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Linea 46: Linea 46:
 La tensione V<sub>d</sub> si calcola così: La tensione V<sub>d</sub> si calcola così:
  
-`V_d=V_(\C\C) ( (R_0(1+x) )/(R_0(1+x)+R_0(1-x) )-(R_0(1-x) )/(R_0(1+x)+R_0(1-x) ) )= V_(\C\C) (2R_0 x)/(2R_0)=V_(\C\C) cdot x`+`V_d=V_(\C\C) ( (R_0(1+x) )/(R_0(1+x)+R_0(1-x) )-(R_0(1-x) )/(R_0(1+x)+R_0(1-x) ) )=` 
 +`=V_(\C\C) (2R_0 x)/(2R_0)=V_(\C\C) cdot x`
  
 Questa configurazione è la migliore possibile perché: Questa configurazione è la migliore possibile perché:
Linea 75: Linea 76:
  
 Esercizio preso da {{ :condizionamento_e_ponte_di_wheatstone.pdf |qui}}. Esercizio preso da {{ :condizionamento_e_ponte_di_wheatstone.pdf |qui}}.
 +
 +**NB: la configurazione del ponte di Wheatsone proposta nel file PDF, pur funzionando dal punto di vista teorico, non è utilizzabile in pratica. Ponendo la Pt100 nella parte alta del ponte le tensioni ai due estremi della diagonale (V<sub>A</sub> e  V<sub>B</sub>) sono troppo vicine alla tensione di alimentazione dell'operazionale col risultato che l'uscita di quest'ultimo satura e il circuito non funziona. Meglio allora mettere la Pt100 nella parte bassa del ponte.**
  
 ==== Specifiche ==== ==== Specifiche ====
  Progettare un circuito di condizionamento con ponte di Wheatstone e termoresistenza Pt100 (α = 3.85x10<sup>-3</sup> 1/°C) tale da avere 0V a 0°C e 10V a 150°C.  Progettare un circuito di condizionamento con ponte di Wheatstone e termoresistenza Pt100 (α = 3.85x10<sup>-3</sup> 1/°C) tale da avere 0V a 0°C e 10V a 150°C.
  
 +==== Progetto ====
 +
 +
 +Considerato il range di tensione in uscita si sceglie un'alimentazione con Vcc = 12V. Per l'amplificatore operazione serve anche una -Vcc = -12V.
 +
 +Con uno schema come quello della figura a inizio pagina si sceglie di porre la Pt100 al posto di R1. La tensione in uscita sarà la V<sub>BA</sub>, orientata verso destra, perché la tensione tra A e massa cala all'aumentare della temperatura (la resistenza della Pt100 aumenta mentre la R<sub>2</sub> resta costante) mentre la tensione tra B e massa è costante. 
 +
 +La tensione in uscita è differenziale (o flottante) perché nessuno dei due punti è riferito a massa; servirà uno stadio differenziale ad operazionale per riferire la tensione a massa ed amplificarla.
 +
 +Per limitare l'autoconsumo della Pt100 si impone((arbitrariamente in questo caso ma si potrebbe ottenere un valore corretto consultando il datasheet della termoresistenza)) una corrente massima di 2mA. Nelle caso peggiore possibile, considerato il range di temperature indicato nelle specifiche, la resistenza della Pt100 è di 100 Ω. Allora si può scrivere:
 +
 +`I_max = Vcc/(R_Pt100 + R_2)` 
 +
 +quindi 
 +
 +`R_2 = Vcc/I_max - 100= 5,9 kOmega`
 +
 +e si sceglie per R<sub>2</sub> il valore commerciale 5,6 kΩ.
 +
 +Dalle specifiche risulta che a 0°C la tensione in uscita debba valere 0 Volt. Questo avviene quando la tensione differenziale del ponte è nulla, cioè quando il ponte è in equilibrio e vale R1/R2 = R3/R4. Se al posto di R1 mettiamo il valore della resistenza della Pt100 a 0°C (100 Ω) si ottiene la relazione:
 +
 +`100/5600=R_3/R_4`
 +
 +Conviene allora porre R<sub>3</sub> = 100 Ω e R<sub>4</sub> = 5,6 kΩ per imporre l'equilibrio del ponte a 0°C.
 +
 +A 150°C la resistenza della Pt100 vale:
 +
 +`R_{Pt100} = 100*(1+ alpha T)= 100*(1+3,85x10^(-3)*150)=157.75 Omega`
 +
 +mentre la tensione nel punto A si vale:
 +
 +`V_A = (R_2 V_{C\C})/(R_(Pt100) + R_2)=(5,6 cdot 10^3 cdot 12)/(157,75+5600) =11,671 V`
 +
 +La tensione nel punto B non dipende dalla temperatura e vale sempre:
 +
 +`V_B = (R_4 V_{C\C})/(R_3 + R_4) = (5,6 cdot 10^3 cdot 12)/(100+ 5,6 cdot 10^3)= 11,789 V`
 +
 +A 150°C la tensione differenziale del ponte vale allora:
 +
 +`V_d = V_(BA) = V_B - V_A = 11,789-11,671 ~= 118 mV`
 +
 +Per ottenere 10 Volt in uscita riferiti a massa è necessario amplificare questo valore. Il guadagno richiesto è:
 +
 +`A_v = V_{O}/V_d = 10/118 cdot 10^(-3)= 84,4`
 +
 +Questo valore serve a dimensionare le quattro resistenze dello stadio amplificatore differenziale ad operazionale posto a valle del ponte Wheatstone. 
 +
 +{{::opamp-differenziale.png|stadio differenziale}}
 +
 +Le quattro resistenze, uguali a due a due per semplicità, fissano il guadagno differenziale:
 +
 +`v_O = A_d cdot v_d`
 +
 +con 
 +
 +`A_d= R_8/R_6=R_7/R_5=84,4`
 +
 +Ponendo R<sub>5</sub> = R<sub>6</sub> = 1 kΩ restano definite R<sub>7</sub> e R<sub>8</sub> come:
 +
 +`R_7=R_8=84,4 cdot 1 cdot 10^3 = 84,4 k Ohm`
  
 +ottenibili con due resistori da 82 kΩ seguiti da due trimmer da 5kΩ.
  
  
wheatstone.1544015046.txt.gz · Ultima modifica: 2020/07/03 15:58 (modifica esterna)