Rilevamento della temperatura e circuito di condizionamento
Descriviamo di seguito un circuito di rilevamento della temperatura e il relativo circuito di
condizionamento della tensione di uscita dal sensore.
Il sensore usato è il conosciuto LM35 che fornisce direttamente in uscita una tensione
proporzionale alla temperatura.
Il circuito di condizionamento può essere realizzato con un operazionale A741 in
configurazione differenziale.
I dati di progetto utilizzati per calcolare i valori delle resistenze sono:
Temperatura ingresso = da 10°C a 50°C
Tensione di uscita
= da 0V a 5V
Alimentazione duale = +5V , -5V
Il circuito integrato LM35, come già detto, è un trasduttore di temperatura che fornisce una
tensione d’uscita proporzionale alla temperatura espressa in gradi Celsius.
Le caratteristiche principali sono:
- calibrazione diretta;
- tensione di alimentazione da 4V a 30V;
- uscita lineare in tensione uguale a 10,0mV per ogni °C
- corrente di uscita uguale a 10mA
Utilizziamo
come
circuito
di
condizionamento
un
amplificatore
operazionale
in
configurazione differenziale. Quest’ultimo ha la caratteristica di dare in uscita un segnale
amplificato dalla differenza dei sui segnali in ingresso.
LM35
L’ LM35 è un sensore di precisione la cui uscita in tensione è linearmente proporzionale
alla temperatura misurata in °C.
Non richiede nessuna calibrazione esterna per fornire un’accuratezza di ¼ di grado a
temperatura ambiente. L’errore non supera ¾ di grado nel resto della scala.
Può essere usato sia con singola alimentazione (per temperature positive) che con
alimentazione duale (per temperature negative e positive) ed è disponibile in diversi
contenitori: metallici e plastici.
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CARATTERISTICHE
1) Calibrato direttamente in gradi centigradi
2) Lineare con fattore di scala 10mV per grado
3) 0.5°C di accuratezza a 25°C
4) Range di temperatura -55°C, 150°C
5) Usabile per applicazioni remote (distanti)
6) Basso costo
7) Alimentazione da 4V a 30V
8) Basso auto riscaldamento 0.08 °C in aria libera
9) Bassa impedenza di uscita 0.1Ω per un mA di carico
VALORI MASSIMI SOPPORTABILI
-
La tensione massima non può superare 35V
-
La tensione massima in uscita 6V
-
Corrente massima in uscita 10mA
-
Temperatura di immagazzinamento -60°C, 150°C
-
Temperatura di saldatura 260°C con tempo di operazione10 sec
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APPLICAZIONI
L’ LM35 può essere facilmente usato nello stesso modo degli altri circuiti integrati che
funzionano come gli altri sensori di temperatura. Può essere incollato o cementato ad
una superficie in quanto la temperatura misurata è diversa di solo 0.01°C dalla
temperatura superficiale.
IL CIRCUITO DI CONDIZIONAMENTO
Il circuito di condizionamento serve per adattare l’uscita del sensore all’ingresso al
circuito successivo che, generalmente, è un convertitore analogico digitale.
L’ingresso di un convertitore analogico digitale possiede un range che vale nella
maggior parte dei casi VMIN = 0V e VMAX = 5V.
Il circuito di condizionamento usato più di frequente è il seguente:
Studiamo la relazione tra l’uscita e gli ingressi del circuito.
Per la sovrapposizione degli effetti l’uscita di questo circuito è la somma delle uscite dei
seguenti circuiti
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L’uscita Vu quando V1= 0 è la seguente:
Vu
R2
V2
R1
L’uscita dal secondo circuito è:
Vu
R2
R
V1
1 2
R1 R2
R1
L’uscita totale è la somma delle due uscite precedenti quindi
Eseguendo le semplificazioni rimane
Vu
R2
R2 R2
V1
1
R V2
R1 R2
R
1
1
R2
Vu V1 V2
R
1
Osservando la formula finale si vede che il circuito esegue prima una differenza tra i
potenziali nei due ingressi e poi un’amplificazione pari al rapporto R2/R1
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PROGETTO
I dati di progetto sono :
Range di temperatura misurabile
T min = 10°C
T max = 50°C
Range d’uscita
V min = 0v
V max = 5v
L’ amplificazione 12,5 viene realizzata ponendo:
R2 = 120KΩ
R1 = 10KΩ
La tensione da sottrarre viene ottenuta tramite partitore resistivo (2 resistenze) ed
applicata al morsetto meno del differenziale.
Nel nostro caso il partitore deve generare 100mV con una Vcc = 5v
Riassumiamo a questo punto tutto lo schema elettrico
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