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Termometro analogico con PT100

Materiale occorrente:

  • un sensore PT100, con collegamento a 4 morsetti con cavo schermato

  • resistori vari, tolleranza 1%, strato metallico, potenza : 0,25 W, coefficiente di temperatura : 50 ppm/°C

  • 2 amplificatori operazionali OP07

  • 4 condensatori da 100 nF, 63 V

  • 1 x LM336 referenza in tensione 2.5 V

  • basetta breadboard per montaggi sperimentali

  • un alimentatore da laboratorio duale regolabile in tensione e un alimentatore 5V fissi per il voltmetro.

  • un voltmetro da pannello con risoluzione di 3 cifre

  • un multimetro da banco di elevata qualità con risoluzione di 6.5 cifre HP34401 (per effettuare la messa a punto)

  • thermos con ghiaccio

  • termometro campione a colonna di mercurio


Obbiettivi: realizzare un termometro per la scala 0 – 100 °C impiegando un termoresistore Pt100 un condizionatore di segnale ed un voltmetro digitale a 3 cifre.

Eseguire la messa a punto dello stesso.





Figura 1 schema circuito termometro con Pt100


Messa a punto:

Una volta costruito il circuito è necessario procedere alla messa a punto perchè le tolleranze dei vari componenti (soprattutto le resistenze) non permetterebbe al nostro termometro di avere incertezze di misura tollerabili.

Per poter fare la messa punto abbiamo sostituito le 2 resistenze Rs e R3 in maniera tale da poter regolare il guadagno e lo zero del nostro circuito e sostituito la pt100 con delle resistenze di cui conosciamo il valore. Questo permette di rendere il nostro circuito indipendente dalla pt100 montata e di poter effettuare la taratura in modo molto più veloce che con una misura diretta della temperatura.

Una modifica di uno dei due trimmer provoca una variazione delle condizioni del circuito per cui sarà necessario più cilci di correzione che porteranno poi ad avere i risultati voluti. Iniziamo con la taratura del guadagno.

Dato che il nostro circuito avrà un comportamento lineare, il modello della pt100 che useremo sarà lineare. Per ridurre il più possibile l'errore di linearizzazione sarà quindi necessario scegliere dei valori di temperatura opportuni in funzione del range di temperatura nel nostro caso (0 100 °C).

Inizialmente regoliamo i trimmer in modo che la loro resistenza circa uguale a quella che abbiamo calcolato così ci portiamo vicini al valore corretto a cui vogliamo arrivare. La scelta delle resistenze è stata di utilizzare lo 0 gradi come primo riferimento quindi una resistenza più vicina possibile ai 100 Ω e come secondo riferimento 83°C in quanto questa permette di avere una retta che dista il meno possibile dalla curva corretta. Per ottenere la seconda temperatura abbiamo posto una resistenza in serie alla prima di 33 Ω. Abbiamo misurato le 2 resistenze con il multimetro per minimizzare l'errore che altrimenti sarebbe del 1% su ogni resistenza.


Utilizzando la formula di Calendar – VanDusen in funzione della temperatura dove


Da cui otteniamo che la misura che dobbiamo leggere sul nostro display sarà di



RISULTATI:

Nel circuito di condizionamento abbiamo utilizzato gli operazionali OP07 perché hanno basso offset e bassa deriva termica. Senza mettere a punto il circuito abbiamo ottenuto questi valori di temperatura: allo (ovvero in una soluzione di acqua e ghiaccio contenuta in un thermos) abbiamo lettomentre alla temperatura ambiente di abbiamo ottenuto una temperatura di .


Le incertezze di misura dovute al nostro circuito sono date dal modello e dai parametri.

Per quanto riguarda le incertezze di modello si possono riassumere in questa formula:


dove i vari contributi valgono:


= squilibrio di zero al sottrattore =8

= incertezza dovuta all’offset indipendente dalla temperatura=5,83

incertezza dovuta all’offset dipendente dalla temperatura=3.3*10^-4

= errore di linearità del PT100=1.5exp-4


Le incertezze dovute hai parametri sono date solo da K e quindi la formula sara:


I valori dei dati nel nostro circuito sono i seguenti:

  • le resistenze hanno valore di con un'incertezza del 1%

  • le tensioni di offset massime dell'operazionali OP07 vale

  • l’incertezza sulla conoscenza di A e R0 della Pt100 e .

  • LM336 fornisce la tensione di riferimento con un’incertezza di .

  • resistenza cavi Rc=0,52 Ω


Per cui i contributi di incertezza senza messa a punto del circuito, per le due misure di temperatura con i due operazionali sono:


T=0

T=24,4°C

Incertezza di modello

13,84°C

13,92






Per i parametri l'incertezza sara di DT= 0,075T


Le misure fatte saranno quindi:e


Calcoliamo ora le incertezze dopo la messa a punto indiretta:

nelle incertezze di modello troviamo

  • l'incertezza del sensore PT100:

  • l'incertezza della messa a punto

  • linearità =


Rifacendo le misure dopo la taratura abbiamo trovato

Tamb = 24.2°C ± 0,9°C

T0°C = 0.2°C ± 0,8°C


Il termometro di riferimento misurava Tamb = 24.2°C ± 0.1°C.







Commenti

1 - AnonimoGio 04 Apr 2013 - 18:57:51  

Salve , ho un problema con la stazione saldante ec2002 weller e il saldatore lr 21.La sonda termica inserita nel LR21 si e' rotta pensavo di sostituirla inserendo all'interno un rtd film sottile da 100 Ohm, le riporto il link del circuito del weller http:www.elektrotanya.com/weller_ec-2002_soldering-station_sch.pdf/download.html ,
Il problema sta nel fatto che il sensore originale ha una resistenza di 23 Ohm e non riesco a capire che tipo di sensore per temperatura e' utilizzato dalla weller , allora ho visto che lei e molto bravo con gli operazionali se poteva darmi una dritta di come modificare il circuito per farlo funzionare con il pt100. Grazie Mille
Domenico


2 - AnonimoSab 30 Apr 2011 - 18:26:21  

Complimenti per la capacità di sintesi e completezza.


3 - Giacobbe85   SitoMar 22 Mar 2011 - 15:32:57  

In realtà non è una resistenza vera e propria. E' la rappresentazione circuitale della resistenza dei cavi. E' scritto nel testo, Rc = 0.52 Ohm. E' poco, ma dato che la PT100 presenta variazioni minime, bisogna tenerne conto.

Se osservi bene lo schema, il corto circuito in realtà è una linea tratteggiata. In effetti potevo rappresentare meglio il concetto nello schema elettrico...


4 - AnonimoMer 02 Mar 2011 - 17:51:21  

La resistenza Rc in parallelo ad un corto che senso ha?


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