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- ELETTRONICA OGGI 438 - LUGLIO/AGOSTO 2014
ANALOG/MIXED SIGNAL
SENSORI
trasmettitore 4–20 mA. Sebbene entrambi i blocchi base uti-
lizzino componenti di precisione con un’accuratezza dello
0,1% o dell’1%, questi sono caratterizzati da una tolleranza
iniziale che produce errori di guadagno e di offset. Di con-
seguenza l’intero sistema deve essere calibrato per quel che
riguarda gli errori di offset e di guadagno. Questa operazione
può essere eseguita utilizzando un metodo di calibrazione su
due punti, che risulta particolarmente adatto per il range di
temperatura compreso tra -100 °C e +100 °C. Questo meto-
do richiede un calibratore di temperatura FLUKE 724 (o di-
spositivi simili) per emulare la termoresistenza PT1000 per la
temperatura richiesta e un multimetro a elevata accuratezza
HP34401A (o simili). Per eseguire la calibrazione del sistema,
si imposta il calibratore a una temperature di -100 °C e si mi-
sura la corrente di uscita. Quindi si imposta il calibratore a
una temperatura di +100 °C e si misura la corrente di uscita.
I valori così ottenuti sono impiegati per calcolare l’offset e il
guadagno reali attraverso l’equazione di una retta sotto ripor-
tata. Il microcontrollore MAXQ615 è utilizzato per implemen-
tare la calibrazione su due punti:
Dove:
CD
c
= Codice del convertitore D/A calibrato
G
cal
= Guadagno calibrato
O
cal
= Offset calibrato
In questo caso il guadagno è la pendenza e l’offset è l’intercet-
ta della funzione di trasferimento.
Nel caso non venga effettuata la calibrazione, Gcal è posto
pari a 1, mentre Ocal è posto a 0. Questi valori possono essere
sostituiti dopo la calibrazione su due punti.
Blocco trasmettitore
Il blocco trasmettitore 4–20 mA a basso consumo è stato rea-
lizzato utilizzando il medesimo concetto impiegato per il pro-
getto di riferimento MAX5216LPT. L’uscita di questo blocco
è lineare e caratterizzata da un’accuratezza migliore dello
0,1% sull’intero intervallo di funzionamento. Questo blocco ri-
chiede solamente la calibrazione iniziale. Una descrizione più
dettagliata ed una guida alla progettazione passo passo sono
riportate nel datasheet di MAX5216LPT.
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Ricevitore 4–20 mA
L’uscita attuale del progetto di riferimento del sottosistema
Monterey può essere misurata utilizzando un ricevitore per
AFE di precisione con un’accuratezza dello 0,1% (o superiore)
sull’intervallo di fondo scala. Per espletare tale compito è pos-
sibile utilizzare i sottosistemi Cupertino, Campbell o Fresno
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.
Misure da laboratorio
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Il trasmettitore per sensori “intelligenti” Monterey è stato pro-
gettato in modo da assicurare elevata accuratezza, alta riso-
luzione in assenza di rumore (noise-free) e basso consumo di
corrente. I collaudi relativi alle prestazioni sono stati eseguiti
per differenti valori di temperatura e di tensioni di ingresso.
La scheda è collegata con una tensione di alimentazione d’a-
nello di 12 e 24V: un calibratore di temperatura è utilizzato
per impostare il valore della termoresistenza PT1000 sul pon-
te e quindi misurare la corrente di uscita. In ciascun punto
la temperatura di funzionamento viene fatta variare da -40
°C a +125 °C e la corrente di uscita è rilevata per analizzare
l’errore complessivo, che risulta inferiore allo 0,1% in tutti i
casi, come riportato in figura 5. La risoluzione del sistema in
assenza di rumore è di 16 bit. Oltre che per l’elevata accura-
tezza e l’alta risoluzione in assenza di rumore, il sottosistema
Monterey è caratterizzato da un consumo di corrente inferio-
re a 3,5 mA per soddisfare i vincoli relativi ai consumi dell’a-
nello. A livello di scheda, il consumo di corrente è minore di
2,1 mA in tutte le condizioni. Consumi molto ridotti, eccellente
risoluzione in assenza di rumore, elevata accuratezza e co-
municazioni affidabili su lunghe distanze sono le caratteristi-
che che fanno del sottosistema Monterey un trasmettitore per
sensori alimentato tramite l’anello particolarmente idoneo per
applicazioni industriali. Esso utilizza due fili per la potenza e
la comunicazione dati lungo l’intero anello. Grazie ai consumi
molto bassi, il sottosistema Monterey ben si presta all’uso in
sistemi industriali alimentati tramite l’anello di corrente.
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Bibliografia
1. Per maggiori informazioni:
MAX5216LPT
2. Per informazioni sui sottosistemi AFE per il ricevitore: Cu-
3. Per maggiori informazioni sul setup del sistema di valuta-
Fig. 5 – Variazione dell’errore in funzione della temperatura di funzio-
namento a 24V
