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Circuito condizionamento PT100

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[11] Re: Circuito condizionamento PT100

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 1 feb 2011, 23:38

Cseven ha scritto:Non mi rimane che simulare anche l'ultimo postato da mancio.


Non complicarti la vita: il circuito postato da mancio ha, nella realtà, parecchi problemi e non è praticamente mai usato. Il problema più grosso è dovuto alla tolleranza delle resistenze R_5, R_6, R_7 e R_8 che causa un deterioramento del CMRR dell'amplificatore. Quel circuito funziona correttamente SOLO SE si utilizza un amplificatore da strumentazione VERO al posto di U1 e di R_5, R_6, R_7 e R_8. Il circuito che ti ho proposto non ha questo problema, ed è un circuito che se ben progettato ha ottime caratteristiche. Qui qualche informazione in più sugli amplificatori per ponti.

Vedo poi che fai un abbondante uso di trimmer (v. R_6 nell'ultimo circuito): i trimmer sono fonte di instabilità, e vanno usati solo dove è assolutamente indispensabile, connettendoli in modo da nuocere il meno possibile; piuttosto, usa resistori con tolleranze più ristrette (0.1% o 0.05%).
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[12] Re: Circuito condizionamento PT100

Messaggioda Foto UtenteCseven » 3 mar 2011, 16:36

Rieccomi qua, ho provato a fare quel circuito cosi semplice postato da te, però c'è un piccolo problema....

Non riesco ad avere i 10V voluti in uscita, ora ti mostro cosa ho combinato :roll:

ad.jpg
ad.jpg (14.26 KiB) Osservato 4162 volte



I requisiti sono:

a 100ohm della PT100 devo avere in uscita 0V
a 119ohm della PT100 devo avere in uscita 10V

All'inizio ho fatto cosi:

Al posto della R5 avevo messo una resistenza da 100ohm, però provando a simulare la pt 100 con un trimmer regolato a 119/120 ohm, in uscita raggiungevo al massimo 7V, e non mi andava bene...

Allora ho provato a sostituire quella R con un trimmer da 1k,
dunque a 120 ohm, ho fatto in modo di avere l'uscita a 10V però quando tornavo con la PT100 ( che è un trimmer in questo caso ) a 100ohm , non avevo 0V bensi "alcuni volt"

Il professore mi aveva detto che i due trimmer si modificano a vicenda, o interfacciano a vicenda, non ricordo il termine da lui usato.... qualcuno potrebbe consigliarmi, cosa dovrei fare? va fatta sicuramente qualche modifica...ma dove?


Ringrazio coloro che rispondono e che lo hanno fatto finora :)
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[13] Re: Circuito condizionamento PT100

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 3 mar 2011, 17:25

Prima di tutto: quali opamp hai utilizzato e a che tensione li hai alimentati?

Poi, che tipo di resistenze hai utilizzato? mica avrai utilizzato resistenze con tolleranza del 5%? tieni conto che la Pt100 ha una sensibilità dello 0,4%/°C, quindi una tolleranza del 5% su una resistenza qualunque del ponte equivale a un'incertezza di circa 12 °C - spannometricamente parlando - e siccome un ponte è fatto da quattro resistenze, l'incertezza sale a circa 50 °C, sempre spannometricamente parlando.

Come ti ho detto, fai un uso sbagliato dei trimmer: in tutti i circuiti di misura i trimmer vanno messi solo dove sono indispensabili e calcolati correttamente. Quelli che hai messo tu fanno orrore.

Dimmi che incertezza vuoi ottenere nella misura di temperatura e ti spiego come dimensionare il circuito.
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[14] Re: Circuito condizionamento PT100

Messaggioda Foto UtenteCseven » 3 mar 2011, 18:40

beh vorrei che almeno a 0 gradi mi dia 0V e che attorno ai 50 gradi o anche un po' di più mi dia 10 V


il punto è che non ci fanno usare Resistenze con tolleranza inferiore al 5%.......altrimenti...


che dovrei fare?
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[15] Re: Circuito condizionamento PT100

Messaggioda Foto UtenteCseven » 4 mar 2011, 0:00

mi dicevano di mettere un inseguitore tra i due trimmer...pensi cambierebbe qualcosa?
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[16] Re: Circuito condizionamento PT100

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 4 mar 2011, 0:56

Per carità, chi te l'ha detta questa boiata? Come ti ho già detto sopra, i trimmer non vanno messi così, ma se vuoi una risposta, devi prima rispondere alle domande che ti ho posto sopra:

1) Quali opamp hai utilizzato e a che tensione li hai alimentati?

2) Che incertezza vuoi ottenere nella misura di temperatura?
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[17] Re: Circuito condizionamento PT100

Messaggioda Foto UtenteCseven » 4 mar 2011, 14:51

Integrato TL082, alimentati a +/- 12Vdc


Per incertezza non saprei cosa intendi di preciso...

Che sia incerto meno possibile? ... :oops:
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[18] Re: Circuito condizionamento PT100

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 4 mar 2011, 15:53

1) I 12 V con cui alimenti i TL082 non sono sufficienti a garantirti una tensione di uscita massima di 10 V, hai bisogno di almeno 13 V.

2) Detto più volgarmente: di quanti gradi al massimo vuoi che sbagli il termometro?

BTW: dove e cosa studi? Per quale motivo stai costruendo questo termometro? E' un esercizio scolastico e basta o deve avere un'applicazione seria?
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[19] Re: Circuito condizionamento PT100

Messaggioda Foto UtenteCseven » 4 mar 2011, 21:26

è un esercizio scolastico che andrà fatto stampato su basetta.


che sbagli al massimo di 5°C


ITIS elettronica, siccome è fra le prime volte che vad a sbattere contro cose simili non mi è tanto facile capirli.

grazie
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[20] Re: Circuito condizionamento PT100

Messaggioda Foto UtenteDirtyDeeds » 5 mar 2011, 15:12

Allora, partiamo dalla tensione di alimentazione e guardiamo al data sheet del TL082. A p.2, alla riga Output Voltage Swing leggiamo che il TL082 con un carico di 10 kohm, con 15 V di alimentazione garantisce una tensione di uscita di 12 V, cioè 3 V in meno della tensione di alimentazione (non guardare al valore tipico, porta sfiga :mrgreen: ).

Quindi, se tu vuoi che l'uscita possa raggiungere 10 V, hai bisogno di almeno 13 V di alimentazione. Supponendo che tu abbia ha disposizione dei regolatori della serie 78xx, lo puoi alimentare facilmente a +/- 15 V, alimentazione duale.

Ora veniamo al resto del circuito: ci vorrà un po', ti risponderò a puntate. Per la tensione V_0 di eccitazione del ponte sarebbe meglio utilizzare un riferimento di tensione stabile, non l'alimentazione degli operazionali, però visto che mi sembra che tu non abbia molte possibilità nella scelta dei componenti utilizziamo pure gli stessi 15 V dell'alimentazione.

Riporto il circuito qua sotto:



Prima di andare avanti nel progetto cerchiamo di capire come funziona il circuito. Gli amplificatori OA1 e OA2 lavorano in modo da mantenere i propri ingressi invertenti a potenziale 0 V: di conseguenza, nelle due
resistenze di valore R_1 e nella Pt100 viene impressa una corrente costante

I_0 = \frac{V_0}{R_1}

Ora, indicando con x il rapporto

x = \frac{R-R_0}{R_0}

la tensione di uscita di OA1, che lavora come amplificatore invertente, può essere scritta come

v^\prime_\text{u} = -V_0\frac{R}{R_1} = -V_0\frac{R_0}{R_1}\frac{R}{R_0} = -V_0\frac{R_0}{R_1}(1+x)

Poiché l’ingresso invertente di OA2 è mantenuto a 0 V, in R_2 si sommano le correnti i_2 = v^\prime_\text{u}/R_0 e I_0 = V_0/R_1; la tensione all’uscita di OA2 vale allora

v_\text{u} = -R_2(i_2+I_0) = -R_2\left[-\frac{V_0}{R_1}(1+x)+V_0/R_1\right] = V_0\frac{R_2}{R_1}x

Quindi l'uscita è proporzionale a x, la variazione relativa di R rispetto a R_0.

Se si vuole che l'uscita del circuito sia nulla a 0 °C, bisogna scegliere R_0 = R(0\,^\circ\text{C}) = 100\,\Omega.

Veniamo ora alla scelta di R_1: fissata V_0, R_1 limita la corrente I_0 che scorre nel sensore. L'effetto di tale corrente è, per effetto Joule, quello di scaldare il sensore, che misurerà quindi una temperatura un pochino più alta di quella vera, generando così un errore sistematico. Per limitare questo errore, bisogna limitare I_0. L'aumento di temperatura \Delta t del sensore causato da questo autoriscaldamento può essere approssimato dalla relazione

\Delta t\approx \frac{P}{G_\text{T}}

dove P = R I_0^2 è la potenza dissipata dal sensore e G_\text{T} è un parametro chiamato conduttanza termica. Per molte Pt100 di uso comune, in aria ferma, la conduttanza termica è dell'ordine di qualche milliwatt al grado celsius. Ciò significa che facendo dissipare a R qualche milliwatt si avrà un errore dell'ordine del grado. E' importante osservare che questo errore non è facilmente compensabile perché dipende da G_\text{T}, parametro variabile con le condizioni di lavoro del sensore. L'unica cosa da fare è limitare l'autoriscaldamento in modo che sia trascurabile. La massima potenza dissipata dal sensore vale P_\text{max} = R_\text{max} I_0^2: volendo limitare la potenza dissipata all'ordine del milliwatt, in modo che l'autoriscaldamento sia al più di qualche frazione di grado, si dovrà avere

I_0 = \sqrt{\frac{P_\text{max}}{R_\text{max}}} < \sqrt{\frac{1\,\text{mW}}{120\,\Omega}} \approx 3\,\text{mA}

da cui R_1 = V_0/I_0\approx 5\,\text{k}\Omega.

Alcune osservazioni:

- Il valore dell'autoriscaldamento può essere stimato un po' meglio conoscendo G_\text{T}: questo parametro si può misurare: se ti interessa fare la misura ti posso spiegare come farla, ma mi devi dire che strumentazione avete a disposizione a scuola.

- In effetti, la scelta di I_0 deve essere fatta tenendo conto di due effetti contrastanti: i) aumentando I_0 si peggiora l'errore dovuto all'autoriscaldamento; ii) diminuendola si peggiora l'errore dovuto agli offset degli amplificatori operazionali.

- I valori trovati di I_0 e R_1 sono, per adesso, provvisori: li aggiusteremo tra un po', tenendo conto delle tolleranze dei componenti.

(to be continued... stay tuned!)
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