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| * [[https://www.omega.com/techref/rtd-measurement-and-theory.html|tecniche di misura per PT100]]: influenza dei cavi di collegamento su R<sub>RTD</sub>, misura a ponte (tensione), collegamento a tre fili (ponte), non linearità della misura a ponte, misura a quattro fili (sorgente di corrente), calcoli (nello stesso sito ci sono confronti interessanti tra i vari sensori di temperatura) | * [[https://www.omega.com/en-us/resources/rtd-2-3-4-wire-connections|tecniche di misura per PT100]] in inglese: influenza dei cavi di collegamento su R<sub>RTD</sub>, misura a ponte (tensione), collegamento a tre fili (ponte), non linearità della misura a ponte, misura a quattro fili (sorgente di corrente), calcoli (nello stesso sito ci sono confronti interessanti tra i vari sensori di temperatura) |
| * [[https://en.wikipedia.org/wiki/Resistance_thermometer#Three-wire_configuration|condizionamento di una RTD a 3 fili con ponte di Wheatstone]] da wikipedia | * [[https://en.wikipedia.org/wiki/Resistance_thermometer#Three-wire_configuration|condizionamento di una RTD a 3 fili con ponte di Wheatstone]] da wikipedia |
| * dallo stesso produttore una [[https://it.omega.com/prodinfo/pt100.html|introduzione sulle termoresistenze]] | * dallo stesso produttore una [[https://it.omega.com/prodinfo/pt100.html|introduzione sulle termoresistenze]] in italiano |
| * [[https://docs.google.com/spreadsheets/d/1jrCvSm2KEZFe-v2ZtT_XSnMnz-KG_26Yiuby3MC40cQ/edit?usp=sharing|foglio di calcolo e grafico con la caratteristica di una Pt100]] | * [[https://docs.google.com/spreadsheets/d/1jrCvSm2KEZFe-v2ZtT_XSnMnz-KG_26Yiuby3MC40cQ/edit?usp=sharing|foglio di calcolo e grafico con la caratteristica di una Pt100]] |
| * {{ :pt100.zip |simulazione con Pt100 e circuito di condizionamento (0-100°C -> 0-10 V)}} | * {{ :pt100.zip |simulazione con Pt100 e circuito di condizionamento (0-100°C -> 0-10 V)}} |
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| * [[http://www.vishay.com/docs/29049/ntcle100.pdf|datasheet]], [[https://www.vishay.com/docs/33001/seltherm.pdf|guida alla selezione]] e [[https://www.vishay.com/docs/29053/ntcappnote.pdf|application note]] di termistori NTC della Vishay | * [[http://www.vishay.com/docs/29049/ntcle100.pdf|datasheet]], [[https://www.vishay.com/docs/33001/seltherm.pdf|guida alla selezione]] e [[https://www.vishay.com/docs/29053/ntcappnote.pdf|application note]] di termistori NTC della Vishay |
| * [[http://www.electroyou.it/isidorokz/wiki/dimensionamento-di-un-termostato-con-ntc|approfondimento sui termistori]] da Electroyou.it | * [[http://www.electroyou.it/isidorokz/wiki/dimensionamento-di-un-termostato-con-ntc|lungo approfondimento sui termistori]] da Electroyou.it |
| * linearizzazione a tre punti: | * linearizzazione a tre punti: |
| * {{ ::linearizzazione.pdf |paragrafo}} di un libro di testo sull'argomento (vedi anche [[http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00685b.pdf|application note]] Microchip) | * {{ ::linearizzazione.pdf |paragrafo}} di un libro di testo sull'argomento((nel testo il termistore è un PTC ma la linearizzazione è comunque corretta)) (vedi anche [[http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00685b.pdf|application note]] Microchip figura 9) dove il calcolo della resistenza R<sub>L</sub> per la linearizzazione a tre punti, dati T<sub>max</sub> e T<sub>min</sub>, si fa calcolano T<sub>media</sub> e i tre valori della resistenza alle tre temperature, poi (uguagliando le variazioni di tensione rispetto a T<sub>media</sub>): `R_L=(R_(Tmed)(R_(Tmi\n)+R_(Tm\ax))-2R_(T\mi\n)R_(Tm\ax))/(R_(T\mi\n)+R_(Tm\ax)-2R_(Tmed))` |
| * [[https://docs.google.com/spreadsheets/d/132YTZxIAGM9SaGd2zUapQfLJSI2uN7VRCesj4HvxNWM/edit?usp=sharing|foglio di calcolo]] con un esempio di linearizzazione di una NTC | * o usando una formula pratica ancora più semplice: `R_L=R_(Tmed)(B-2T_(med))/(B+2T_(med))` |
| * il calcolo della resistenza R<sub>L</sub> per la linearizzazione a tre punti, dati T<sub>max</sub> e T<sub>min</sub>, si fa calcolano T<sub>media</sub> e i tre valori della resistenza alle tre temperature, poi (uguagliando le variazioni di tensione rispetto a T<sub>media</sub> o usando una formula pratica): | * [[https://docs.google.com/spreadsheets/d/1JQIMO_lBVA071XVqfk0t7gV79NnxVpF16tHzRWuUxrY/edit?usp=sharing|foglio di calcolo interattivo per linearizzazione a tre punti]] |
| * `R_L=(R_(Tmed)(R_(Tmi\n)+R_(Tm\ax))-2R_(T\mi\n)R_(Tm\ax))/(R_(T\mi\n)+R_(Tm\ax)-2R_(Tmed))` | |
| * `R_L=R_(Tmed)(B-2T_(med))/(B+2T_(med))` | |
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| | /* |
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| | * [[https://docs.google.com/spreadsheets/d/132YTZxIAGM9SaGd2zUapQfLJSI2uN7VRCesj4HvxNWM/edit?usp=sharing|foglio di calcolo]] con un esempio di linearizzazione di una NTC |
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| | */ |
| ==== Termocoppie ==== | ==== Termocoppie ==== |
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| Le termocoppie sfruttando l'effetto termoelettrico (Seebeck) e sono fatte di due conduttori metallici diversi tra loro saldati ad un'estremità, detta //giunto caldo//, e liberi all'altra estremità, detta //giunto freddo//. Quando i due giunti si trovano a temperature diverse si genera una tensione, il cui valore dipende dalla differenza di temperatura, misurabile al giunto freddo, esprimibile come: | Le termocoppie sfruttano l'effetto termoelettrico (o effetto Seebeck) e sono fatte di due conduttori metallici diversi tra loro saldati ad un'estremità, detta //giunto caldo//, e liberi all'altra estremità, detta //giunto freddo//. Quando i due giunti si trovano a temperature diverse nel giunto freddo si genera una tensione, il cui valore dipende dalla differenza di temperatura, esprimibile come: |
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| `V= alpha Delta T` | `V= alpha Delta T` |
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| dove α è il coefficiente di Seebeck, espresso in μV/°C. La relazione non è lineare perché α cambia con la temperatura. | dove α è il coefficiente di Seebeck, espresso in μV/°C (la relazione non è lineare perché α cambia con la temperatura). |
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| Le termocoppie sono standardizzate; le varie tipologie si distinguono per per campo di temperatura e sensibilità (coefficiente α). /*Osservando la figura 13 notiamo come le*/Le termocoppie K (cromel-alumel((nichel-cromo e nichel-alluminio))) - le più usate - abbiano un range di temperatura elevato e una discreta sensibilità; quelle S (platino-rodio) - molto più costose - hanno un range ancora più elevato e un comportamento quasi lineare ma scarsa sensibilità. | Le termocoppie sono standardizzate e le varie tipologie si distinguono per per campo di temperatura e sensibilità (espressa dal coefficiente α). /*Osservando la figura 13 notiamo come le*/ Le termocoppie K (cromel-alumel((nichel-cromo e nichel-alluminio))) sono le più usate e hanno un range di temperatura elevato e una discreta sensibilità; quelle S (platino-rodio), molto più costose, hanno un range ancora più elevato e un comportamento quasi lineare ma scarsa sensibilità. |
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| L'utilizzo delle termocoppie pone una serie di problemi perché: | L'utilizzo delle termocoppie pone una serie di problemi perché: |
| */ | */ |
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| La linearizzazione del segnale è ottenuta con circuiti appositi negli strumenti dotati di termocoppia (anche i comuni tester). Inoltre i costruttori forniscono delle [[https://it.omega.com/temperature/pdf/Type-K-Thermocouple-Reference-Table.pdf|tabelle]] per ogni tipologia di termocoppia (ad esempio tipo K) che riportano i valori di temperatura e tensione nell'ipotesi che il giunto freddo sia a 0°C. | La linearizzazione del segnale è ottenuta con appositi circuiti integrati negli strumenti dotati di termocoppia (ad esempio anche i multimetri). I costruttori forniscono anche delle [[https://it.omega.com/temperature/pdf/Type-K-Thermocouple-Reference-Table.pdf|tabelle]] per ogni tipologia di termocoppia che riportano i valori di temperatura associati alla tensione nell'ipotesi che il giunto freddo sia a 0°C. |
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| Per tener conto della temperatura del giunto freddo si può: | Per tener conto della temperatura del giunto freddo si può: |
| * mantenere il giunto freddo a 0°C (poco pratico, adatto per misure di laboratorio) | * mantenere il giunto freddo a 0°C (poco pratico, adatto al massimo per misure di laboratorio) |
| * misurare la temperatura del giunto freddo con altro sensore (NTC o a semiconduttore) | * misurare la temperatura del giunto freddo con un altro sensore (ad esempio un NTC o uno a semiconduttore) |
| * stimare la temperatura del giunto freddo (temperatura ambiente) accettando una certa imprecisione nella misura | * stimare la temperatura del giunto freddo (temperatura ambiente) accettando una certa imprecisione nella misura |
| * compensare la temperatura del giunto freddo sommando al segnale una tensione di valore opportuno | * compensare la temperatura del giunto freddo sommando al segnale una tensione di valore opportuno |
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| In commercio esistono integrati dedicati, come l'amplificatore per termocoppie [[http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-369.pdf|AD595]], che semplificano notevolmente l'utilizzo di questi sensori; questi integrati: | In commercio esistono integrati dedicati al condizionamento delle termocoppie che semplificano notevolmente l'utilizzo di questi sensori. Ad esempio l'amplificatore per termocoppie [[http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-369.pdf|AD595]] o l'AD8495 hanno queste caratteristiche: |
| * sono adatti ad un solo tipo di termocoppia | * sono adatti ad un solo tipo di termocoppia (J o K) |
| * linearizzano (parzialmente) il segnale (AD8495) | * linearizzano il segnale (solo l'AD8495 e parzialmente) |
| * compensano automaticamente la temperatura del giunto freddo (sensore a semiconduttore integrato) | * compensano automaticamente la temperatura del giunto freddo grazie a un sensore a semiconduttore integrato |
| * amplificano il segnale differenziale | * amplificano il segnale differenziale |
| * danno in uscita una tensione riferita a massa di 10mV/°C | * danno in uscita una tensione riferita a massa di 10mV/°C |
| * bassa precisione | * bassa precisione |
| * comportamento non-lineare | * comportamento non-lineare |
| | * sono sensibili alla differenza di temperatura e non alla temperatura assoluta |
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| Extra: | Extra: |
| * [[https://it.omega.com/prodinfo/termocoppie.html]] | * [[https://it.omega.com/prodinfo/termocoppie.html]] |
| * [[http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-369.pdf|application note della AD]] | * [[http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-369.pdf|application note della AD]] |
| * [[https://www.wika.us/upload/DS_IN0023_it_it_54291.pdf|informazioni tecniche (chiare e sintetiche) del produttore wika]] | * [[https://www.wika.ca/upload/DS_IN0023_it_it_54291.pdf|informazioni tecniche (chiare e sintetiche) del produttore wika]] |
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| ==== Trasduttori di temperatura integrati ==== | ==== Trasduttori di temperatura integrati ==== |
| Il dimensionamento si fa considerando una variazione di 100μA (corrispondente all'intervallo di temperatura tra 0 e 100°C) a cui devono corrispondere 5V in uscita. R<sub>2</sub> si dimensiona in modo da ottenere un campo di regolazione per la corrente che comprenda i 273μA da sottrarre. | Il dimensionamento si fa considerando una variazione di 100μA (corrispondente all'intervallo di temperatura tra 0 e 100°C) a cui devono corrispondere 5V in uscita. R<sub>2</sub> si dimensiona in modo da ottenere un campo di regolazione per la corrente che comprenda i 273μA da sottrarre. |
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| Un circuito di condizionamento con LM35 è mostrato in figura: | Nella figura sotto vediamo invece un circuito di condizionamento per LM35 che dà 0 Volt a 10°C e 10 Volt a 50°C. |
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| {{::condizionamentolm35.png|}} | {{::condizionamentolm35.png|}} |
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| | Il partitore sulla sinistra produce un valore di tensione che introduce un offeset nel segnale in uscita, altrimenti si avrebbero 0 Volt a 0°C. Il buffer evita di caricare il partitore di tensione. In questa soluzione si applica il principio di sovrapposizione degli effetti considerando prima il solo segnale dell'LM35 - quindi una configurazione da amplificatore non invertente con 0 Volt in uscita al buffer - poi la sola tensione in uscita al buffer (configurazione da amplificatore invertente con 0 Volt in uscita al LM35). |
| ==== Extra ==== | ==== Extra ==== |
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| * {{ ::condizionamento_e_ponte_di_wheatstone.pdf |esercizi}} sul condizionamento di sensori resistivi a ponte | * {{ ::condizionamento_e_ponte_di_wheatstone.pdf |esercizi}} sul condizionamento di sensori resistivi a ponte |
| * [[https://www.youtube.com/watch?time_continue=3&v=8xX2SVcItOA|video]] su carico/generatore a corrente costante dal canale EEVBlog di youtube | * [[https://www.youtube.com/watch?time_continue=3&v=8xX2SVcItOA|video]] su carico/generatore a corrente costante dal canale EEVBlog di youtube |
| * [[https://akizukidenshi.com/download/ds/aosong/DHT11.pdf|DTH11]], un sensore digitale low-cost ([[https://learn.adafruit.com/dht/overview|qui]] la guida di adafruit per usarlo) | * {{ ::dht11.pdf |DHT11}}, un sensore digitale low-cost ([[https://learn.adafruit.com/dht/overview|qui]] la guida di adafruit per usarlo) |
| * due soluzioni di generatori di corrente (current sink) con LM317 o operazionale e BJT: | * due soluzioni di generatori di corrente (current sink) con LM317 o operazionale e BJT: |
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| ==== Celle di carico ==== | ==== Celle di carico ==== |
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| I ponti estensimetrici, disposti opportunamente lungo una trave che si deforma, sono utilizzati per misurare le forze (ad esempio il peso nelle bilance elettroniche); in questo caso il trasduttore completo viene detto **cella di carico**. /* La figura 26a mostra una cella di carico che sfrutta due estensimetri che si deformano in maniera opposta; la figura 26b una trave con un solo estensimetro. */ | I ponti estensimetrici, disposti opportunamente lungo una trave che si deforma, sono utilizzati per misurare le forze (ad esempio il peso nelle bilance elettroniche); in questo caso il trasduttore completo viene detto **cella di carico**. |
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| | {{ ::cella_di_carico_e_ina111.zip |Qui}} una simulazione con cella di carico (simulata da un generatore da 5 mV), amplificatore per strumentazione INA111 e ulteriore stadio di amplificazione. |
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| | /* La figura 26a mostra una cella di carico che sfrutta due estensimetri che si deformano in maniera opposta; la figura 26b una trave con un solo estensimetro. */ |
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| ==== Trasformatore differenziale ==== | ==== Trasformatore differenziale ==== |
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| Per rilevare piccoli spostamenti si può usare un trasformatore differenziale. Il principio di funzionamento è /*illustrato nella figura 30a**/questo: un trasformatore con un avvolgimento primario e due secondari presenta un nucleo magnetico mobile. Spostando il nucleo in uno dei due secondari si ha un aumento di tensione mentre nell'altro | Per rilevare piccoli spostamenti si può usare un trasformatore differenziale. Il principio di funzionamento è /*illustrato nella figura 30a**/ questo: un trasformatore con un avvolgimento primario e due secondari presenta un nucleo magnetico mobile. Spostando verticalmente il nucleo, si ha un aumento di tensione in uno dei due secondari e una diminuzione nell'altro. La tensione V<sub>O</sub>, nulla quando le due tensioni nei secondari sono uguali((notare i pallini neri che indicano che i due secondari siano avvolti in modo da presentare tensioni di verso opposto)), assume un valore dipendente dalla posizione del nucleo. |
| una diminuzione. La tensione V<sub>O</sub>, nulla quando le due tensioni nei secondari sono uguali((notare i pallini neri che indicano che i due secondari siano avvolti in modo da presentare tensioni di verso opposto)), assume un valore dipendente dalla posizione del nucleo. | |
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| {{::trasformatore_differenziale.jpg|trasformatore differenziale}} | {{::trasformatore_differenziale.jpg|trasformatore differenziale}} |
| ==== Encoder ==== | ==== Encoder ==== |
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| Gli encoder sono trasduttori secondari di velocità e posizione. /*La figura 35 mostra il*/ Il principio di funzionamento di un encoder tachimetrico: | Gli encoder sono trasduttori secondari di velocità e posizione. /*La figura 35 mostra il*/ Il principio di funzionamento di un encoder tachimetrico è questo: |
| * un disco forato (o con zone trasparenti e opache), interposto tra un LED e un fototransistor(( insieme formano un fotoaccoppiatore)), ruota in maniera solidale con l'albero | * un disco forato (o con zone trasparenti e opache), interposto tra un LED e un fototransistor(( insieme formano un fotoaccoppiatore)), ruota in maniera solidale con l'albero |
| * mentre il disco gira il raggio luminoso colpisce alternativamente il fototransistor | * mentre il disco gira il raggio luminoso colpisce alternativamente il fototransistor |
| * il fototransistor produce un segnale in tensione rettangolare in base alla presenza o meno di luce | * il fototransistor produce un segnale in tensione quasi rettangolare, in base alla presenza o meno di luce |
| * la velocità di rotazione è proporzionale alla frequenza del segnale in tensione | * la velocità di rotazione è proporzionale alla frequenza del segnale in tensione |
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| * il sensore di pressione /* di figura 43a */ sfrutta il movimento di una delle due armature, una membrana mobile, per produrre una variazione di capacità | * il sensore di pressione /* di figura 43a */ sfrutta il movimento di una delle due armature, una membrana mobile, per produrre una variazione di capacità |
| * i sensori di capacità differenziale, con tre armature, si comportano come due condensatori la cui capacità cambia in seguito allo spostamento di un armatura /* (quella centrale in figura 44, quella superiore in figura 45) */ per misurare vibrazioni, accelerazioni o piccoli spostamenti | * i sensori di capacità differenziale, con tre armature, si comportano come due condensatori la cui capacità cambia in seguito allo spostamento di un armatura /* (quella centrale in figura 44, quella superiore in figura 45) */ per misurare vibrazioni, accelerazioni o piccoli spostamenti |
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| | Nella figura seguente un circuito con 555 (R1 1.8k R2 6.8k C 1nF) per il condizionamento di un sensore di livello capacitivo. |
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| | {{::555capacitivo.jpg?400|}} |
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| | L'alimentazione è in basso, i due elttrodi del sensore si collegano in basso a sinistra mettendo in parallelo il valore di capacità del sensore con quella del condensatore da 1nF, l'uscita è in alto a destra. |
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