CONDIZIONAMENTO DEI SEGNALI
La connessione diretta di sensori al sistema di acquisizione è spesso
impossibile per i seguenti motivi:
l'uscita del trasduttore non è una tensione e deve essere convertita in
tensione prima di poter essere trattata elettricamente;
l'intervallo di valori della grandezza elettrica prodotta dal trasduttore non
presenta valori adeguati (es. deve essere amplificato);
l'uscita del trasduttore presenta un offset, cioè non si azzera quando la
grandezza misurata vale zero;
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CONDIZIONAMENTO DEI SEGNALI
il sensore non è in grado di pilotare direttamente il sistema di elaborazione per
problemi di impedenza;
è necessario filtrare in frequenza il segnale prodotto dal sensore (per esempio per
ridurre una componente di rumore).
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CIRCUITI PER IL CONDIZIONAMENTO
DA TENSIONE A TENSIONE
Necessaria per adattare i livelli di tensione
o per adattare l’impedenza
tra sensore e utilizzatore
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Come convertire un intervallo di
tensione in un altro
Vout = A (Vin + Voff)
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ESEMPIO 1
L’uscita di un trasduttore è compresa fra 0 e 3V e deve essere convertita in
una tensione compresa fra 0 e 5V.
Vinmin = 1 V
Vinmax = 3 V
Voutmin = 0 V
Voutmax = 5 V
Vout = A (Vin + Voff) = 2,5 (Vin - 1)
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ESEMPIO 2
L’uscita di un trasduttore è compresa fra -0,2 e +0,2 V e deve essere convertita
in una tensione compresa fra 0 e 10V.
Vinmin = -0,2 V
Vinmax = +0,2 V
Voutmin = 0 V
Voutmax = 10 V
Vout = A (Vin + Voff) = 25 (Vin + 0,2)
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ESEMPIO 3
L’uscita di un trasduttore è compresa fra 1 e 3 V e deve essere convertita in una
tensione compresa fra -5 e +5V.
Vinmin = 1 V
Vinmax = 3 V
Voutmin = -5 V
Voutmax = 5 V
Vout = A (Vin + Voff) = 5 (Vin – 2)
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AMPLIFICATORE PER STRUMENTAZIONE
Indicato per amplificare segnali provenienti da trasduttori. La struttura
può pensarsi derivata dall'amplificatore differenziale: rispetto a questo
presenta due operazionali in più che migliorano (aumentandola)
l‘impedenza di ingresso e permettono di variare l'amplificazione del
segnale differenziale d'ingresso Vin variando un solo componente Rgain.
Il circuito non degrada il CMRR dell’operazionale.
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Tensione di offset: come generarla
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CONVERSIONE CORRENTE-TENSIONE
Trasduttori come l’AD590 (sensore integrato di temperatura)
producono una corrente proporzionale alla grandezza da misurare.
Occorre convertire la corrente prodotta dal trasduttore in una
tensione.
I=K.T
dove I è la corrente prodotta, T è la temperatura (espressa in gradi
Kelvin, °K) e K è una costante moltiplicativa di valore 1 µA/°K.
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CIRDUITO PER LA CONVERSIONE CORRENTETENSIONE
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CASO PRATICO: CONVERSIONE I/V E
COMPENSAZIONE OFFSET
Con un AD590 si vuole produrre in uscita una tensione
compresa fra 0 V e 10 V per temperature comprese fra 0
°C e 100 °C.
In tale intervallo di temperature l'AD590 produce correnti
comprese fra 273 µA e 373 µA.
Il trasduttore non è collegato a massa, ma a +Vcc in quanto
l'AD590 ha bisogno di una tensione positiva ai propri capi
per poter funzionare.
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CASO PRATICO: CONVERSIONE I/V E
COMPENSAZIONE OFFSET
Lo schema della slide precedente in corrispondenza di 0
°C, cioè di Itrasd = 273 µA non fornisce in uscita 0 V ma:
mandando l’operazionale in saturazione.
Per risolvere il problema dobbiamo compensare l'offset
sottraendo una corrente costante di 273 µA alla corrente
prodotta dall'AD590 (in modo che a 0 °C corrisponda una
corrente zero).
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CASO PRATICO: CONVERSIONE I/V E
COMPENSAZIONE OFFSET
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CONVERSIONE RESISTENZA-TENSIONE
In un sensore resistivo la variazione della grandezza
fisica da misurare si traduce in una variazione di
resistenza.
La figura seguente per esempio mostra la curva
resistenza/temperatura per una termoresistenza al
platino:
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CIRCUITO DI CONVERSIONE R/V
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ESEMPIO 1- CONVERSIONE R/V
In un termoresistore
per T= 0 °C
RT = 0 Ω
per T = 100 °C
RT = 500 Ω.
Vogliamo condizionarlo in modo da trasformare
l'intervallo di valori resistivi nell'intervallo di
tensione da 0 V a 10 V.
Il valore di corrente può essere
ottenuto per esempio con
Vcc = 15 V e R = 750 Ω.
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ESEMPIO 2 - CONVERSIONE R/V
In un termoresistore
per T= 0 °C
RT = 100 Ω
per T = 100 °C
RT = 500 Ω.
Vogliamo condizionarlo in modo da trasformare l'intervallo
di valori resistivi nell'intervallo di tensione da 0 V a 10 V.
Occorre un circuito a due stadi, dove:
il primo stadio fa attraversare il resistore variabile da una
corrente costante di valore piccolo in modo da convertire i
valori resistivi in valori di tensione;
il secondo stadio converte i valori di tensione in uscita dal
primo stadio nei valori finali desiderati amplificando ed
eliminando l'eventuale offset.
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ESEMPIO 2 - CONVERSIONE R/V
Supponiamo di scegliere un valore di corrente I = 1 mA.
Se Vcc = 15V, tale valore determina R = 15 kΩ.
Con I=1 mA i valori di tensione di uscita dal primo stadio risultano:
V1u = 1 mA x 100 Ω = 0,1 V con T = 0 °C
V1u = 1 mA x 500 Ω = 0,5 V con T = 100 °C
Il problema si riduce dunque a quello di trasformare l'intervallo di
tensione da 0,1 a 0,5 V nell'intervallo desiderato da 0 a 10 V.
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ESEMPIO 2 - CONVERSIONE R/V
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