Amplificazione termocoppia

[stefanopc]

La termocoppia in generale funziona come hai perfettamente descritto.
La termocoppia di sicurezza di un fornello a gas invece è utilizzata per generare la corrente che direttamente pilota la bobina di una piccola elettrovalvola.
Ora l'avvolgimento di questa elettrovalvola è formato da poche spire (una decina circa) e ha una resistenza probabilmente molto bassa per rendere massima la corrente generata.
È per questo che ho pensato di utilizzare in questo caso particolare il convertitore corrente tensione.
Con una termocoppia di misura ci sono soluzioni integrate appositamente pensate per lo scopo che fanno anche la compensazione del giunto freddo o/e contengono anche convertitore AD e si interfacciano direttamente al Micro come ad esempio MAX6675 o AD8495.
Ciao

[gill90]

Ah! Non sapevo che la conversione in corrente fosse diretta, credevo che servisse un circuito attivo di amplificazione. Personalmente ho sempre usato degli INA per leggerne il valore, ma in questo caso è diverso perché basta distinguere tra due stati.

Il problema del circuito corrente-tensione però è che la termocoppia rimane pur sempre un dispositivo pilotato in tensione: in assenza di fiamma avrà una tensione negativa di pochi microvolt, sommata all’offset dell’opamp e alla non linearità dovuta al bias coincidente con l’alimentazione negativa, e dato che piloti con la tensione direttamente il pin invertente, l’uscita dell’opamp può benissimo saturare anche a riposo.
Bisognerebbe metterci una resistenza (molto piccola) tra ingresso e pin invertente e trasformarlo in un amplificatore invertente, ma in ogni caso non è bello far lavorare l’amplificatore cosi vicino a uno dei suoi rail di alimentazione.

[stefanopc]

Se si sceglie il giusto operazionale magari adatto a lavorare a 5V con ingresso e uscita rail to rail a mio parere potrebbe funzionare senza neppure la necessità di un comparatore in cascata.
Certo avendo una alimentazione duale +6 e - 6V e un operazionale ideale sarebbe tutto più bello.
La resistenza 4.7k che polarizza il pin negativo ha due funzioni.
Se si scollega il sensore (per errore o guasto ) la uscita rimane bassa e probabilmente se dimensionata correttamente potrebbe compensare tutte le anomalie che si vorrebbero evitare sul pin invertente quando la fiamma è spenta.
Non ho sottomano nessuna di queste termocoppie altrimenti farei sicuramente una prova per mia curiosità personale.
Ciao

[IsidoroKZ]

In questo thread ho letto delle cose che non mi piacciono molto, del tipo la termocoppia esce in corrente, oppure da` molta piu` corrente che tensione (!)...

Direi che si debbano tenere presenti i signori Thévenin e Norton, anzi i veri scopritori Helmholtz e Mayer (un altro esempio della perversa legge di Stigler, cosi` RenzoDF non protesta troppo )

La termocoppia e` una sorgente "elettrica" che puo` essere rappresentata sia con un equivalente serie sia con uno parallelo. Il fenomeno fisico sottostante genera una tensione, per cui puo` venire in mente di rappresentarla con una sorgente di tensione e resistenza in serie, come in figura A

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

La tensione a vuoto generata dalla termocoppia Vth va, come diceva Jackd, da 0V a -20mV circa. La resistenza in serie e` ben al di sotto di un ohm, e dipende dalla resistenza dei cavi e dal contatto dei due metalli. Se al posto del circuito serie, prendiamo l'equivalente parallelo figura B, la corrente del generatore e` data da In=Vth/Rth, quindi siamo dell'ordine dell'ampere come corrente di cortocircuito.
PERO` la resistenza in parallelo al generatore di corrente e` sempre la stessa.

Ora, se si prova a fare un convertitore corrente tensione con un operazionale, figura C, abbiamo una sorgente con una corrente elevata e resistenza parallelo molto bassa: il noise gain di quella struttura e` molto alto e l'operazionale satura, piu` altri inconvenienti, quali ad esempio la corrente dell'operazionale e` limitata...

Una soluzione l'aveva proposta gill90 ed e` utilizzabile: si mette in serie alla termocoppia una resistenza da un centinaio di ohm e si fa un amplificatore invertente.

Una resistenza da una ventina in ohm in parallelo alla termocoppia non ha nessun effetto perche' la sua resistenza interna e` molto piu` bassa.

Continuo a pensare che il primo circuito proposto sia il migliore, magari con un po' di isteresi, come indicato qui

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Quando la termocoppia scalda, la tensione di uscita va a 0V, mentre quando e` fredda va a 5V. Ci vuole un operazionale rail to rail in ingresso e in uscita.

Se si vuole il circuito con logica al contrario, dovrebbe essere questo

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Al solito op amp rail to rail in ingresso e uscita. Non sono molto sicuro dei conti, qualcuno puo` verificarli per favore?

In entrambi i circuiti le soglie sono a circa -10mV e -14mV e l'uscita e` un segnale logico, il comparatore con isteresi non ha bisogno di un altro comparatore dietro.

PS: dato che sono un po' taccagno, ho visto che nel primo schema si puo` risparmiare una resistenza.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Per fare il conto, rifare il disegno e postarlo mi ci e` voluto un quarto d'ora. Dato che il circuito e` fatto in un solo esemplare, risparmiare una resistenza da 1 centesimo di dollaro costa un quarto d'ora del mio tempo, che non mi pare un buon risparmio

[Jackd]

Innanzi tutto un grosso grosso ringraziamento a tutti

IsidoroKZ il dato 0,12mV arriva da misura che ho eseguito con tester, e corrisponde a circa 25/27° in abiente (finalmente è arrivata l'estate anche in Veneto).
In rete ho trovato un indicazione che attesta una variazione media di circa 41uV/°C .
Provando col phon da 600° sono arrivato a misurare circa 24mV per cui, anche se lo prendo un pochino con le pinze non sapendo di preciso a quale temperatura sono arrivato, il dato è nello spettro del plausibile.

Tramite giro di conoscenze ho la possibilità di avere in prestito un tester / calibratore per sonde https://www.wika.ca/upload/OI_CEP3000_a ... _42791.pdf

Per rispetto del tuo quartodora mi sento in obbligo a seguire rigorosamente il tuo consiglio

scavo nei cassetti e monto una millefori, vi aggiorno col montaggio

grazie ancora

[IsidoroKZ]

Se con il phon arrivi a 24mV, con la fiamma potresti arrivare a 50mV circa. Puoi provare a misurare che cosa viene fuori? Probabilmente saranno da spostare le soglie e magari allargare un po' l'isteresi.

Misura e fammi sapere, che ricalcolo le resistenze. Quale dei due ti serve?. Con la fiamma vuoi uscita alta o bassa?

L'operazionale deve essere rail-to-rail sia all'ingresso che all'uscita. Per fare le prove puoi anche usare un LM358, poi pero` suggerirei di prendere qualcosa di meglio. Anche la microchip fa degli op amp cmos che possono andare bene.

[stefanopc]

Ringrazio come sempre IsidoroKZ per la illuminante spiegazione.
A questo punto sarei anche curioso in merito all' utilizzo di questo sensore.
Ciao

[Jackd]

Piccolo aggiornamento solo per informare che non ho ancora avuto la possibilità di poter accendere la fiamma e fare le misure.

Per togliere un po di curiosità senza infrangere il riserbo, posso dire che c'è un processo elettro-chimico, che produce dei vapori, che vengono accesi in un bruciatore.

Nella foto bruciatore (sbagliato - motivo del ritardo...) , con candeletta e sensore.

Appena i meccanici fanno le correzioni spero di poter giocare anche io