EO_474

ANALOG/MIXED SIGNAL TEMPERATURA SENSORS 29 - ELETTRONICA OGGI 474 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2018 hanno una risposta termica rapida e sono molto eco- nomici. Lo svantaggio rilevante è l’elevata non lineari- tà su intervalli ampi di temperatura. La figura 1 mostra un circuito a termistori con un filtro passa-basso e un amplificatore a buffer a guadagno fisso. Il filtro passa-basso (R2 e C1) filtra il rumore del sistema dall’uscita del sensore e il buffer a guadagno unitario viene utilizzato per pilotare carichi resistivi o capacitivi. La tensione attraverso il termistore (VTH) è proporzionale alla variazione di temperatura. Il grafico indica una risposta lineare da 0 °C a 70 °C. Tuttavia, vi è una significativa non linearità agli estremi delle temperature. La variazione della resistenza rispetto a quella della temperatura è molto inferiore se compara- ti nella regione lineare. Ciò richiede un’amplificazione del segnale per migliorare la risoluzione della misura- zione agli estremi di temperature calde e fredde. I termistori sono economici e forniscono un monito- raggio accurato della temperatura su un intervallo di temperature limitato. Per ottenere un’elevata precisio- ne su una gamma più ampia è necessario una pro- gettazione molto più complessa. Ma questo aumenta il costo generale del sistema. Nella maggior parte dei casi, altre soluzioni, come il silicio o i circuiti integrati di condizionamento remoto a diodi, possono essere più adatti per applicazioni a gamma di temperature più estese. Per le applicazioni che monitorano più zone, l’IC di condizionamento a diodi remoti ha tutte le potenzialità per offrire vantaggi significativi in termini di costi. Resistive Temperature Detector (RTD) I Resistive Temperature Detector (RTD) rappresentano una soluzione robusta per il monitoraggio della tem- peratura. Questi sensori offrono eccellenti caratteristi- che di ripetibilità e stabilità. Un progettista può ottene- re un’elevata precisione su diverse centinaia di gradi Celsius utilizzando gli RTD. Ciò richiede un’accurata messa in scala, calibrazione e resistenza per la con- versione di temperatura. Sono adottati vari standard e specifiche in tutto il mondo. Un circuito RTD di base richiede una sorgente di cor- rente costante per la polarizzazione e un circuito ana- logico, come un amplificatore di strumentazione, per misurare la caduta di tensione ai capi dell’RTD. L’uscita dell’amplificatore è solitamente collegata ad un ADC (Analog-to-Digital Converter) per la digitalizzazione. Altri circuiti convertono il cambiamento di resistenza in frequenza. Ad esempio, il circuito di figura 2 mostra un circuito oscillatore a rilassamento che utilizza una rete RC e un comparatore per generare una frequen- za proporzionale al cambiamento di temperatura. La frequenza può essere inviata direttamente a un micro- controllore per la digitalizzazione. Quando si progetta un circuito RTD, l’effetto dell’autoriscaldamento deve essere considerato attentamente. Gli RTD hanno un’eccellente ripetibilità e possono for- nire una precisa soluzione per il monitoraggio della temperatura in un ampio intervallo di temperature. Gli aspetti negativi di questa tecnologia includono costi, complessità di progettazione e maggiore consumo di energia da parte del sistema. Termocoppie Le termocoppie hanno un intervallo di temperature operative estremamente ampio e compreso tra -270 °C e +1.750 °C. La Instrument Society of America (ISA) definisce un numero di classificazioni di termocoppie disponibili in commercio in termini di prestazioni. I tipi E, J, K e T sono termocoppie basate su metallo e posso- no essere utilizzate per misurare temperature da circa -200 °C a +1.000 °C. I tipi S, R e B sono termocoppie in metallo nobile e possono essere utilizzate per misura- re temperature da circa -50 °C a +2.000 °C. Le termocoppie utilizzano due leghe metalliche, Alu- mel e Chromel, per misurare la temperatura. I due me- talli sono saldati ad un’estremità e aperti all’altra. Le caratteristiche elettriche dei fili nel punto di saldatura dipendono dalla temperatura. Una tensione viene ge- nerata sulla punta saldata, che può essere misurata all’estremità aperta mediante un voltmetro. L’ampiez- za della tensione aumenta o diminuisce proporzional- mente alle variazioni di temperatura. Le termocoppie sono altamente non lineari e richiedono algoritmi di linearizzazione. La punta saldata viene indicata come giunzione calda e l’estremità aperta come giunzione fredda. La tempe- ratura viene misurata dalla differenza tra la giunzione calda e la giunzione fredda o la temperatura ambiente. La temperatura della giunzione fredda viene utilizzata come riferimento per la giunzione calda. La tempera- tura della giunzione fredda viene misurata utilizzando Fig. 2 – Implementazione di circuito RTD low-cost