relazione R-V

Materie:Appunti
Categoria:Elettronica

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Testo

OGGETTO:
Conversione CR / /V
Scopo dell’esperienza :
Abbiamo effettuato questa esperienza affinché si potesse trasformare una variazione fisica in una variazione di tensione.
Cenni teorici e Caratteristiche dell’oggetto:
Sono elementi che trasformano una determinata grandezza in ingresso in un'altra di uscita (elettrica) legata alla prima da una legge di corrispondenza nota.
Nei trasduttori sono di solito specificati un campo(range) di ingresso (o portata), che definisce i limiti entro cui può variare l’ingresso e il corrispondente campo di variazione dell’uscita. Si definisce quindi sensibilità (S) di un trasduttore il rapporto fra la variazione dell’uscita e quella dell’ingresso che la determinata: S= o//i.
In generale, la sensibilità non è costante in tutto il range di ingresso, dove a ti uguali corrispondono io diverse;lo diventa se il trasduttore è lineare, cioè se la sua caratteristica è una retta. Quando non è possibile avere linearità si ricorre a dei circuiti di linearizzazione. L’errore risultante dal considerare lineare un trasduttore che non lo è si chiama errore di non linearità ed è espresso come scostamento massimo dalla retta ideale, eventualmente come percentuale del fondo scala, cioè del massimo ingresso misurabile. L’errore di non linearità è una grave limitazione, perché la su correzione in generale non è possibile, se non introducendo circuiti di condizionamento che presentino non linearità uguali ed opposte, ma questo non è sempre possibile visto che l’andamento della linearità non è noto a priori. Più semplice è correggere gli errori di Offset e di guadagno: è sufficiente agire sull’offset e sul guadagno del circuito di condizionamento.
Il trasduttore è diviso in due parti:
• Sensore: elemento a contatto con la grandezza da misurare;
• Trasduttore: rileva le variazioni del sensore e le rende adatte alla trasmissione(elabora).
I sensori possono essere:
• meccanici: (molle) rilevano le variazioni della grandezza tramite variazioni geometriche;
• elettrici: Danno un segnale di tipo elettrico facilmente amplificabile (molto usati);
• ottici.
Le caratteristiche dei trasduttori sono Ideali: quando sono conosciute a priori,mentre sono Reali: quando per determinarle occorre una taratura del trasduttore. Molti trasduttori sono resistenze sensibili a una particolare grandezza fisica(sorgente di informazioni),cioè la resistenza cambia il suo valore se cambia la grandezza fisica da misurare.Con R intendiamo il valore della resistenza quando la grandezza fisica da misurare è nulla. Con iR indichiamo invece l’incremento di resistenza dovuto alla variazione della grandezza fisica da misurare. E’ evidente che quando la grandezza fisica assume il suo valore massimo, la resistenza del trasduttore prende il valore
R + RRmax. Nella prova il trasduttore viene simulato con 2 resistenze in serie: una fissa:R e l’altra variabile: RR che dipende dalla grandezza da misurare.
Scelta degli apparecchi usati:
3 masse;
1 batteria per l’alimentazione;
2 amplificatori operazionali ideali;
1 resistenza variabile;
3 Resistenze da 1 K3;
2 Resistenze da 10K ;
1 Resistenze da 220 K1;
1 voltmetro.
Esecuzione della prova :
Prima di effettuare la prova abbiamo eseguito tutti i calcoli che ci servivano per raggiungere i risultati desiderati. Siamo quindi giunti alla formula che indica la funzione di trasferimento dove : Vo= - [ Vr / (R+Ro) ] * /R. Poi abbiamo continuato effettuando i seguenti calcoli:
R (T) = R + RR
R = 10KR ==> 10000
Rmax = 50 R ==> 0 < = Vo = 5 V
Ro = 1KR
Successivamente sostituendo i valori, alla seguente formula:
Vo= - [ Vr / (R+Ro) ] * /R
abbiamo ottenuto che :
5= - [Vr/(10000+Ro)]*50
Visto che Ro=1KV otteniamo che:
5= - (Vr/11000)*50 ==> Vr=- (5*11000)/50 ==> Vr=-11000. Ma non è fattibile avere una tensione negativa di questa grandezza, per cui si sceglie Vr’ =5V.
Vr’ =5V ==> Vo’= (Vr/11000)*50/= 250/11000 = 22,73 mV.
A questo punto ci siamo chiesti di quanto doveva essere amplificata la tensione affinché diventi 5V.
Quindi usiamo AV(amplificazione di tensione),ricordando che Vo’=22.73mV, calcolando l’amplificazione con questa formula:
AV= Vo/Vo’ ==> AV=5000/22.73= 220, poi:
AV= -R2/R1 ==> R1=1K e R2=220K .
Cosè abbiamo trovato i valori delle resistenze che ci servivano per simulare il funzionamento del circuito.
Quindi siamo andati in laboratorio e tramite il programma di simulazione Multisim2001 abbiamo simulato il funzionamento del trasduttore.
Abbiamo preso dai componenti 2 amplificatori operazionali e li abbiamo invertiti verticalmente tramite il comando “Flip Vertical” per far risultare il terminale invertente sulla parte superiore dell’amplificatore, così da seguire pari pari il disegno fornitoci dal Professore in classe. Così li abbiamo collegati tramite una resistenza da 1K , ovvero l’uscita del primo operazionale l’abbiamo collegata con l’ingresso invertente del secondo operazionale. Nel primo operazionale, all’ingresso non invertente abbiamo aggiunto 3 resistenze: la prima da 10Ke collegata con la seconda, da 50 ,che rappresenta una resistenza variabile dotata di cursore, tramite il quale si ha un contatto strisciante sulle spire. L’ultima resistenza l’abbiamo presa da 1Ka e collegata con un’altra uguale che termina nell’ingresso non invertente del primo operazionale. Queste ultime 2 resistenze, più una terza da 10Ke(relativa all’ingresso non invertente),le abbiamo collegate ad una pila per fornire al circuito un’alimentazione. Ci siamo serviti di una sola batteria perché, prendendo tutti amplificatori ideali, e non reali, si alimentano da soli. Poi la pila l’abbiamo collegata a massa. Nel secondo operazionale invece, l’ingresso non invertente lo abbiamo collegato a massa, mentre quello invertente lo abbiamo collegato con l’ingresso positivo del voltmetro di cui ci siamo serviti per rilevare la tensione. Infine l’ingresso negativo di questo strumento lo abbiamo collegato a massa. Così abbiamo terminato il montaggio del circuito al computer. Successivamente abbiamo acceso l’interruttore che il programma mette a disposizione per la simulazione del circuito e abbiamo notato come i valori della tensione variassero al variare di cR%. Per cambiare la percentuale, premevamo sul tasto “A”, minuscolo sulla tastiera, ottenendo così la variazione da 0% fino a 100%.
Schema elettrico:
Tabelle:
Abbiamo quindi riportato i valori ottenuti durante la simulazione su di una tabella, qui di seguito mostrata:
T (°C)
R%
R
V

0%

0,008
10
10%
5
0,499
20
20%
10
0,99
30
30%
15
1,5
40
40%
20
2
50
50%
25
2,499
60
60%
30
2,999
70
70%
35
3,499
80
80%
40
3,999
90
90%
45
4,499
100
100%
50
5

Conclusioni:
Da questa prima esperienza di laboratorio abbiamo potuto osservare la formula risolutrice dello schema elettrico di un trasduttore e abbiamo fatto le seguenti considerazioni:
Vo= - [ Vr / (R+Ro) ] * /R
Partendo dalla formula generale abbiamo notato che a seconda delle dimensioni della resistenza R avremmo avuto correnti grandi oppure piccole. Se prendevamo il valore di R piccolo abbiamo potuto capire che avremmo ottenuto grandi correnti, mentre se prendevamo R con una valore grande sarebbe accaduto l’inverso, ovvero ci saremmo trovati di fronte a piccole correnti.Siamo quindi arrivati alla conclusione che si sceglie un valore grande per la resistenza R, avremmo aumentato quindi anche l’autonomia dei dispositivi.
Dai risultati nella tabella, qui sopra riportati, possiamo notare come al variare di DR%, ovvero la variazione di resistenza, vari anche la tensione di uscita.Ci siamo serviti di un Voltmetro per far notare i vari cambiamenti di tensione, a partire da 0.008Volt allo 0% fino a 5Volt a 100%, valore che ci eravamo prefissati di raggiungere.
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Esempio



  



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