cuenta, es realmente muy sencillo entender la organización de pines de este sensor, por eso se dice que es muy sencillo de operarlo. A pesar de que este es un apartado corto, también es muy importante, ya que es un detalle que vamos a tomar en cuenta al realizar nuestra aplicación con Arduino y, en general, cuando tengas curiosidad de aplicarlo a algún otro sistema.

Ahora que ya conocemos la organización de pines de este sensor, podemos pasar a conocer cómo funciona de forma interna y qué componentes hacen posible su funcionamiento.

Diagrama eléctrico interno del sensor LM35

¿Quieres saber por qué el sensor de temperatura LM35 tiene el principio de funcionamiento que vimos anteriormente? Bueno, para esto debes conocer cómo esta formado por dentro, es decir, conocer su  circuito interno.

A continuación te muestro el diagrama interno del LM35:

No parece fácil a simple vista, ¿cierto? Pero déjame decirte que conociendo la información teórica que hay detrás de este circuito, es mucho más sencillo comprender su funcionamiento.

Empecemos por la parte más grande, esencial y visible:

• Como ya puedes darte cuenta, este circuito posee dos amplificadores operacionales (A1 y A2).
• Uno de los primeros detalles es que el amplificador A1 está en una configuración que le permite operar como sensor de temperatura, conectado a través de un circuito de retroalimentación hecho de dos transistores BJT (Q1 y Q2), funcionando ambos como un espejo de corriente.
• Otra función que tiene este primer amplificador es ayudar a que la base del transistor Q1 tenga un voltaje proporcional a la temperatura absoluta (PTAT) a la hora de hacer una comparación de la salida de estos transistores.

¿Qué es un espejo de corriente?

Pues brindándote una explicación sencilla, puedo decirte que es un arreglo de dos transistores (BJT) que es muy usual en diseños de circuitos analógicos. Este circuito en algunos sistemas funciona como regulador de corriente capaz de proporcionar un equilibrio en los valores de corriente en la salida, sin importar  la carga que haya en la entrada.

De forma específica en el sensor LM35, el espejo de corriente nos sirve para detectar la temperatura de una forma lineal, además de dar una mejor estabilización y precisión en las lecturas de temperatura, evitando lecturas inexactas o falsas.

Continuando con este espejo de corriente, puedes darte cuenta que la temperatura inicialmente se origina en el emisor del espejo, a un nivel de 8.8mV por cada grado centígrado (°C) ¿Cómo es que llegamos a tener 10mV por cada grado centígrado? Bueno, esa respuesta se encuentra en la siguiente etapa: la salida.

• Cuando ya se obtiene una temperatura medida, esta pasa a la salida, la cual esta conectada a un búfer constituido por otro amplificador operacional (A2); es esencial que notes que este amplificador operacional está configurado como seguidor de voltaje.
• El objetivo de esta etapa con el amplificador A2 en modo seguidor de voltaje es super importante, porque refuerza la conversión de temperatura a voltaje y manda esa señal a otro transistor seguidor de emisor de alta impedancia para presentarla ya como la señal resultado del sensor, la señal con la proporción que ya conoces.

Al final todo resulta muy fácil, porque la etapa final del sensor está muy aparte de su etapa inicial, mejorando mucho la detección de la temperatura y la proporción de voltaje. Esta señal de salida puede usarse para muchísimas cosas: desde el control de un relevador, hasta un monitoreo detallado utilizando Arduino o cualquier otro microcontrolador.

Este ha sido básicamente el circuito interno del sensor LM35. Ya puedes darte cuenta de que este pequeño sensor es mucho más interesante de lo que parece, y esto va a incrementar cuando pasemos a las aplicaciones. No obstante, antes de pasar a todo eso, ¿Te parece si vemos cuáles son sus características eléctricas?

Esto es muy importante para trabajar de forma correcta con el sensor, así que veámoslo en el siguiente apartado.

Características eléctricas del LM35

Como ya te he mencionado muchas veces en artículos parecidos a este, es muy importante conocer las características eléctricas de un dispositivo, pues esto te va a permitir conocer mejor bajo que condiciones operarlo y también conocer sus límites. Con el LM35 no es la excepción, por eso en este apartado te presentaré las características técnicas más importantes de este sensor:

• Calibración de salida para grados centígrados (°C).
• Salida analógica.
• Rango de medición: -55°C a 150°C.
• Proporcionalidad de voltaje de salida de 10mV/1°C.
• Baja corriente de alimentación (60 uA).
• Voltaje de precisión de 0.5°C a los 25°C.
• Baja impedancia de salida.
• Bajo costo.
• Voltaje de operación entre los 4v a los 30v.
• Existen varios empaquetados, entre los que destacan el SOIC, TO.22 y el TO.92.

Todo esta basado en la hoja de datos o datasheets de los fabricantes más comunes de este sensor, tal es el caso del famoso fabricante Texas Instruments (TI). Si gustas conocer más detalles, te invito a echarle un ojo directamente al datasheet del LM35.

Al final, los parámetros que debes de tomar en cuenta al seleccionar tu sensor de temperatura LM35 son los siguientes:

• Rango de valores o las medidas de temperatura que el sensor puede arrojar.
• La sensibilidad o el valor mínimo de temperatura que el sensor puede detectar.
• Tiempo de respuesta o el tiempo en que el sensor tarda en dar una medida.
• Precisión o el nivel de error comparado al valor real.

Te podrás dar cuenta de que algunas de las características las habíamos mencionado anteriormente por necesidad de dar a entender mejor algunos puntos, pero en este apartado ya se formaliza más dichas características.

Teniendo ya todo lo anterior, podemos pasar con seguridad a ver algunas aplicaciones prácticas. Acompáñame a ver de qué se trata.

Integración del sensor LM35 con Arduino

Para la integración del sensor LM35 utilizando el Arduino, se me ocurrió que hagamos un práctica muy sencilla: utilizar al LM35 como un termómetro y con ayuda de una Liquid Crystal Display (LCD), o simplemente una pantalla LCD de 16x2, saber que temperatura está detectando el sensor, es decir, a través de la pantalla veremos la lectura de temperatura en grados Centígrados.

• Se puede realizar también una conversión para poner la temperatura en otra unidad, pero para fines prácticos solo mostraremos la temperatura en grados centígrados.

Suena sencillo, ¿No? Y la verdad es que lo es; no obstante, tiene algunas cosas teóricas que debes conocer de esta aplicación, teórica que veremos en breve. Mientras tanto, conoce los materiales que vas a necesitar si quieres darle vida a esta pequeña práctica.

Compra tu Arduino para realizar tus prácticas

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Materiales

Los materiales que requieres son los siguientes:

• Arduino Uno.
• Sensor LM35.
• Pantalla LCD 16x2.
• Mini potenciómetro de 250 kiliohms (puedes usar también un potenciómetro clásico).
• Una resistencia de 220 Ohms.

No te preocupes si no puedes armarlo de forma física, pues como ya es costumbre aquí, te mostraré la simulación y podrás replicarla para que observes el comportamiento del sensor con la pantalla LCD.

Circuito electrónico Arduino y LM35

El circuito electrónico queda de la siguiente manera:

Como puedes observar:

• Tenemos la conexión de la pantalla LCD a través de los pines 12, 11, 5, 4, 3 y 2.
• El sensor LM35 esta conectado al pin A0 del Arduino; con esto que te acabo de decir, debes recordar que la salida del sensor es de tipo analógica, por eso va a este pin.
• Las demás patillas del sensor van a Vcc de 5v y a GND.

Si es tu primera vez manejando el LCD 16x2, debes saber que es de suma importancia que agregues el potenciómetro, ya que, es el encargado de regular el contraste de la pantalla, es decir, controla la visibilidad de los caracteres desplegados en la pantalla. De igual forma, si no alcanzas a ver el nombre de cada una de las 16 patillas, te dejo un par de imágenes para que lo veas mejor.

En resumen, las conexiones del display 16x2 van en este orden:

• Pin1: GND (va a una patilla del potenciómetro).
• Pin 2: Vcc (va conectado a 5v).
• Pin 3: pin que controla el contraste de la pantalla, va conectado al pin intermedio del potenciómetro.
• Pin 4: es el pin de selección de registro, va directo al Arduino (pin 12).
• Pin 5: GND.
• Pin 6: pin de habilitación, va al pin 11 del Arduino.
• Pin 11, 12, 13 y 14: son los pines de datos conectados al Arduino (5, 4, 3, 2).
• Pin 15: va conectado a Vcc con la resistencia de protección de 220 ohms.
• Pin 16: GND.

Código de programación Arduino y LM35

Como siguiente punto te muestro el código de programación para esta práctica:

/*
Aplicacion del sensor LM35 utilizando Arduino Uno
y pantalla LCD 16x2 - EWEBIK
*/

//Inicializamos libreria para trabajar con la pantalla LCD
#include <LiquidCrystal.h>

//declaramos las variables donde guardaremos la temperatura sensada y el pin del sensor
float centigrados;
int pinSensor = 0;

// inicializamos la libreria con los pines de conexion
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

void setup() {

  //Definimos las dimensiones del LCD (16x2) y los caracteres que deben salir en la presentacion
  lcd.begin(16,2);
  lcd.print("practica");
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("sensor LM35");
  delay(1000);
  lcd.clear();
  lcd.setCursor(2,0);
  lcd.print("Temperatura");
  lcd.setCursor(0,1);
}
void loop() {

  //leemos y guardamos en una variable los valores de la entrada analogica
  centigrados = analogRead (pinSensor);
  //en la variable "centigrados" guardamos el valor de los grados finales con ayuda de la formula
  centigrados = (5 * centigrados / 1024)/0.01;
  
  //Sacamos por pantalla los grados
  lcd.setCursor(3,1);
  lcd.print(centigrados);
  lcd.setCursor(9,1);
  lcd.print("°C");
  //Lo realizamos cada segundo
  delay(1000);
}

• Hay algo sumamente importante que quiero que veas: la fórmula matemática que se está ocupando para la variable “centígrados” en el Void Loop:

• En este caso, el valor que detecte el sensor en la entrada analógica se va a guardar en la variable “centigrados”.
• Y ese mismo valor se va a multiplicar por 5 (por el numero de volts que entrega el Arduino en sus pines) y se va a dividir entre 1024 (equivalencia de los 10 bits de lectura del pin analógico).
• Al final, todo este resultado lo debemos dividir entre 0.01 para obtener la equivalencia de los 10mV que indica el sensor LM35.

Resultados: Arduino y LM35

Finalmente, te dejo una imagen de cómo se ve la simulación:

¿Verdad que fue sencillo? Te invito a probar este circuito por cuenta propia y, si tienes posibilidad, traerlo a la vida en circuito físico, pues será el complemento perfecto para tus conocimientos en este tema.

Ahora que ya conocemos toda la teoría y ya lo hemos aplicado en una práctica real, solo nos queda conocer qué otras aplicaciones generales existen para el sensor de temperatura LM35. Veámoslo rápidamente.

Otras aplicaciones generales

La aplicación fundamental de este sensor es la de la medición, monitoreo y control de la temperatura, sin importar si se encuentra en medios con dispositivos comerciales o industriales. Un ejemplo de lo anterior, es su aplicación en algunos sistemas de refrigeración, en el monitoreo de la temperatura en la culata de los cilindros en la industria automotriz, e incluso puede encontrarse en algunos sistemas en los que se mide la temperatura para seguridad del propio sistema; si el sensor mide determinada temperatura, acciona un apagado automático.

Podemos analizarlo detenidamente y darnos cuenta de que el LM35 es muy importante para cuando necesitamos que un proceso se mantenga en un determinado rango de temperatura, y asegurar al sistema por si ese rango es rebasado.

Otras aplicaciones en las que se encuentra este sensor son las siguientes:

• Supervisión de la temperatura en sistemas con baterías.
• Medición de temperatura en aplicaciones HVAC.
• Apagado térmico para diversos circuitos.

Ya puedes ir dándote una idea de la importancia que tiene el sensor LM35 y los sensores de temperatura, en general. Te invito nuevamente a realizar la aplicación que hicimos anteriormente con Arduino y seguir explorando muchas otras aplicaciones que pueden serte de mucha ayuda en algún momento.

¡Hemos terminado! Hasta acá hemos llegado en este artículo, y si aun sigues aquí, te agradezco mucho por leerme y te felicito por tus grandes ganas de aprender. A través de estos párrafos y prácticas pudiste darte cuenta de la importancia que tiene le sensor de temperatura LM35 para muchas aplicaciones; esto no es ningún secreto, pues su bajo costo y su arquitectura tan sencilla como su uso, hacen que sea un componente muy versátil a la hora de querer medir una determinada temperatura.

Recuerda que puede funcionar sin microcontroladores ni otros sistemas, por lo que si deseas probar este sensor, lo podrás hacer solamente teniendo tu fuente de alimentación y tu multímetro para averiguar el valor de la señal de salida que arroja el sensor y aplicar todo lo que hemos visto anteriormente.

Como ya es costumbre, te dejo algunos puntos que valen la pena ser recordados, para irnos con el conocimiento más fresco que una lechuga,. ¿Listo? Vamos allá.

• El sensor LM35 es un sensor de temperatura que posee una salida analógica o lineal.
• Es reconocido principalmente por su facilidad de uso y su versatilidad.
• Su rango de medición va de los -55°C a los 105°C.
• El rango de mediciones puede variar dependiendo de la presentación y el encapsulado, como el caso típico de los LM35C, que tienen su rango de medición entre los -40°C a los 110°C.
• Las mediciones de temperatura se calibran en grados centígrados (°C) y la proporcionalidad de salida es de 10mV/1°C.
• Posee solamente tres pines: pin de voltaje (Vcc), pin de tierra (GND) y pin de señal de salida (Vout).
• Su estructura interna consiste básicamente en dos etapas utilizando dos amplificadores operacionales y un espejo de voltaje.
• Existen muchas aplicaciones, pero donde brilla más el sensor LM35 es en aquellas donde sirve para proteger un sistema con el monitoreo constante de temperatura.

Esto ha sido todo sobre el sensor de temperatura LM35. Espero hayas aprendido muchísimo y apliques todo ese conocimiento en las aplicaciones que vimos anteriormente. No olvides compartir este artículo con un amigo o un conocido que creas que le ayudará mucho conocer sobre el sensor LM35.

Lo mejor que puedes hacer en esta vida, es invertir tiempo en ti y en tu conocimiento, jamás dejes de aprender.

¡Hasta la próxima!