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Condizionamento

Circuito di condizionamento della temperatura

Esercizio: Realizzare un circuito di condizionamento della temperatura con un A.O.

Dimensionare un circuito di condizionamento che consenta di ottenere una tensione Vo compresa nel range 1,25 V e 5 V quando la temperatura varia tra 10°C e 40°C.

Vediamo i vari range delle grandezze fisiche in gioco nel circuito di condizionamento che dobbiamo progettare.

10°C              temperatura                             40°C                         

<-------------------------------------------------------------->

Calcoliamo la tensione del sensore alla temperatura minima e massima cioè di 10°C e di 40°C con la seguente formula

Vs=(10mV/°C)* T(°C)

  Vs1=(10mV/°C)*10°C =0,1V

  Vs2=(10mV/°C)*40 °C=0,4V

otteniamo così il seguente range:

 

0,1V        tensione sensore                           0,4 V                         

<-------------------------------------------------------------->

La tensione di uscita deve avere il seguente range, richiesto dal problema da risolvere

    1,25V <= Vu <= 5V

1,25 V    tensione uscita                   5V                         

<..................................................................>

Infatti se calcoliamo l'amplificazione necessaria

A=Vumax/Vsmax

otteniamo

A = Vu max /Vsmax=5V/0,4V=12,5

Calcoliamo l'amplificazione A e progettiamo l'amplificatore operazionale di tipo non invertente, supponendo di avere una resistenza di retroazione di valore R2'=R2+Rp

A=12,5= (1+R2'/R1)=(1+(R2+Rp)/R1)  -->  (R2+Rp)/R1=11,5

Posto

R1=5,6K Ω  -->   R2+Rp=11,5*5,6K=64,4 K Ω

Se prendo un potenziometro

Rp=10KΩ

Ed una R2=56KΩ

Segue che

R2+Rp=66 KΩ>64,4KΩ

e quindi posso variare la Rp fino ad ottenere 5Volt in uscita.

Consideriamo anche una alimentazione singola in quanto non abbiamo bisogno di temperature negative.

Circuito di Condizionamento dell'umidità dell'aria

Realizzare un circuito di condizionamento dell'umiditò dell'aria.

Le caratteristiche della capacità/umidità relativa non è fornita dal costruttore ma può essere ricavata dalla seguente tabella che rileva una lieve non linearità. In generale la capacità del sensore di umidità è
Cs=Co +DC

dove Co è una capacità fissa riferita all'aria secca (U%=0%) e DC è la variazione di capacità dovuta alla variazione di umidità relativa.

Il sensore di umidità può essere inserito in un multivibratore astabile per generare un'onda quadra la cui frequenza è in funzione dell'umidità. In questo modo si crea un convertitore di capacità/frequenza.

Ricordiamo che la frequenza di oscillazione del multivibratore astabile è

f=1/(0,7*(Ra+2Rb)*C)        (1)

 

Tabella dei valori trovati

__________________________________

Umidità       |                |                      |

  relativa       | Cs         | frequenza   |

   %                | [pF]      |     [KHz]      |

_________________________________

10                  |  112,8  |   5,24

20                   | 115,5   |    5,13

30                   | 118,0   |    5,02

40                   |120,8    |    4.92

50                   |124,2   |     4,77

60                   |127,2   |      4,63

70                   |132,0   !      4,49

80                   |137,0   |      4,43

90                   |143,8   |      4,12

Posto

Ra=10K Ohm

Rb=1,2 M Ohm per avere un duty-cicle del 50%

dalla  (1) per U%=68% si è misurato un valore di frequenza f=4,44 KHz

facendo i conti si ha

Cs= 1/(0,7*(10k+2*1,2M)*4,44K)= 133,5pF 

Cs=133,5 pF corrisponde ad una umidità relativa del 68%.

          

 

Al circuito di condizionamento proposto dovrà seguire naturalmente un circuito convertitore frequenza/ tensione e successivamente anche un Amplificatore di tensione. Si avrà quindi la seguente successione di blocchi

umidità relativa--> trasduttore(capacità) -->oscillatore (frequenza)--> convertitore f/V (V) ---> Amplificatore(Vo)

Il relè


Questo circuito permette a un relè di 12v di operare con una fornitura 6v o 9v. La maggior parte dei 12v relè hanno bisogno di circa 12v a "pull-in" ma "hold" su circa 6v.

Il condensatore di  220uF si carica tramite la resistenza di 2k2 e il diodo in fondo. Quando un ingresso sopra 1.5V viene applicato all'ingresso del circuito, entrambi i transistori sono accesi e il 5v attraverso il condensatore elettrolitico e  provoca l'estremità negativa dello  elettrolitica a scendere al di sotto dei 0v di circa 4.5V e questo aumenta a 10v tutto il relè.