Acquisizione dati da termistore
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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 Acquisizione dati da termistore 2 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 Acquisizione dati da termistore 3 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 Acquisizione dati da termistore 4 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 Acquisizione dati da termistore 5 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. Acquisizione dati da termistore 6 Circuito di condizionamento • R1=1.1 kΩ • C=100 nF • VCC+=+15 V • VCC-=-15 V • V1CC+=5 V • RT: KE 164 Acquisizione dati da termistore 7 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 Acquisizione dati da termistore 8 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 ⎦ ⎣⎢ ( ) Acquisizione dati da termistore 9 TL081 JFET input OpAmp Acquisizione dati da termistore 10 TL081 JFET input OpAmp Acquisizione dati da termistore 11 KE-164 NTC thermistor Acquisizione dati da termistore 12 Pannello frontale Waveform chart Acquisizione dati da termistore 13 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 Acquisizione dati da termistore 14 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 Acquisizione dati da termistore 15 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 Acquisizione dati da termistore 16 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) Acquisizione dati da termistore 17 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 Acquisizione dati da termistore 18
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