Condizionamento
Circuito di condizionamento della temperatura
Progetto 1:
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.
Condizionatore di temperatura che accende una ventola
Progetto 2:
Realizziamo adesso un altro circuito che attraverso un sensore di temperatura LM35, aziona una ventola quando la temperatura si innalza ad un a temperatura di riferimento che posso impostare autonomamente, ad esempio 20°C<=T<=50°C.
Il circuito, può essere realizzato con un integrato TL082,con alimentazione singola, che ha al suo interno due amplificatori operazionali, o con un altro cicuito integrato equivalente.
Il segnale della temperatura può essere prelevato dall'uscita di un LM35 ed, essendo molto piccolo (10mV/°C), deve essere incrementato, ad esempio, con un amplificatore operazionale non invertente, alimentato con alimentazione singola, con guadagno A=1+R2/R1.
L'amplifcatore operazionale non invertente, alla sua uscita viene collegato ad un comparatore con ingresso non invertente, il quale, confrontando il segnale dell'ingresso non invertente proveniente dall' A.O. non invertente, lo confronta con un segnale di riferimento inserito nell'ingresso invertente del comparatore.
Se accade che la differenza tra i due ingressi del comparatore è maggiore di zero, la sua uscita và in saturazione positiva +Vusat di circa 11Volt.
Questa tensione è sufficiente a mandare il transistor, che pilota la nostra ventola, in saturazione, cioè allo stato ON, e quindi con Vcc sat=0,2V.
La ventola ricevendo la tensione di saturazione del transistor ed essendo collegata dall'altrolato con l'alimentazione positiva di 12 Volt si metterà in funzionamento e quindi, la ventolaincomincerà a rinfrescare l'ambiente.
In questo esempio
- Il sensore darà un segnale
20mV<=Vs<=50mV 20mV ------------------------------------------------ 50 mV
- L'amplificatore avrà A=1+R2/R1=10 0,2V -------------------------------------------------- 5 V
il comparatore avrà per
Vusat= 0 Volt ---> transistor interdetto --> Vce=12V --> ventola SPENTA (Stato OFF)
Vusat =+12 Volt --> transistor saturo -->Vcesat=0,2Volt ---> ventola ACCESA (Stato ON)
Schema elettrico del termostato di temperatura
Ventola utilizzata
Circuito di Condizionamento dell'umidità dell'aria
Progetto 3:
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)
Pilotaggio di un relè con transistor
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.