Circuiti per la misura della temperatura

In questo articolo saranno mostrate alcune soluzioni circuitali per la misura della temperatura che sfrutta circuiti integrati della Linear Technology/Analog Devices.

Cominciamo con il definire cos’è un sensore di temperatura. Si tratta di un trasduttore che converte una grandezza
termica in un’elettrica che generalmente è rappresentata da una tensione. Esistono diversi principi di conversione, ma il più semplice è rappresentato dal termoresistore al platino in cui la resistività del sensore varia linearmente con la temperatura (la variazione  quadratica è trascurabile).  Il circuito che permette la misura di questa variazione è il ponte di Wheatston seguito da un amplificatore differenziale che ne amplifica la tensione di uscita. Il circuito mostrato in figura 1 presenta uno stabilizzatore di tensione (LT1027), necessario per generare  i riferimenti  di tensione di +5V sul ponte e per il circuito di digitalizzazione LTC1292.

Figura 1: sistema di misura della temperatura tra 0 e 400°C.

Figura 1: sistema di misura della temperatura tra 0 e 400°C.

Il resistore  da 1MOhm tra il terminale  + del LT1006 e +IN del LTC1292 è utilizzato per compensare il carico del resistore Rs in modo da avere la stessa resistenza di ingresso sui due terminali del ponte. La presenza del condensatore di retroazione è utilizzato per impostare un polo a 1.5kHz. La variazione di tensione Vo sull’uscita dell’LT1006 sarà compresa tra 0 e +5V e non potrà superare questo valore grazie alla presenza del diodo 1N4148. L’impostazione del ponte avviene grazie alla presenza del trimmer da 100Ohm per quanto riguarda l’impostazione dell’offset, mentre il trimmer da 500kOhm consente l’aggiustamento del fondo scala. I pregi di questo circuito sono rappresentati dall’elevata risoluzione di 1°C per un intervallo di temperatura compre so tra 0 e 400°C, che scende a circa 1°C utilizzando resistori con tolleranze dell’1%. I difetti sono rappresentati dalla difficoltà della configurazione dei due trimmer che dovrebbero essere impostati portando il sensore  a 0°C e 400°C rispettivamente. Inoltre, bisognerebbe portare in conto le resistenze parassite e di contatto, nel caso in cui il sensore sia portato lontano dal circuito di misura. Nella figura 2, viene mostrato come l’integrato LCT1292 esegue una misura differenziale di tensione, ricevendo in ingresso delle tensioni comprese tra 10 e 15V limitate dai quattro diodi di ingresso.

Figura 2: sistema di acquisizione dati a 12bit.

Figura 2: sistema di acquisizione dati a 12bit.

La tensione differenziale viene successivamente digitalizzata a 12bit su un fondo scala di 5V. L’integrato LTC1292 sfrutta una massa di tipo floating grazie all’integrato LT1019-5 per eliminare  i disturbi di modo comune ed è pilotato da due uscite: P1.4 per il reset e P1.3 per la generazione del segnale di clock. Ad ogni transizione del segnale di clock (frequenza massima 100kHz), ogni bit del dato binario precedentemente acquisito sarà fornito all’ingresso P1.1. Il circuito di figura 3, mostra come sia possibile misurare una temperatura differenziale tra due sensori posti in luoghi differenti.

Figura 3: sistema differenziale per la misura della temperatura.

Figura 3: sistema differenziale per la misura della temperatura.

I  due integrati LM134, forniscono come uscita elettrica una corrente in modo da evitare attenuazioni sul cavo e portare il sensore lontano dal circuito, questa corrente viene fatta passare per un resistore da 10kOhm in modo da generare una tensione sui due terminali +IN e –IN dell’integrato LTC1292. Il cavo dei due sensori viene opportunamente attorcigliato, per evitare che il  collegamento funga da antenna, quindi produca disturbi sui due ingressi. Anche in questo caso, come nel precedente, viene utilizzato l’integrato LT1027 per la generazione della tensione di riferimento mentre la tensione Vref viene impostata a 2V mediante il partitore resistivo. Nella figura 4 si può osservare  il funzionamento di un sistema di acquisizione.

Figura 4: sistema di acquisizione dati a 8bit.

Figura 4: sistema di acquisizione dati a 8bit.

Sul primo ingresso viene fornito un il segnale di clock che in questo caso ha il compito di accendere l’integrato quando il segnale è alto e spegnerlo quando questo è basso, in modo tale da risparmiare energia soprattutto se il sistema è alimentato a batterie. La tensione di riferimento viene generata mediante l’uso di un diodo Zener che imposta la tensione a 2.5V. Gli altri due ingressi (CLK e DATA) sono optoisolati e permettono di impostare il segnale  di clock e di prelevare  il bit del dato binario ottenuto a seguito della conversione.

 

 

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