Convertitore TEMPERATURA / TENSIONE
+12V
+12V
1
JP1
1
2
3
R6
1.8k
RC07
2
ALIM
MM-3
R7
5.6k
RC07
-12V
2
1 2
7
U4
R8
10k
VRES-1
2
R4
5k
VRES-1
3
2
3
C1
0.1 uF
CH300/100/200
1
2
JP2
JUMP2
3SIL100
1
U3
LM336/5
3SIL100
2.7315 Volt
1
1
+12V
2
1
1
G1
1
2
2
R5
6.8K
RC07
JP3
8
3
G2
1
2
OUT
MM-2
IN+
.
-V
4
.
0 ---- 5 Volt
0 ---- 85 °C
REF
5
C2
0.1uF
CH300/100/200
1
2
1
+12V
6
OUT.
INA128P
2
R9
5.6k
RC07
+V
IN-
13
3
.
R1
8.2K
RC07
R3
10k
VRES-1
2
1
2
-12V
2
U1
LM335
3SIL100
3
A=1+[50000/(R4+R5)]
Vout=A*(V3-V2)
Vout=(V3-V2)*[1+(50000/R4+R5)]
3
1
SENSORE
Title
ITI OMAR NOVARA
Size
A
Document Number
SENSORE DI TEMPERATURA
Date:
Thursday , October 01, 2009
Rev
00
Sheet
1
of
1
Il convertitore temperatura / tensione è un circuito in grado di convertire una temperatura rilevata
in un ambiente, in un segnale elettrico analogico. Utilizzando un convertitore analogico/digitale,
tale segnale sarà poi convertito in digitale (byte a 8 bit), permettendo quindi al microprocessore di
acquisire, elaborare i dati e visualizzarli. Essendo il convertitore A/D basato su logica e struttura di
tipo TTL (Transistor Transistor Logic), è necessario fornirgli un segnale di ampiezza compresa tra
0V e 5V perché tale componente possa funzionare correttamente. Per fare in modo che l’ampiezza
del segnale rispetti le suddette specifiche è necessario realizzare un circuito d’interfaccia con
utilizzo di un amplificatore differenziale (INA128P), la cui Vout può essere regolata agendo
opportunamente sul suo guadagno ( A ) tramite le resistenze R4 ed R5.
Il sensore di temperatura utilizzato nel caso specifico è l’integrato LM335, di cui sono riportate l
caratteristiche fondamentali:
• Conversione diretta della temperatura assoluta in tensione;
• Costante di conversione K=10mV/°K.
L’intero circuito è stato dimensionato per poter rilevare correttamente temperature comprese tra
0°C e 85°C; date le caratteristiche del sensore, è necessario passare da temperature assolute e
quindi espresse in gradi Kelvin a temperature espresse in gradi centigradi. Di conseguenza le
temperature rilevate saranno comprese tra 273,15°K (0°C) e 358,15°K (85°C) a cui
corrisponderanno rispettivamente le tensioni 2,7315V e 3,5815V, presenti ai capi del sensore. Per
ottenere temperature espresse in gradi centigradi e necessario sottrarre alla temperatura espressa in
gradi Kelvin il valore 273,15°K.
T(°C)= T(°K) - 273,15(°K). Osservando lo schema
elettrico, si nota un Ic stabilizzatore di tensione LM336/5 (diodo zener di precisione con Vz = 5Volt
)e un partitore resistivo R7 R8 R9 in parallelo all’integrato. La presenza di tale circuito è dovuta al
fatto che alla temperatura di 0°C deve corrispondere, in uscita dall’amplificatore differenziale una
tensione di 0V. Tale condizione si verifica soltanto nel caso in cui le tensioni sul pin 3 (V3) e sul pin
2 (V2) dell’amplificatore differenziale sono uguali. È necessario quindi agire sul trimmer R8 per
ottenere una tensione di 2,7315V, compensando quindi la Vout dell’Ic LM335(sensore di
temperatura) generata dalla conversione della temperatura assoluta che in tal modo viene quindi
espressa in gradi centigradi.
Prima di poter collegare direttamente il trasduttore alla mother-board, è necessario effettuare
operazioni di taratura come:
Valutazione dell’offset interno dell’amplificatore differenziale: si articola nelle seguenti
fasi:
o Inserimento del jumper JP1 tra i pin 2-3 in modo da ottenere lo stesso potenziale
negli ingressi Vin+ (pin 3) e Vin- ( pin 2) dell’INA128P;
o Inserimento di un voltmetro di precisione all’uscita dell’INA128P e lettura della
Vout;
Regolazione del valore della tensione sul pin 2 dell’amplificatore differenziale: si articola
nelle seguenti due fasi:
o Inserimento di un voltmetro di precisione su detto pin;
o Regolazione del trimmer R8 fino ad ottenere una tensione pari a 2,7315V, rilevabile
sul display del voltmetro
Definizione del guadagno*1: si articola nelle seguenti tre fasi:
o Simulazione del rilevamento di una temperatura pari a 85°C (si sostituisce
momentaneamente il sensore di temperatura con un generatore di tensione
V=3,5815Volt che simula il comportamento del sensore alla suddetta temperatura;
o Inserimento di un voltmetro di precisione all’uscita dell’INA128P;
o Regolazione del trimmer R4 fino ad ottenere sul display del voltmetro una tensione
pari a 5V ( Vout ).
∗ 1. Calcolo del valore delle resistenze del guadagno dell’amplificatore differenziale.
Utilizzando la formula V0 = A (V3 – V2), si ottiene che:
A=
V0
V3 − V2
se V0 = 5V e quindi V3 = 3,5815V e V2 = 2,7315V risulta che:
A=
5V
= 5,8823
3,5815V − 2,7315V
Utilizzando la formula pratica: A = 1 +
si ricava che (R4 + R5) =
50000
,
R 4 + R5
50000
= 10241,07 Ω
4,8823
