Acquisizione dati da termistore

Dipartimento di Ingegneria
Industriale e dell’Informazione
Acquisizione dati da termistore
Termistori
Un termistore è un trasduttore di temperatura, in genere caratterizzato
da tempi di risposta relativamente veloci, elevata sensibilità, basso
costo e scarsa linearità
A seconda che il valore di resistenza di un termistore diminuisca o
aumenti con la temperatura, è possibile operare una distinzione tra
termistori NTC (negative temperature coefficient), nei quali la resistenza si riduce
all’aumentare della temperatura
termistori PTC (positive temperature coefficient), nei quali la resistenza aumenta
all’aumentare della temperatura
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Termistori NTC
Sono in genere realizzati per
mezzo di miscele di ossidi
metallici (Ni, Mn, Fe, Cu, Co) con
la proprietà, analoga a quella dei
semiconduttori, di aumentare la
propria conducibilità
all’aumentare della temperatura.
Rispetto ai termistori PTC sono
caratterizzati da una maggiore
linearità e da un più ampio
intervallo di funzionamento. La loro
caratteristica resistenza-tensione è
di tipo esponenziale
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Termistori PTC
Sono resistori la cui resistenza cresce
all’aumentare della temperatura. Il loro
principio di funzionamento è legato
all’interazione tra elettroni di
conduzione e reticolo cristallino del
materiale utilizzato (tipicamente
semicoduttori ceramici, e.g. BaTiO3)
Hanno in genere coefficiente di
temperatura più alto dei termistori
NTC. La loro caratteristica R-T è però
fortemente non lineare e viene
solitamente fornita dai costruttori per
intervalli prestabiliti
Il coefficiente di temperatura dei
termistori PTC cresce molto
rapidamente non appena si supera la
cosiddetta temperatura di Curie
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Principali impieghi dei termistori
Termistore
Funzione
Impiego
NTC
Misura della temperatura
• Sistemi di riscaldamento
• Elettrodomestici
• Controlli industriali
Compensazione termica
• Elettronica industriale
• Elettronica di consumo
• Trattamento dati
Protezione termica
• Circuiti di alimentazione
• Elettronica industriale
• Elettronica di consumo
• Trattamento dati
Protezione dai sovraccarichi
• Circuiti di alimentazione
• Telecomunicazioni
• Automotive
PTC
• Elettronica industriale
• Elettronica di consumo
• Trattamento dati
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Obiettivi dell’esperienza
Realizzazione di un sistema di acquisizione dati da un sensore di
temperatura, in particolare da un termistore NTC. Il sistema di
acquisizione dovrà includere
un circuito di condizionamento del segnale proveniente dal termistore
uno strumento virtuale realizzato in ambiente di programmazione LabView
con funzione di interfaccia tra il sistema di acquisizione stesso e l’utente
Lo strumento virtuale dovrà consentire l’acquisizione della
temperatura ambiente, visualizzando sullo schermo l’andamento
temporale della tensione misurata e il valore istantaneo della
temperatura.
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Circuito di condizionamento
•  R1=1.1 kΩ
•  C=100 nF
•  VCC+=+15 V
•  VCC-=-15 V
•  V1CC+=5 V
•  RT: KE 164
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Caratteristica R-T del termistore
Coefficiente di temperatura
(circa costante tra i 25 e i
100°C)
Resistenza del termistore
alla temperatura T
⎛ 1 1
β ⎜⎜ −
⎝ T T0
R T (T ) = R T (T0 )⋅ e
⎞
⎟⎟
⎠
⇒T=
β ⋅ T0
⎡ R T (T ) ⎤
β + T0 ⋅ ln⎢
⎥
(
)
R
T
⎣ T 0 ⎦
Resistenza del termistore
alla temperatura di riferimento
T0=25°C
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Relazione T-VOUT
Tensione misurata in funzione della resistenza del termistore
vOUT =
vOUT
RT
1
⋅ V1CC+ =
⋅ V1CC+ ⇒ R T =
⋅ R1
+
R
R1 + R T
V1CC − vOUT
1+ 1
RT
Relazione tra temperatura e tensione misurata
T=
β ⋅ T0
⎡
⎤
vOUT ⋅ R1
β + T0 ⋅ ln⎢
⎥
+
V1CC
−
v
⋅
R
⎥
OUT
T0 ⎦
⎣⎢
(
)
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TL081 JFET input OpAmp
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TL081 JFET input OpAmp
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KE-164 NTC thermistor
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Pannello frontale
Waveform chart
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DAQmx Create Channel.vi e DAQmx Read.vi
DAQmx Create Channel.vi fornisce alla scheda di acquisizione
informazioni riguardanti il tipo e il range dei segnali che deve
ricevere in ingresso e il canale da cui deve leggere questi dati
DAQmx Read.vi campiona il segnale proveniente dal canale
specificato e riporta il valore misurato
Limiti attesi per il segnale
sotto misura
Canale di ingresso sotto
misura (Dev2/a1)
Measurement I/O -> DAQmx Data Acquisition -> DAQmx Create Channel.vi
Measurement I/O -> DAQmx Data Acquisition -> DAQmx Read.vi
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Ciclo while
Da utilizzare per rendere possibile l’acquisizione continua del
segnale di tensione proveniente dal circuito di condizionamento
(si trova nel menu Structures della Functions palette). Il
programma deve consentire l’interruzione dell’acquisizione
mediante un interruttore booleano (pulsante “stop”)
terminale di condizionamento
del ciclo while – consente
l’interruzione del ciclo quando
una variabile booleana ad
esso collegato assume un
determinato valore
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Formula node
Può essere utilizzato per calcolare la relazione tra temperatura T e
tensione misurata VOUT sulla base della caratteristica resistenzatemperatura (si trova nel menu Structures della Functions palette)
variabile indipendente
variabile dipendente
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Waveform chart
Da utilizzare per la rappresentazione grafica dei dati acquisiti (si trova
nel menu Graph della Controls palette). Ammette come ingresso un
dato scalare (ovvero il campione acquisito)
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Ciclo for
Utile per migliorare l’accuratezza della misura poiché consente di
ridurre l’effetto dei disturbi a media nulla sovrapposti al segnale
numero di clcli
iterazione
Invece di rappresentare ogni
singolo campione acquisito si
rappresenta la media di n
campioni; di conseguenza la
velocità con cui i dati
misurati vengono riportati
sul grafico si riduce di un
fattore n
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