Amplificazione termocoppia

[Jackd]

Buongiorno,

ho una termocoppia tipo quelle dei fornelli a gas da leggere per rilevare se una fiamma si spegne. Non è richiesta molta precisione, considerando che tra fiamma accesa e spenta c'è una notevole differenza (passiamo da 0.12mV a 20mV).
Non ho nessuna esperienza con termocoppie, ma a livello di logica, visto che non mi interessa la temperatura ma solo rilevare se non si spegne la fiamma, ho pensato ad amplificare il segnale e poi inviare ad un comparatore o all'ingrsso di un micro.

La sonda è tipo https://it.aliexpress.com/item/1005006399427717.html
Non so se sia la norma, o se quello che ho in mano sia un caso eccezionale, ma la tensione viene generata tra la carcassa della sonda ed un filo isolato che esce dal centro, e risulta positiva all'aumentare della temperatura, misurando col puntale positivo sulla carcassa ed il negativo sul filo.

EDIT:
il lato positivo della sonda è meccanicamente e immutabilmente connesso a terra

Per evitare di usare un alimentazion duale, ho pensato a questo schema, cosa ne pensate? non avendole mai usare, c'è qualcosa che stò palesemente sottovalutando?
grazie

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[EnricoMigliore]

...Per evitare di usare un alimentazion duale, ho pensato a questo schema, cosa ne pensate? non avendole mai usare, c'è qualcosa che stò palesemente sottovalutando?
grazie

Osservo che stai usando la termocoppia come sensore di presenza fiamma e non come sensore di misura di temperatura.

Ti propongo allora questo schema pubblicato su EDN che e' leggermente piu' semplice e soprattutto che non collega resistenze o diodi alla termocoppia.



L'amplificatore LM358 non richiede alimentazione duale in questo schema.

https://www.edn.com/how-to-play-with-thermocouples

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L'alimentazione duale si usa nei circuiti dove la termocoppia e' usata come strumento di misura di precisione come ad esempio nei datalogger della Yokogawa.

[IsidoroKZ]

Jackd direi che in linea di principio il circuito possa andare.
Per avere una tensione positiva da sommare a quella della termocoppia, puoi anche fare a meno del diodo usato come riferimento di tensione. Se la tensione di alimentazione e` stabile, puoi anche usare un partitore di tensione e con due o tre resistenze te la cavi.

Ovviamente l'operazionale deve essere con modo comune di ingresso che va fino a 0V, magari qualcosa di meglio dell'LM358 che ha una tensione di offset non proprio trascurabile.

Considererei anche di mettere un condensatore sul nodo di ingresso, dato che la termocoppia e i fili di collegamento possono raccattare rumore.

Una soluzione probabilmente migliore consiste nel realizzare un comparatore con isteresi, in questo modo hai una commutazione pulita sull'uscita e non hai commutazioni spurie in fase di transizione fra spento e acceso.

Da dove arriva l'indicazione che con il fuoco spento hai 0.12mV?

EnricoMigliore il circuito che hai indicato non e` adatto perche' prevede che l'ingresso sia positivo, mentre l'OP ha indicato che la tensione che arriva dalla termocoppia e` negativa.
Poi ci sono anche altri problemi, ad esempio un potenziometro collegato cosi` all'ingresso invertente dell'operazionale porta male (carico capacitivo sull'ingresso invertente che riduce la stabilita`), la banda del circuito cambia con la posizione del potenziometro, un circuito "di misura" con un potenziometro non e` una cosa da farsi...
Una volta EDN proponeva dei circuiti migliori.

Ora devo scappare a cena, dopo guardo il datasheet della termocoppia e leggo con attenzione l'articolo di EDN, al quale ho solo dato un'occhiata veloce.

[stefanopc]

Mi sembra che questo genere di sensore (termocoppia) sia in grado di generare una notevole corrente anche se a fronte di una tensione molto piccola.
Forse sarebbe meglio creare un convertitore corrente tensione con l'operazionale.
Da verificare sperimentalmente.
Probabilmente con un comparatore adeguato si potrebbe eliminare l'operazionale.
Se il segnale deve poi arrivare in un microcontrollore si potrebbe utilizzare un comparatore interno.

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Ciao

[EnricoMigliore]

Considererei anche di mettere un condensatore sul nodo di ingresso, dato che la termocoppia e i fili di collegamento possono raccattare rumore.

Confermo

EnricoMigliore il circuito che hai indicato non e` adatto perche' prevede che l'ingresso sia positivo, mentre l'OP ha indicato che la tensione che arriva dalla termocoppia e` negativa.
Poi ci sono anche altri problemi, ad esempio un potenziometro collegato cosi` all'ingresso invertente dell'operazionale porta male (carico capacitivo sull'ingresso invertente che riduce la stabilita`), la banda del circuito cambia con la posizione del potenziometro, un circuito "di misura" con un potenziometro non e` una cosa da farsi...

Possiamo usare un Amplificatore Operazione della famigla OPA come ad esempio OPA189 che:

- Ha solo 3 µV di offset all'ingresso

- E' unity-gain stable quindi incondizionatamente stabile

- Costa 3 Euro

Il potenziometro verra' sostituito da una resistenza.

Se non puo' invertire la termocoppia puo' acquistarne una standard K o N per detezione fiamma.

[Etemenanki]

Mi sembra che questo genere di sensore (termocoppia) sia in grado di generare una notevole corrente anche se a fronte di una tensione molto piccola. ...

Confermo, molta piu corrente che tensione, abbastanza corrente per tenere attratta l'ancora di una valvola di sicurezza per gas il cui solenoide ha di solito sei o sette spire di filo in rame da circa 3 mm di diametro (o almeno, tutte quelle che ho aperto erano fatte cosi) ... lascio a te' il "piacere" di fare i calcoli

solenoidegas.jpg (5.68 KiB) Osservato 4821 volte

EDIT: trovata solo questa immagine, comunque si riesce ad intravvedere come e' realizzata la bobina

[gill90]

- E' unity-gain stable quindi incondizionatamente stabile

Non è detto.
Se scegli valori troppo alti di resistenza potresti avere instabilità data dalla capacità di ingresso dell'operazionale con la tua rete di retroazione. Nel caso in esame è molto difficile renderlo instabile, ma può benissimo cambiare il margine di fase e la banda al variare della resistenza di feedback.

Anche io preferisco la soluzione di Jackd perché porta il circuito a lavorare in un punto sufficientemente lontano dai rail di alimentazione, e il basso valore delle resistenze di reazione allontana l'effetto delle capacità parassite di ingresso.

stefanopc occhio che stai comunque pilotando in tensione (peraltro sotto la soglia di riferimento negativa dell'opamp e con l'ingresso non invertente allo stesso valore) un circuito fatto per ingresso in corrente, ho paura che l'opamp sbarelli un bel po'.

[Etemenanki]

... un circuito fatto per ingresso in corrente ...

Una R da 20 ohm in parallelo, e poi andare di corrente ? ... con 0.2V in presenza di fiamma, avresti 10mA

[stefanopc]

Qui si parla del convertitore corrente tensione.
viewtopic.php?f=1&t=60362&start=10
https://www.allaboutcircuits.com/video- ... converter/
https://electronics-course.com/current- ... -converter
Ovviamente una volta stabilita sperimentalmente la corrente generata dalla termocoppia (in presenza di fiamma) si può cercare di affinare il circuito che al momento potrebbe andare già con 4mA.
Come ho scritto va provato e adattato in base al sensore in base alle specifiche.
Certo che una corrente di 10 o più mA è più facile da discriminare rispetto ad una tensione di 20mV.
Poi per carità per complicare le cose semplici ci vuole poco.
In questo caso basterebbe forse un relè (riavvolto).
Ciao

[gill90]

Ovviamente una volta stabilita sperimentalmente la corrente generata dalla termocoppia (in presenza di fiamma) si può cercare di affinare il circuito che al momento potrebbe andare già con 4mA.

La termocoppia però funziona in tensione, gli schemi che hai linkato sono perfetti per sorgenti che sono pilotate in corrente, ma la termocoppia funziona direttamente per effetto Seebeck che genera una tensione proporzionale alla differenza di temperatura.
Mi pare di ricordare poi che non abbia grossa capability in corrente, per cui é preferibile terminarle su una impedenza elevata.

Una R da 20 ohm in parallelo, e poi andare di corrente ? ... con 0.2V in presenza di fiamma, avresti 10mA

In pratica così fai un amplificatore invertente, che però ha bassa impedenza d’ingresso.
Continuo a preferire lo schema di principio dell’OP, alla fine fa quello che deve ed é semplice.