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

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

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

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

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

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

COMPORTAMENTO SU SEGNALE DI MODO COMUNE uguali 1/2 +VCM R + - R R2 VU = 0 R1 - NON passa corrente + - + R1 VCM R2 R R +VCM 1/2 uguali

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

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)

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

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

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). - + V=200.Vth t Vo  Vo Il valore Vo si stabilizza entro 0.5LSB in  8 0.240ms

Tempo di acquisizione di  8ms 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

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)