Termometro analogico con PT100

Materiale occorrente:

un sensore PT100, con collegamento a 4 morsetti con cavo schermato
resistori vari, tolleranza 1%, strato metallico, potenza : 0,25 W, coefficiente di temperatura : 50 ppm/°C
2 amplificatori operazionali OP07
4 condensatori da 100 nF, 63 V
1 x LM336 referenza in tensione 2.5 V
basetta breadboard per montaggi sperimentali
un alimentatore da laboratorio duale regolabile in tensione e un alimentatore 5V fissi per il voltmetro.
un voltmetro da pannello con risoluzione di 3 cifre
un multimetro da banco di elevata qualità con risoluzione di 6.5 cifre HP34401 (per effettuare la messa a punto)
thermos con ghiaccio
termometro campione a colonna di mercurio

Obbiettivi: realizzare un termometro per la scala 0 – 100 °C impiegando un termoresistore Pt100 un condizionatore di segnale ed un voltmetro digitale a 3 cifre.

Eseguire la messa a punto dello stesso.

Figura 1 schema circuito termometro con Pt100

Messa a punto:

Una volta costruito il circuito è necessario procedere alla messa a punto perchè le tolleranze dei vari componenti (soprattutto le resistenze) non permetterebbe al nostro termometro di avere incertezze di misura tollerabili.

Per poter fare la messa punto abbiamo sostituito le 2 resistenze Rs e R3 in maniera tale da poter regolare il guadagno e lo zero del nostro circuito e sostituito la pt100 con delle resistenze di cui conosciamo il valore. Questo permette di rendere il nostro circuito indipendente dalla pt100 montata e di poter effettuare la taratura in modo molto più veloce che con una misura diretta della temperatura.

Una modifica di uno dei due trimmer provoca una variazione delle condizioni del circuito per cui sarà necessario più cilci di correzione che porteranno poi ad avere i risultati voluti. Iniziamo con la taratura del guadagno.

Dato che il nostro circuito avrà un comportamento lineare, il modello della pt100 che useremo sarà lineare. Per ridurre il più possibile l'errore di linearizzazione sarà quindi necessario scegliere dei valori di temperatura opportuni in funzione del range di temperatura nel nostro caso (0 − 100 °C).

Inizialmente regoliamo i trimmer in modo che la loro resistenza circa uguale a quella che abbiamo calcolato così ci portiamo vicini al valore corretto a cui vogliamo arrivare. La scelta delle resistenze è stata di utilizzare lo 0 gradi come primo riferimento quindi una resistenza più vicina possibile ai 100 Ω e come secondo riferimento 83°C in quanto questa permette di avere una retta che dista il meno possibile dalla curva corretta. Per ottenere la seconda temperatura abbiamo posto una resistenza in serie alla prima di 33 Ω. Abbiamo misurato le 2 resistenze con il multimetro per minimizzare l'errore che altrimenti sarebbe del 1% su ogni resistenza.

Utilizzando la formula di Calendar – VanDusen in funzione della temperatura dove

Da cui otteniamo che la misura che dobbiamo leggere sul nostro display sarà di

RISULTATI:

Nel circuito di condizionamento abbiamo utilizzato gli operazionali OP07 perché hanno basso offset e bassa deriva termica. Senza mettere a punto il circuito abbiamo ottenuto questi valori di temperatura: allo (ovvero in una soluzione di acqua e ghiaccio contenuta in un thermos) abbiamo lettomentre alla temperatura ambiente di abbiamo ottenuto una temperatura di .