Il condizionamento del segnale si effettua per trasformare i segnali analogici forniti dai sensori o trasduttori, per essere adattati alle specifiche dei ingresso dei convertitori A/D .

Mediante un sensore o un trasduttore, una grandezza fisica viene convertita in una grandezza elettrica. Il segnale elettrico fornito dal trasduttore, generalmente, è proporzionale alla grandezza fisica che è in grado di rilevare. Come abbiamo detto sopra, in un sistema di acquisizione dati, i segnali analogici provenienti dai trasduttori hanno necessità di essere adattati alle specifiche di ingresso dei dispositivi che effettuano la conversione del segnale analogico in digitale (ADC). Quest’ultimi lavorano con escursioni del segnale in ingresso tipici, ad esempio, di 0÷5V, oppure 0÷10V; i trasduttori, invece, generalmente, forniscono escursioni del segnale che variano nell’ordine di alcuni millivolt. Ecco, appunto, l’esigenza di “manovrare” il segnale per adattarlo ai livelli di tensione occorrenti.

In questo articolo tratteremo specificatamente del condizionamento del segnale del sensore di temperatura LM335 e andremo ad analizzare le componenti del circuito da realizzare. Nella figura sottostante è disegnato il circuito di riferimento.

L’LM335 è un dispositivo integrato che fornisce una tensione proporzionale alla temperatura  assoluta espressa in gradi Kelvin. Il simbolo elettrico è rappresentato come un diodo zener, dotato di un terminale di regolazione, disponibile in contenitore plastico (TO-92) o metallico (TO-46).

Infatti, si può assimilare ad un diodo zener nel quale la tensione di breakdown risulta proporzionale alla temperatura assoluta, per escursioni pari a 10mV/°K; ciò significa che per ogni grado di temperatura, la tensione fornita dal trasduttore varia di 10mV.

Nel circuito è inserito il trimmer R6 da 10kΩ, il quale è necessario per regolare la tensione in modo da ottenere in uscita un valore di 2,73V a 0°C, corrispondenti a 273°K.

Le letture di temperatura che vogliamo effettuare hanno una escursione che varia da 0°C fino a 99°C, pertanto è necessario che all’ingresso dell’ADC ci siano 0V in corrispondenza di 0°C e, 5V in corrispondenza di 99°C.

I segnali che saranno presenti nei vari punti del circuito sono riassunti nella figura a lato.

Per ottenere tali livelli di tensione è evidente che sia necessario intervenire introducendo un offset del segnale di ingresso e, successivamente, un amplificazione. Quste due operazioni sono svolte, rispettivamente, mediante gli amplificatori operazionali U1A e U1B. L’amplificatore operazionale utilizzato è un LM358 adatto ad essere alimentato a tensione singola.

Per realizzare l’offset del segnale è stato utilizzato un amplicatore operazionale in configurazione differenziale, in modo da avere in uscita (punto C) 0V in corrispondenza di una temperatura di 0°C. L’amplificatore differenziale è in grado di effettuare la differenza tra i due segnali applicati ai due ingressi in modo da avere:

V_C = V_A – V_B

Tale relazione si ottiene ponendo tutte uguali le resistenze R2, R3, R4 ed R5 (si rimanda ad un approfondimento dell’amplificare operazionale in configurazione differenziale, quì un link interessante. Le resistenze sono da 1MΩ affinchè si possa avere un’alta resistenza di ingresso, ovvero nell’ordine delle 100/200 volte la resistenza del partitore applicato al punto B (in questo caso il trimmer R1) .

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