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PROGETTO DI UN SISTEMA DI ACQUISIZIONE DATI

PROGETTO DI UN SISTEMA DI ACQUISIZIONE DATI. OBIETTIVO e SPECIFICHE di PROGETTO. Obiettivo : Misurare una temperatura utilizzando una termocoppia Dinamica del sensore : da 0°C a 450°C Risoluzione richiesta : 0.5°C. 0.5°C corrispondono a 27.5 V.

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  1. PROGETTO DI UN SISTEMA DI ACQUISIZIONE DATI

  2. OBIETTIVO e SPECIFICHE di PROGETTO • Obiettivo : Misurare una temperatura utilizzando una termocoppia • Dinamica del sensore : da 0°C a 450°C • Risoluzione richiesta : 0.5°C

  3. 0.5°C corrispondono a 27.5V Questi sono i segnali più piccoli da elaborare CARATTERISTICHE TECNICHE DELLA TERMOCOPPIA Termocoppia in ferro-costantana Intervallo di temperatura: 0  450°C Dinamica del segnale elettrico in uscita : 0  25mV Sensibilità : Tensione di MODO COMUNE che agisce sulla termocoppia: VCM10V max

  4. RISOLUZIONE RICHIESTA ALL’ADC 450°C n = 10(210=1024) RISOLUZIONE : 0.5°C 0°C • ADC ad approssimazioni successive oppure • ADC a doppia rampa. • VFS=5V

  5. S & H ADC SCHEMA DI PRINCIPIO DEL SISTEMA di MISURA Termocoppia - Vd + VCM

  6. R4 R3 + - R2 VU R1 - A + R1 R2 - + R6 R5 UNO SGUARDO ALL’INTERNO DELL’AMPLIFICATORE Per avere elevatissime prestazioni di: - guadagno differenziale - reiezione di modo comunesi usano circuiti elettronici composti da operazionali. R3=R4=R5=R6 Essi sono chiamati : INSTRUMENTATION AMPLIFIERS

  7. - + COMPORTAMENTO SU SEGNALE DIFFERENZIALE +Vd/2 R4 R3 + - R2 VU R1 - Vd Fisso in tensione + R1 R2 R5 R6 -Vd/2

  8. - + COMPORTAMENTO SU SEGNALE DI MODO COMUNE uguali 1/2 +VCM R + - R R2 VU = 0 R1 - NONpassacorrente + R1 VCM R2 R R +VCM 1/2 uguali

  9. - VU Vd + VCM Errore dovuto al CMRR finito Segnale utile CMRR MINIMO RICHIESTO Se VCM =10V e Vd = 27.5V il minimo valore di CMRR = 4.105 (112dB).

  10. GUADAGNO DELL’AMPLIFICATORE Massimo segnale dal sensore : 25mV Fondo scala ADC : 5V G = 200 VIN VU + - R1=1k, R2=199k  R2 R1 se A0=100.000 (100dB)

  11. TENSIONI e CORRENTI di OFFSET Tensione di offset < 27.5V (non facile !) • Operazionali con regolazione dell’offset • Misura in due fasi - Vd + Corrente di offset < ~30pA (piccola!) • Iof .2.R2 < 0.5 LSB , dove 1 LSB  27V

  12. ERRORE di HOLDING nel S&H VU - Ibias VIN + VCH CH Nel tempo di conversione dell’ADC (Tconv=40ms) e con Ibias=50nA  CH=820nF

  13. Vo - V=200.Vth t  + TEMPO di RISPOSTA dell’AMPLIFICATORE a STRUMENTAZIONE Scelta di amplificatori operazionali con banda di 1MHz Banda dell’amplificatore a strumentazione (G=200) di 5kHz (=32s). Vo Il valore Vo si stabilizzaentro 0.5LSB in  8 0.240ms

  14. FASE di SAMPLING Ron =1k VU - VCH + Vth VCH CH=1F Vth t  Costante di tempo=ron.CH = 1ms Tempo di acquisizione di  8ms

  15. TEMPO TOTALE di MISURA Usando un ADC ad approssimazioni successive (Tconv=10s) ciclo di misura esaurito in 10ms(100 misure/s -inutile!- o 100 termocoppie diverse lette ogni secondo) Usando un ADC a doppia rampa (Tconv=40ms) ciclo di misura esaurito in 50ms(20 misure/s)

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