TRASDUTTORI DI TEMPERATURA

RELAZIONE DI SISTEMI LABORATORIO TRASDUTTORI DI TEMPERATURA RELAZIONE SVOLTA DAGLI ALUNNI : Michele Parrella, Marco Vigano, Andrea Borghetti, Claudio Mariani RELAZIONE N : 3 ANNO SCOLASTICO: 2005/2006 DATA SVOLGIMENTO DELLA PROVA: 11/3/2005 DOCENTI RESPONSABILI: I.T.P. Giuseppe Rizzaro,doc.teorico Alda Scimia. ASSISTENTE DI LABORATORIO: Giacomo Mingirulli. LUOGO SVOLGIMENTO PROVA: Laboratorio di sistemi. CENNI TEORICI SUI TRASDUTTORI DI TEMPERATURA: Per trasduttore di temperatura si intende un dispositivo in grado di trasformare una temperatura in una grandezza fisica (tensione, corrente, resistenza, frequenza).la scelta del trasduttore dipende da molti fattori e più precisamente: CAMPO DI TEMPERATURA STABILITA E LINEARITA CONDIZIONI DI UTILIZZO GRANDEZZA ELETTRICA DESIDERATA ALL'USCITA COSTANTE DI TEMPO MISURA ANALOGICA O DIGITALE

TERMISTORI: I termistori sono dispositivi che inseriti opportunamente trasformano una variazione di temperatura in una variazione di tipo elettrico. Essi sono usati in considerazione della grande variazione di resistenza in funzione della temperatura.in confronto con altri tipi di trasduttori, variazione che puo essere negativa come negli NTC,oppure positiva come nei "PTC, la relazione che definisce il comportamento di un termistore "NTC" al variare della temperatura può essere così espressa: R = A * exp ( - B / T ) dove: R = resistenza espressa in ohm alla temperatura T B = costante di valore compreso tra 2000 gradi e 5500 gradi k A = costante in ohm T = temperatura in gradi K (Kelvin) Per avere una grande sensibilità nei confronti delle variazioni della temperatura si usa spesso inserire il termistore in un ponte. II compito dell amplificatore (operazionale μa 741) è quello di amplificare la tensione di sbilanciamento del ponte di Wheatstone. Il sistema raffigurato è sicuramente lineare e la sua costante di tempo è trascurabile rispetto a quella del termistore. Nel caso del modulo didattico però si è preferito l uso della termoresistenza in sostituzione di un termistore PTC perché da come si può notare in figura 1.1 dove è rappresentato l'andamento della resistenza di un termistore "PTC" in funzione della temperatura esso è fortemente non lineare. Ciò nonostante i termistori vengono usati nei processi di controllo, dato l'alto coefficiente di temperatura che raggiungono (in alcuni casi anche il 25%), ma limitatamente al tratto centrale della caratteristica. Anche per i PTC si può tentare una linearizzazione, ma solo per via sperimentale visto che non esiste un espressione analitica che leghi resistenza e temperatura in modo abbastanza semplice da consentire la ricerca di condizioni analitiche rapidamente utilizzabili. 2

Figura 1.1:Andamento della resistenza dei termistori (su scala logaritmica) in funzione della temperatura. TERMORESISTENZE: La legge che regola la variazione di resistenza in metallo è la seguente: R = Ro * (1 + at + bt2 + ct3 +...) dove R = resistenza a T C RO = resistenza a O C {di solito vale 100 ohm) normalmente a>>b>>c così che la formula si può scrivere: RT = Ro (1 + at) Che rappresenta la legge di variazione lineare attraverso il coefficiente di temperatura a, misurato in ohm su ohm per grado. Le migliori termoresistenze, per quanto riguarda la linearità sono al platino, per le quali: a = 0,00392 ohm su ohm par grado. la non linearità, è contenuta intorno al 2% su un canapo di temperatura che va da O C a 500 C. Par le termoresistenze al nichel il coefficiente vale: a = 0,0062 ohm su ohm per grado. In un campo limitato a 300 C la non linearità è più marcata rispetto quelle al platino, ma possono meglio di queste dare risposte più linearizzate attraverso l inserzione dì opportune resistente in parallelo. Le termoresistenze al rame hanno un coefficiente uguale a quelle al platino, ed una linearità inferiore. Le costanti di tempo delle termoresistenze nel caso migliore raggiungono i 100 ms. Un possibile errore di trasduzione è dovuto all autoriscaldamento, che viene limitato imponendo una corrente. da 5 a 10 ma (sulla resistenza tipica di 100 ohm). TERMOCOPPIE: Le termocoppie si basano sul principio che due conduttori metallici diversi, uniti ad una estremità, presentano all'altra estremità libera una f.e.m. che dipende dalla temperatura. La linearità della risposta è inferiore a quella delle termoresistenze ma questi trasduttori sono ugualmente importanti per il vasto campo termico di applicazione {fino a 1500 C). Come si può notare dalla tabella esse danno una f.e.m. che varia da 6 microvolt/grado a 60 microvolt/grado. Con le termocoppie si può misurare la temperatura di un punto rispetto ad un altro, ponendo una giunzione in un punto «Jh e una in quello di riferimento Jc (fig. 1.2). Per non commettere errori di misura bisogna fare in modo che la temperatura del giunto freddo rimanga costante; ciò lo si ottiene inserendolo in un ambiente termostatato. In alternativa al primo metodo per compensare i possibili errori dovuti al giunto freddo è quello dì iniettare nel sistema di misura ed amplificatone un segnale uguale e contrario a quello dovuto al giunto freddo. Per le ragioni appena accennate le termocoppie 3

devono essere utilizzate con cavi di compensazione nel caso vi sia una lunga distanza di collegamento tra il punto di misura ed il suo relativo amplificatore, per lo stesso problema si noti l uso di connettori specifici in accordo con il tipo di termocoppia. Figura 1.2:Inserzione delle termocoppie.le loro costanti di tempo più basse possono raggiungere valori dell ordine dei millisecondi. Jh = GIUNZIONE CALDA Jc = GIUNZIONE FREDDA Figura 1.3: Confronto fra i vari tipi dì sensori/trasduttori di temperatura. TIPO DI SENSORE CAMPO DI TEMPERATURA VARIAZIONE VARIAZIONE/ C PRECISIONE COSTANTE DI TEMPO SEMICONDUTTORI NTC - 40 C, +300 C ESPONENZ. -2%, -6%/ C 2 sec fino a 80 sec PTC 0 C, +150 C ESPONENZ. Fino +60%/ C TERMORESISTENZE 4

PLATINO NICHEL RAME -250 C, +850 C -60 C, +200 C -200 C, +100 C LINEARE LINEARE LINEARE +0,39%/ C +0,62%/ C +0,39%/ C 0,3-5 C 0,2-2,1 C 0,9-100 sec in acqua mossa 16-620 sec in aria mossa TERMOCOPPIE CU-COSTANTATNA -200 C, +400 C LINEARE 23μV, 64 μv/ C FE-COSTANTANANA NICR-NI NICR-NIAL PTRH-PT -200 C, +700 C 0 C, +1000 C -200 C, +1000 C 0 C, +1300 C LINEARE LINEARE LINEARE LINEARE 34μV, 65 μv/ C 39μV, 43 μv/ C Circa 41μV/ C 6μV, 12 μv/ C Da 0,75 C a meno di 3 C 0,4 sec fino a 175 s in acqua mossa e da 30 s a 500 s in aria PTRH 0 C, +1500 C LINEARE 6μV, 12 μv/ C PIROMETRI Fino a 3000 C = T 4 1 s, 60 sec PIROMETRI: I pirometri sono dei dispositivi termoelettrici, ovvero fotocellule, in grado di essere sensibili all'energia termica trasmessa per irraggiamento da una superficie. Lavorano in un vasto campo dì temperatura fino a 3000 gradi con una caratteristica fortemente non lineare. II loro utilizzo è quindi limitato a misure e controllo dì alte temperature in luoghi non facilmente accessibili agli altri trasduttori essi operano quindi senza contatto con la parte da misurare. ELENCO DELLE APPARECCHIATURE E DELLE STRUMENTAZIONI DI MISURA NECESSARI PER LA REALIZZAZIONE DEGLI ESPERIMENTI PROPOSTI: ESPERIMENTI ESP.1 ESP.2 ESP.3 APPARECCHIATURE UNITA DTS 8/1 * * UNITA DTS 8/2 * 5

ELEMENTO RISCALDANTE * * * DVM(MULIMETRO DIGITALE) * * * CASSETTA RESISTENZE * MASTER BOARD ( MB-1A ) * * ESPERIMENTO 1: OBIETTIVO: Rilievo della caratteristica di una sonda a termocoppia tipo K al Chromel-Alumel. Apparecchiature richieste: vedere pag. 6 1 INTRODUZIONE: II metodo illustrato rappresenta una delle molteplici soluzioni di adattamento ed amplificazione del segnale proveniente da termocoppia. Lo schema di collegamento della termocoppia (pag. 4) per il rilievo di temperatura, prevede l'impiego di un giunto freddo posto in un punto a temperatura di riferimento (normalmente 0 C, ghiaccio fondente). Il collegamento tra il giunto caldo (Jh) t che rileva la temperatura incognita ed il giunto freddo (Jc), avviene tramite opportuni fili di compensazione. Per ovviare all inconveniente di dover utilizzare due termocoppie per la misura» è possibile utilizzare come giunto freddo un componente elettronico che oggi la tecnologia rende disponibile (fig. 2.1) Tale soluzione presenta notevoli vantaggi, due dei quali sono di notevole importanza: - possibilità di avere un giunto freddo che, dopo previa taratura, è utilizzabile per tutti i tipi di termocoppie. - Non esiste il problema di dover tenere il giunto freddo ad una temperatura di riferimento costante entro limiti abbastanza stretti per non degradare la misura. Infatti il componente da noi usato lavora a temperatura ambiente senza problemi (dopo la taratura). La termocoppia da noi utilizzata del tipo Chromel-Alumel con caratteristica K (vedere tabella pag.9), il coefficiente della termocoppia è 40.8 microvolt per grado centigrado. Da ciò se si vuole ingegnerizzare l'uscita dell'amplificatore A1 (cioè ottenere un indicazione in tensione equivalente alla variazione di temperatura pari a 10 mv/ C, per rendere la lettura sul DVM proporzionale alla temperatura), il guadagno dello stesso deve essere: G = Voutingeg / Vcoeff = 245.1 (2.1) Il circuito di compensazione del giunto freddo genera una tensione proporzionale al valore assoluto della temperatura espressa in K (cioè 0 k = -273 k = 0V). L uscita del dispositivo di compensazione puo essere espressa come: 6

VoutT = KT * T (2.2) dove: VoutT = tensione in uscita relativa alla temperatura T. KT = coefficiente che fornisce la variazione di tensione in fase della temperatura pari a Vout To / To La tensione Vout T è portata ai capi dell amplificatore Figura 2.1: A1 ed è la tensione che compensa il giunto freddo. 7 Tabella 1:Caratteristica della termocoppia tipo chromel/alumel con caratteristica K. Coefficiente di temperatura 40.8 μv/ C. C mv C mv C mv C mv C mv -190-5,6 130 5,33 450 18,51 770 32,06 1090 44,78-180 -5,43 140 5,73 460 18,94 780 32,48 1100 45,16-170 -5,24 150 6,13 470 19,36 790 32,89 1110 45,54-160 -5,03 160 6,53 480 19,79 800 33,3 1120 45,92-150 -4,81 170 6,93 490 20,22 810 33,71 1130 46,29-140 -4,58 180 7,33 500 20,55 820 34,12 1140 46,67-130 -4,32 190 7,73 510 21,07 830 34,53 1150 47,04-120 -4,05 200 8,13 520 21,5 840 34,93 1160 47,41-110 -3,78 210 8,54 530 21,92 850 35,34 1170 47,78-100 3,49 220 8,94 540 22,35 860 35,75 1180 48,15-90 -3,19 230 9,34 550 22,78 870 36,15 1190 48,52-80 -2,87 240 9,75 560 23,2 880 36,55 1200 48,89-70 -2,54 250 10,16 570 23,63 890 36,96 1210 49,25-60 -2,2 260 10,57 580 24,08 900 37,36 1220 49,62-50 -1,85 270 10,98 590 24,49 910 37,76 1230 49,98-40 -1,5 280 11,39 600 25,34 920 38,16 1240 50,34-30 -1,14 290 11,8 610 25,34 930 38,56 1250 50,69-20 -0,77 300 12,21 620 25,76 940 38,95 1260 51,05-10 -0,39 310 12,63 630 26,19 950 39,35 1270 51,41 0 0 320 13,04 640 26,61 960 39,75 1280 51,76 10 0,4 330 13,46 650 27,03 970 40,14 1290 52,11 20 0,8 340 13,88 660 27,45 980 40,53 1300 52,46 30 1,2 350 14,29 670 27,87 990 40,92 1310 52,81 7

40 1,61 360 14,71 680 28,29 1000 41,31 1320 53,15 50 2,02 370 15,13 690 28,72 1010 41,7 1330 53,51 60 2,43 380 15,55 700 29,14 1020 42,09 1340 53,85 70 2,85 390 15,98 710 29,56 1030 42,48 1350 54,2 80 3,26 400 16,4 720 29,97 1040 42,87 1360 54,54 90 3,68 410 16,82 730 30,39 1050 43,25 1370 54,88 100 4,14 420 17,24 740 30,81 1060 43,63 110 4,51 430 17,67 750 31,23 1070 44,02 120 4,92 440 18,09 760 31,65 1080 44,4 2 Quindi PROCEDURA applicando PER un LA segnale TARATURA in millivolt DELL AMPLIFICATORE regolare TR3 in modo tale E da DEL ottenere CIRCUITO un guadagno DI COMPENSAZIONE di 245,1. DEL GIUNTO FREDDO: 2.1 Inserire il modulo 8/1 nella base di alimentazione ed alimentarlo. 2.2 Portare il commutatore di selezione termocoppie su tipo K. 2.3 Collegare un segnale continuo pari a 20 mv all ingresso T.C. tipo K ed un voltmetro (DVM) all uscita dell amplificatore A1. 2.4 Regolare TR3 in modo tale da ottenere in uscita un valore di 5,87 V equivalente ad un guadagno di 245.1. 2.5 Mettere a massa l ingresso della TC tipo K. 2.6 Cortocircuitare CR1 in modo da non creare offset nel circuito. 2.7 Misurare la temperatura ambiente del laboratorio (supponendo sia Tamb. = 25 C). 2.8 Regolare TR2 in modo che la tensione in uscita da A1 sia pari a : Vo = 10 * (mv / 0K * T) = (273,15+Tamb.) * 0,01 = (273,15+25) * 0,01 = 2,982 V 2.9 Rimuovere il corto circuito su CR 1. 2.10 Portare tramite il potenziometro TR1 l uscita di A1 ad una tensione pari a (Tamb.*10 mv/ C)pari a 250 mv per 25 C). A questo punto il modulo è tarato per l utilizzo con termocoppia tipo K chromel-alumel. 3 PROCEDURA DELL ESPERIMENTO: 3.1 Una volta tarato l amplificatore si puo iniziare l esperimento vero e proprio. 3.2 Inserire la termocoppia tipo K nell elemento riscaldante ed il connettore compensato nell opportuna presa compensata. 3.3 Accendere l elemento riscaldante e riportare in tabella 2, per i diversi valori di temperatura. la tensione VO all uscita dell amplificatore. TEMP. Vo TEMP. Vo TEMP. Vo C V C V C V 20 0,23 145 1,31 130 1,34 25 0,245 150 1,37 125 1,29 30 0,285 155 1,41 120 1,26 35 0,33 160 1,46 115 1,25 40 0,365 165 1,51 110 1,22 45 0,41 170 1,55 105 1,2 50 0,45 175 1,6 100 1,13 55 0,49 180 1,66 95 1,1 60 0,536 185 1,7 90 1,02 65 0,58 190 1,76 85 0,95 70 0,63 195 1,81 80 0,91 75 0,67 200 1,86 75 0,87 80 0,718 195 1,85 70 0,82 85 0,757 190 1,82 65 0,76 Tabella 2: 8

90 0,8 185 1,76 60 0,71 95 0,85 180 1,68 55 0,67 100 0,895 175 1,63 50 0,63 105 0,93 170 1,56 45 0,54 110 0,98 165 1,51 40 0,49 115 1,02 160 1,44 35 0,44 120 1,07 155 1,39 30 0,36 125 1,11 150 1,37 25 0,26 130 1,16 145 1,37 20 0,23 135 1,21 140 1,36 140 1,26 135 1,35 3.4 Quando la temperatura è arrivata a 200 C spegnere l elemento riscaldante e continuare nell esperimento per temperatura decrescente. 4 ANALISI DEI RISULTATI: Riportare in figura 2.2. i valori ottenuti in tabella 2. Riportare ancora in figura per le stesse temperatura i valori indicati in tabella 1 ( a pag. 8) e confrontare la curva teorica data dal costruttore con quella pratica ottenuta. Figura 2.2: CARATTERISTICA DELLA Vo IN FUNZIONE DI T Vo(mV) 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 T( C) 9

CARATTERISTICA DELLA TERMOCOPPIA TIPO CHROMEL/ALUMEL 60 50 40 CURVA TEORICA Vo 30 20 10 0-400 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600-10 T( C) Analizzare i risultati ottenuti. OBIETTIVO: ESPERIMENTO 2: Rilievo della caratteristica di una sonda a termocoppia tipo J a ferro costantana. Apparecchiature richieste: vedere pag. 6 1 INTRODUZIONE: La descrizione del circuito di compensazione del giunto freddo è analoga a quella riportata nell esperimento 1. La termocoppia di tipo J al farro-costantana ha il coefficiente pari a 52.3 μv/ C per ogni grado centigrado. Per cui se si vuole ingegnerizzare l uscita dell amplificatore A1, il guadagno dello stesso deve essere: G = Vout ing/vcoeff = 10000/52,3 = 191.2 Tabella 3:caratteristica della termocoppia tipo ferro costantana con caratteristica J. Coefficiente di temperatura 52.3 μv/ C. C mv C mv C mv C mv C mv -190-7,65 30 1,54 250 13,56 470 25,72 690 38,53-180 -7,4 40 2,06 260 14,12 480 26,27 700 39,15-170 -7,12 50 2,54 270 14,67 490 26,83 710 39,78-160 -6,82 60 3,11 280 15,22 500 27,39 720 40,41-150 -6,5 70 3,65 290 15,77 510 27,95 730 41,05-140 -6,16 80 4,19 300 16,33 520 28,52 740 41,68-130 -5,8 90 1,73 310 16,88 530 29,08 750 42,32-120 -5,42 100 5,27 320 17,43 540 29,65 760 42,91 10

-110-5,03 110 5,81 330 17,98 550 30,22 770 43,6-100 -4,63 120 6,36 340 18,54 560 30,8 780 44,25-90 -4,21 130 6,9 350 19,09 570 31,37 790 44,89-80 -3,78 140 7,45 360 19,64 580 31,95 800 45,53-70 -3,34 150 8 370 20,2 590 32,53 810 46,18-60 -2,89 160 8,56 380 20,75 600 33,11 820 47,82-50 -2,43 170 9,11 390 21,3 610 33,7 830 47,46-40 -1,96 180 10,67 400 21,5 620 34,29 840 48,09-30 -1,48 190 10,22 410 22,4 630 34,88 850 48,73-20 -1 200 10,78 420 22,95 640 35,48 860 49,36-10 -0,5 210 11,34 430 23,5 650 36,08 870 49,98 0 0 220 11,89 440 24,06 660 36,69 10 0,5 230 12,45 450 24,61 670 37,3 20 1,02 240 13,01 460 25,16 680 37,91 2 PROCEDURA PER LA TARATURA DELL AMPLIFICATORE E DEL CIRCUITO DI COMPENSAZIONE DEL GIUNTO FREDDO: 2.1 portare il commutatore di selezione termocoppia su tipo J. 2.2 Collegare un DVM all uscita dell amplificatore A1. 2.3 Collegare un segnale continuo 20 mv all ingresso TC tipo J. 2.4 Regolare TR3 in modo tale da ottenere in uscita un segnale di 3.824 V pari ad un guadagno di 191,2. 2.5 Mettre a massa l ingresso della TC tipo J. 2.6 Cortocircuitare CR1 in modo da non creare offset nel circuito. 2.7 Misurare la temperatura ambiente del laboratorio (supponendo sia Tamb. = 25 C). 2.8 Regolare TR2 in modo che la tensione in uscita da A1 sia pari a : Vo = 10 * (mv / 0K * T) = (273,15+Tamb.) * 0,01 = (273,15+25) * 0,01 = 2,982 V 2.9 Rimuovere il corto circuito su CR 1. 2.10 Portare tramite il potenziometro TR1 l uscita di A1 ad una tensione pari a (Tamb.*10 mv/ C)pari a 250 mv per 25 C). A questo punto il modulo è tarato per l utilizzo con termocoppia tipo J ferro-costantana. 3 PROCEDURA DELL ESPERIMENTO: 3.1 Una volta tarato l amplificatore si puo iniziare l esperimento vero e proprio. 3.2 Inserire la termocoppia tipo J nell elemento riscaldante ed il connettore compensato nell opportuna presa compensata. 3.3 Accendere l elemento riscaldante e riportare in tabella 4, per i diversi valori di temperatura. la tensione VO all uscita dell amplificatore. TEMP. Vo TEMP. Vo TEMP. Vo C V C V C V 20 0,239 145 1,077 130 1,12 25 0,268 150 1,103 125 1,09 30 0,296 155 1,142 120 1,08 35 0,335 160 1,175 115 1,06 Tabella 4: 11

40 0,365 165 1,211 110 1,03 45 0,388 170 1,245 105 1,03 50 0,421 175 1,28 100 1 55 0,455 180 1,316 95 0,96 60 0,492 185 1,347 90 0,9 65 0,52 190 1,375 85 0,87 70 0,558 195 1,42 80 0,82 75 0,594 200 1,454 75 0,78 80 0,635 195 1,45 70 0,74 85 0,665 190 1,42 65 0,69 90 0,712 185 1.40 60 0,65 95 0,74 180 1,36 55 0,55 100 0,77 175 1,32 50 0,54 105 0,803 170 1,28 45 0,5 110 0,827 165 1,26 40 0,41 115 0,863 160 1,24 35 0,35 120 0,898 155 1,21 30 0,33 125 0,931 150 1,2 25 0,31 130 0,97 145 1,18 20 0,28 135 1 140 1,15 140 1,033 135 1,13 3.4 Quando la temperatura è arrivata a 200 C spegnere l elemento riscaldante e continuare nell esperimento per temperatura decrescente. 4 ANALISI DEI RISULTATI: Riportare in figura 2.3 i valori ottenuti in tabella 4. Riportare ancora in figura per le stesse temperatura i valori indicati in tabella 3( a pag. 11) e confrontare la curva teorica data dal costruttore con quella pratica ottenuta. Figura 2.3: CARATTERISTICA DELLA Vo IN FUNZIONE DI T Vo(Mv) 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 T( C) 12

CARATTERISTICA DELLA TERMOCOPPIA TIPO FERRO/COSTANTANA Vo 60 50 40 30 20 10 0-400 -200-10 0 200 400 600 800 1000-20 T( C) CURVA TEORICA Analizzare i risultati ottenuti. ESPERIMENTO 3: OBIETIVO: Rilievo della caratteristica di una termoresistenza. Apparecchiature richieste: vedere pag. 6 1 INTRODUZIONE: La misura della caratteristica della termoresistenza si effettua utilizzando lo schema di principio di figura 2.4 in cui si usano i due sottomoduli: - Generatore di corrente. - Amplificatore invertente con l aggiunta di offset Figura 2.4: 13

Il generatore di corrente è variabile tramite il trimmer TR1 ed è in grado di generare una corrente (IRTD) da 0 a 8mA. L alta stabilità è garantita dall operazionale impiegato. La legge che regola l amplificazione di questo amplificatore di corrente in formula è la seguente: IRTD = ( Vinput * R5 ) / ( R4 * R6 ) Se R2 = R4 e R3 = R5+R6; Vinput tensione negative variabile mediante TR1. La corrente indicata dalla relazione è vera attorno al 2% se la precisione delle resistenze è dell 1%, inoltre la RTD ( R carico ) può variare da 100 ohm a 2000 ohm. L uso di resistenze con valori così elevati ( R2 = 4 Mohm, R3 = 2Mohm, R4 = 4 Mohm, R5 = 2 Mohm) è dovuto al fatto che in tal modo si minimizza l errore dovuto alla variazione della RTD ( carico ). Questo è reso possibile grazie all eccellente caratteristica dell operazionale per quanto riguarda la corrente di bias. N.B.:Staccando le termoresistenze in arrivo dal forno e sostituendovi uno strumento amperometrico, si può vedere che la variazione di tensione in ingresso, tramite TR1, si otterrà una corrispondente corrente in uscita. Il valore della corrente non subirà le minime variazioni introducendo resistenze di carico con valori compresi tra 100 ohm e 1000 ohm. Per quanto detto sulle termoresistenze riguardo all autoriscaldamento, nella nostra specifica applicazione il generatore di corrente dovrà essere tarato in modo da erogare una corrente pari a - 5mA. DC ± 5%. L amplificatore ha lo scopo di ingegnerizzare la tensione in uscita in modo di avere 10mV per ogni grado di temperatura. L amplificazione di codesto sottomodulo è ottenuta dalle considerazioni seguenti: 14

Per prima cosa occorre annullare l offset di partenza dovuto alla c.d.t. sulla RTD causati dai 5mA che scorrono nella termoresistenza. Seconda cosa occorre calcolare quale deve essere l amplificazione, per far questo occorrerà utilizzare la tabella 5 che riporta le caratteristiche della RTD. Tabella 5:Caratteristica termoresistenza 100 ohm RTD C TEMP. C RESISTANCE ACCURATY TEMP. C RESISTANCE ACCURATY -200 17,07 ± 0,6 C 210 181,02-190 21,4 220 184,75-180 25,73 230 188,47-170 30,05 240 192,18-160 34,35 250 195,87-150 38,61 260 199,55-140 42,84 270 203,23-130 47,04 280 206,89-120 51,22 290 210,54-100 59,51 ± 0,5 C 300 214,17 ± 0,65 C -90 63,63 310 217,8-80 67,73 320 221,41-70 71,81 330 225,02-60 75,88 340 238,61-50 79,93 350 232,19-40 83,97 360 235,75-30 87,1 370 239,31-20 92,01 380 242,36-10 96,01 390 246,39 0 100 ± 0,25 C 400 249,91 ± 0,85 C 10 103,98 410 253,42 20 107,94 420 256,92 30 111,9 430 260,41 40 115,84 440 263,88 50 119,77 450 267,34 60 123,68 460 270,8 70 127,59 470 274,24 80 131,48 480 277,65 90 135,36 490 281,08 100 139,23 500 284,49 ± 1 C 110 143,09 510 287,88 120 146,93 520 291,26 130 150,77 530 294,63 140 154,59 540 297,98 150 158,4 550 301,33 160 162,2 560 304,66 170 165,99 570 307,93 180 169,76 580 311,29 190 173,53 590 314,59 200 177,28 ± 0,5 C 600 317,37 ± 1,25 C Come si vede dalla tabella a 0 C la RTD presenta una resistenza pari a100 ohm mentre a 200 C presenta una resistenza di 177,28 ohm.per quanto detto precedentemente l uscita dell amplificatore a 200 C dovrà essere pari a 2V, quindi il guadagno dell amplificatore sarà 15

G = Vout / Vin = Vout ing / (ΔR(200-0 C) * IRTD) = 2000 / 77,28 * 0,005 ) = 5,176 Dove: ΔR(200-0 C) è la differenza tra le resistenze delle RTD a 200 C e a 0 C e cioè:177,28 100 = 77,28 oh 2 PROCEDURA Vout ing è l uscita PER TARARE ingegnerizzata. IL GENERATORE DI CORRENTE: IRTD è la corrente che passa nella RTD :5 ma. 2.1 Inserire il modulo 8.2 nella base di alimentazione ed alimentarlo. 2.2 Collegare l uscita del generatore di corrente ad una cassetta di resistenza con impostato il valore 100 ohm, e in serie alla resistenza uno strumento amperometriso con portata 20 ma. 2.3 Regolare TR1 in modo che la corrente erogata sia pari a -5 ma 2.4 IL generatore di corrente è ora tarato per erogare una corrente di -5mA(il meno indica che la corrente entra nel generatore). 3 PROCEDURA PER TARARE L AMPLIFICATORE INVERTENTE: 3.1 Questa taratura deve seguire quella del punto 2. 3.2 Il generatore ora sta erogando -5mA e per tanto la caduta di tensione ai capi di RTD è pari a -500 mv. Ora questa tensione deve essere sottratta attraverso il nodo di 0 per l operazionale, mediante la regolazione dell offset. Per questa compensazione si collega in parallelo tra la resistenza da 100ohm e GND l amplificatore invertente(amplifer). 3.3 Si regoli TR2 in modo da annullare il valore di tensione in uscita. In tal modo si è annullato il valore della RTD a 0 gradi, cioè a 0 gradi centigradi l uscita è pari a 0 V. 3.4 Si è ora annullato l offset di partenza, andiamo ora a tarare il valore dell amplificazione. 3.5 Impostare sulla cassetta di resistenza un valore di 177,28 ohm(i decimali possono essere trascurati), equivalente alla resistenza della RTD a 200 gradi centigradi 3.6 Regolare attraverso il trimmer TR3 il guadagno dell operazionale, portando la tensione in uscita Vout = 2V equivalente al valore ingegnerizzato di 10mV su grado centigrado.per tanto il guadagno dello stadio risulta di G = 5,176. 3.7 Si consiglia di ripercorrere il procedimento di taratura a partire nuovamente dal punto 2 ancora per una volta, in modo da ottenere una precisione sufficiente. 3.8 I circuiti ora sono tarati e si può proseguire nell esperimento.scollegare la strumentazione e la cassetta di resistenza dopo aver spento l alimentatore. 4 PROCEDURA DELL ESPERIMENTO: 4.1 Inserire la RTD (la sigla è PT100) nell elemento riscaldante e collegare elettricamente tramite il connettore in serie al generatore di corrente. Inserire in parallelo alla PT100 l amplifier. 4.2 Alimentare il circuito. 4.3 Inserire un voltometro all usita dell amplificatore. 4.4 Accendere l elemento riscaldante. 4.5 Inserire in tabella 6 per le diverse temperature indicate dal termometro le corrispondenti tensioni all uscita dell amplificatore. 4.6 Quando la temperatura è arrivata a 200 C spegnere l elemento riscaldante e continuare l esperimento per temperature decrescenti. 16

Tabella 6: TEMP. Vo TEMP. Vo TEMP. Vo C V C V C V 20 6,4 150 10,12 120 9,56 30 6,5 160 10,3 110 9,35 40 6,9 170 10,59 100 9,01 50 7,34 180 10,89 90 8,37 60 7,7 190 11,23 80 7,91 70 8,1 200 11,35 70 7,5 80 8,4 190 11,34 60 7,25 90 8,8 180 11,11 50 6,93 100 9,1 170 10,79 40 6,75 6110 9,3 160 10,46 30 6,43 120 9,6 150 10,21 20 6,13 130 9,89 140 10 140 10 130 9,82 5 ANALISI DEI RISULTATI: Riportare in figura 2.5 i valori ottenuti in tabella 6. Figura 2.5: CARATTERISTICA DELLA Vo IN FUNZIONE DI T 12 10 Vo(mV) 8 6 4 2 0 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 T( C) Riportare ancora in figura per le stesse temperature i valori indicati in tabella 5 a pag.16 e confrontare la curva teorica data dal costruttore con quella pratica ottenuta. 17

CARATTERISTICA TERMORESISTENZA R(ohm) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 50 100 150 200 T( C) CURVA TEORICA (la curva teorica è stata realizzata utilizzando i valori di R in tabella 5 da o a 190) CONCLUSIONI:Le curve trovate sono simili a quelle teoriche date dal costruttore,le differenze sono dovute ad alcune misurazioni effettuate imprecise. 18