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Sistemi di controllo

Finora abbiamo sviluppato una metodologia generale di studio di un generico sistema che ci permettesse di ricavarne le caratteristiche e di individuarne il comportamento. 

Tutto  questo può essere finalizzato, ad esempio, alla valutazione a priori di quale sarà l'evoluzione del sistema se lo sollecitatiamo con particolari ingressi o a partire da definite azioni.

Vediamo adesso un sistema di controllo pratico, come quello che misura la temperatura di una stanza e di controllare la sua temperatura attraverso un sensore di temperatura seguito da un circuito di condizionamento del segnale realizzato con un amplificatore operazione.

Circuito di condizionamento della temperatura con sensore LM35

Misuriamo adesso la temperatura di una stanza utilizzando il sensore di temperatura LM35. 

I data-sheet ci forniscono i seguenti valori: 

Consideriamo adesso un circuito di condizionamento di un segnale fisico come la Temperatura di una stanza.

La temperatura è un segnale analogico che varia molto lentamente nel tempo.

Per misurare utilizziamo un sensore di temperatura integrato.

Nel nostro esempio consideriamo un sensore di temperatura LM35.

l'LM35 è un sensore di temperatura che dà  alla sua uscita una tensione Vu= 10mV per ogni grado di temperatura, misurata in gradi centigradi.

La forrmula generale  che ci permette di misurare la tensione di uscita è:

Vu(sensore)=K* T

dove

K=10mV  

T è misurata in gradi centigradi

Esempio:

se la temperatura di un ambiente è di 25 gradi centigradi, il sensore di temperatura dà in uscita un segnale in tensione 

Vu(sensore)=Vu(25°)=K*T= (10mV/°C)*(25 °C)=0,25V

Essendo questo segnale molto piccolo, noi lo amplifichiamo con un circuito con amplificatore operazionale.

In questo schema elettrico, consideriamo una alimentazione singola per il nostro circuito di condizionamento, perchè vogliamo un circuito semplice ( cioè senza alimentazione duale);

-In questo modo però il nostro circuito non potrà rilevare segnali negativi, e quindi temperature minori di zero gradi.

-Non potrà misurare temperature elevate che diano all'uscita dell'amplificatore operazionale tensioni maggiori della tensione di saturazione, che nel nostro caso è circa un volt in meno della tensione di alimentazione;  

Vusat(amplificatore)=4V.

 

Esercizio:

Calcoliamo la tensione massima che deve uscire dal sensore per non portare l'amplificatore in saturazione:

A= Vusat/Vu(sensore)= 1+R2/R1= 1+ 39K/10K= 4,9

-->    Vumax(sensore)=Vusat/  A= 4V/4,9= 0,81 63 V

Calcoliamo la temperatura  massima misurabie con questa tensione uscente dal sensore:

Vu(sensore)=K*T -->

Tmax=Vumax(sensore)/K

Tmax= Vumax(sensore)/(10mV/*C)

dove la Vumax(sensore)=0,81V

Sostituendo questo valore di tensione si avrà:

Tmax= 0,81V/(10mV/°C)= 81°C

Il nostro circito è quindi abbastanza buono per misurare la temperatura ambiente di una casa, a patto di non volere mai misurare tensioni inferiori a zero gradi e superiori ad 81°C

cioè il circuito è buono per per T compreso tra zero grado e 81°C.

 

Schema elettrico di un sistema di controllo della temperatura con LM35

Schema elettrico del circuito di condizionamento

Vediamo adesso lo schema elettrico di un circuito di controllo, che attraverso una fotoresistenza, un amplificatore e un transistor, piloti un relè, che a sua volta quando è eccitato dal transistor, pilota l'accensione o lo spegnimento di una lampada. 

Schema elettrico di accensione delle luci automaticamente con fotoresistenza