Seduta in Laboratorio

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1 Seduta in Laboratorio Corso di misure meccaniche e termiche A.A. 2016/2017 Introduzione Slides a cura del dott. R. Graziola e del dott. M. Hueller

2 Multimetro digitale Agilent

3 Multimetro digitale Agilent Configurazione voltmetro V Configurazione amperometro A

4 Termoresistenza Pt100 E un sensore di temperatura che sfrutta la variazione della resistività del platino al variare della temperatura. Pt100 misura 100ohm a 0 C Campo di impiego: 220 / +750 C Corrente di misura e auto-riscaldamento: RPT100 * I 2 Tempo di risposta Isolamento Coefficiente di temperatura: Resistenza R a temperatura t: = R 100 R 0 R R t = R 0 [1 + (t t 0 )] α = / C Temperatura t a resistenza R: t = R t R 0 R 0 Variazione di Resistenza per 1 C = Ohm/ C

5 Termoresistenza al Platino Pt100 Tabella di corrispondenza C > Ohm

6 Termoresistenza al Platino Pt100 Modello DeltaOhm TP47.100

7 Termoresistenza al Platino Pt100 Modello DeltaOhm TP47.100

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9 Amplificatore operazionale ua741 IN + IN OFFSET N1 OFFSET N2 (3) (2) (1) (5) + VCC+ (7) (4) VCC (6) OUT U1 6 UA741CP Diagramma funzionale Schema per CAD-SPICE

10 nfigurations and Functions µa741m... J PACKAGE (TOP VIEW) Amplificatore operazionale ua741 µa741m... JG PACKAGE µ A741C, µ A741I... D, P, OR PW PACKAGE (TOP VIEW) FFSET N1 IN IN+ V CC µa741m... U PACKAGE (TOP VIEW) 9 8 V CC + OUT OFFSET N2 OFFSET N1 IN IN+ V CC µa741m... FK PACKAGE (TOP VIEW) Layout V CC+ OUT OFFSET N2 FFSET N1 IN IN+ V CC V CC + OUT OFFSET N2 IN IN OFFSET N V CC + OUT

11 Alimentazioni e caratteristiche ua741 Alimentazione: -max: +/-18Volt, +/-22Volt -usata per didattica: +/- 15 Volt Tensione ingressi: -max: +/-15Volt, +/-30Volt Corrente uscita: max 10/20 mamp

12 1 Riga : COM 2 Riga : +Vs 3 Riga : -Vs 4 Riga : COM

13 Tecnica di disaccoppiamento alimentazioni per basse e alte frequenze

14 Circuito per Termometro (V) Generatore di corrente costante Pt100 V 1 (t) =I R (t) Riferimento di tensione Amplificatore V 2 (t) =G 2 V 1 (t) Amplificatore differenziale V 3 (t) =G 3 (V 2 (t) V 0 )

15 Circuito per Termometro (V) Sensore Pt100 Pt100 Termoresistenza PT100 I=1mA Amplificatore R2 100K -15V -15V RG 4,7K P1 0.5 k 1K V 8 1 U1 OP07 6 U2 ua741 R1 1,5K P2 2 k 1K V U2 OP07 U3 ua741 Generatore I Costante pari a 1mA Amplificatore Test points Riferimento in tensione +15V U1 U5 8 VIN 7 6 TEM VOUT GND TRIM 5 REF02 V_ref = 5,000V V V U3 AD622 RG2 6 10K dvout / dt = 100 mv / C Vout= 0,0Volt a 0 C Vout = 0 V a 0 C Vout= 100mV/ C U4 AD k P3 10K

16 Generatore tensione di riferimento di +5 Volt Utilizziamo l integrato REF02 che è un riferimento di tensione a +5 Volt con eccellente stabilità. = 5 V +/- 300 mv

17 Generatore tensione di riferimento di +5 Volt

18 V + =0 V 0 1) Generatore corrente costante I 0 I REF = V REF RG RG R1 Termoresistenza PT100 4,7K P1 1K I REF I=1mA V U1 OP07 6 ua741 V 1 Vref +15V 1) V REF = V (da REF02) V 1 (t) = I REF R (t) 2) i_pt100 = I REF = 1mA valore consigliato per limitare l effetto di autoriscaldamento 3) RG = V REF / i REF = 5 Kohm 4)Valori scelti: RG = 4.7 Kohm P1 = 1 Kohm

19 V + =0 R1 I REF I=1mA V 0 I 0 I REF = V REF RG RG Termoresistenza PT100 4,7K P1 1K V U1 OP07 6 A ua741 V 1 Vref +15V 1) V REF = V (da REF02) V 1 (t) = I REF R (t) 2) i_pt100 = I REF = 1mA valore consigliato per limitare l effetto di autoriscaldamento 3) RG = V REF / i REF = 5 Kohm 4)Valori scelti: RG = 4.7 Kohm P1 = 1 Kohm

20 V + =0 V 0 I 0 I REF = V REF RG 1) V REF = V (da REF02) RG R1 Termoresistenza PT100 4,7K P1 1K Vref I REF I=1mA V U1 +15V OP07 V 1 (t) = 6 ua741 V V 1 I REF R (t) 2) i_pt100 = I REF = 1mA valore consigliato per limitare l effetto di autoriscaldamento 3) RG = V REF / i REF = 5 Kohm 4)Valori scelti: RG = 4.7 Kohm P1 = 1 Kohm

21 Circuito per Termometro (V) Generatore di corrente costante Pt100 V 1 (t) =I R (t) V 1 (t = 0) = 100 1mA = 100mV dv 1 (t) = dt o C 1mA = 0.385mV o C

22 2) Amplificatore invertente k 15 2 k V + =0 V 0 I 0 V gen R2 = V OUT R1 V out = R1 R2 V gen

23 Amplificatore R2 100K -15V R1 1,5K ua741 2 V 1 6 V 2 P2 1K U3 U2 OP07 2 k +15V V 2 (t) =G 2 V 1 (t) G 2 = R2 R1 = 50

24 Circuito per Termometro (V) Generatore di corrente costante Riferimento di tensione Pt100 Amplificatore V 1 (t) =I R (t) V 1 (t = 0) = 100 1mA = 100mV dv 1 (t) = dt o C 1mA = 0.385mV o C V 2 (t) =G 2 V 1 (t) V 2 (t = 0) = G 2 V 1 (t = 0) = mV = 5V dv 2 (t) dt = G 2 dv 1 (t) dt = mv o C = 19.25mV o C

25 3) Instrumentation amplifier (INA) V out = V in 1+ 2R 1 R3 R gain R 2 Vantaggi INA: Tramite la sola resistenza Rgain posso regolare il guadagno dell amplificatore Effettua misure differenziali sui segnali in ingresso (elimina segnale di modo comune) Impedenza degli ingressi altissima pari all impedenza di ingresso dell amplificatore operazionale (non altera il segnale in input a causa all impedenza del circuito di amplificazione) Resistenze interne tarate al laser in fase di costruzione

26 L INA da noi utilizzato è l AD622 R G = 50.5k G 1 Rg non inserita => Gain = 1

27 Circuito per Termometro (V) Generatore di corrente costante Pt100 V 1 (t) =I R (t) V 1 (t = 0) = 100 1mA = 100mV dv 1 (t) = dt o C 1mA = 0.385mV o C Riferimento di tensione Amplificatore differenziale Amplificatore dv 3 (t) dt V 2 (t) =G 2 V 1 (t) V 2 (t = 0) = G 2 V 1 (t = 0) = mV = 5V dv 2 (t) dt = G 2 dv 1 (t) dt V 3 (t) =G 3 (V 2 (t) V 0 ) V 0 == V 2 (t = 0) = 5V = G 3 dv 2 (t) dt = mv o C = 19.25mV o C = G mv o C == 100mV o C

28 Circuito per Termometro (V) Amplificatore differenziale dv 3 (t) dt V 3 (t) =G 3 (V 2 (t) V 0 ) V 0 == V 2 (t = 0) = 5V = G 3 dv 2 (t) dt R G = 50.5k G 1 = G mv o C = 12.04k 12k == 100mV o C

29 Circuito per Termometro (V) Sensore Pt100 Pt100 Termoresistenza PT100 I=1mA Amplificatore R2 100K -15V -15V RG 4,7K P1 0.5 k 1K V 8 1 U1 OP07 6 U2 ua741 R1 1,5K P2 2 k 1K V U2 OP07 U3 ua741 Generatore I Costante pari a 1mA Amplificatore Test points Riferimento in tensione +15V U1 U5 8 VIN 7 6 TEM VOUT GND TRIM 5 REF02 V_ref = 5,000V V V U3 AD622 RG2 6 10K dvout / dt = 100 mv / C Vout= 0,0Volt a 0 C Vout = 0 V a 0 C Vout= 100mV/ C U4 AD k P3 10K

30 Il software LabView: linguaggio di programmazione per interfacciare strumenti ed acquisire dati

31 4) Taratura dinamica Ingresso a gradino in temperatura M Stimolo a gradino Sistema di misura Risposta impulsiva Si ottiene infilando rapidamente la sonda nel fornelletto riscaldante

32 5) Analisi di un sistema termico Ingresso a temperatura variabile La sonda è a contatto con un ambiente in cui avvengono variazioni di temperatura, da ricostruire.??? Stimolo da ricostruire M Sistema di misura Risposta misurata Variazioni di temperatura provenienti da sorgente di calore: Resistenza di potenza pilotata da un altro alimentatore (Agilent ramo 6V/5A)

33 5) Analisi di un sistema termico Ingresso a temperatura variabile La sonda è a contatto con un ambiente in cui avvengono variazioni di temperatura, da ricostruire. Sensore Pt100 Termostato Variazioni di temperatura provenienti da sorgente di calore: Resistenza di potenza pilotata da un altro alimentatore (Agilent ramo 6V/5A)

34 5) Termostato Interruttore elettrico impostato in temperatura Normalmente chiuso Cambia stato al passaggio alla soglia Può essere usato per fornire un segnale ad un attuatore