Circuito di condizionamento.

[Alee]

Buongiorno, chiedo qui per avere un consiglio, devo realizzare un programma tramite plc zelio che mi misuri una temperatura da - 10 a + 25 gradi centigradi e che mi attivi dei motori per una serra.
Userei un sensore LM35 che ha un range di misura da -55 a + 150 gradi e mi da 10mVper ogni grado, mentre l'ingresso analogico dello zelio accetta tensioni da 0 a 10 V. Quindi occorre un circuito di condizionamento, ma mi chiedo, per misurare una temperatura negativa come bisogna fare? Basta un circuito differenziale?
Grazie.

[blue3121]

Acquista una PT100 industriale -50/+150 °C con uscita 0-10V e la colleghi.

Se non la trovi, acquista una sonda PT100 con range -50/+150 °C e uscita 4-20mA (sono molto più utilizzate in industria), alimentata con loop a 24 V, e la colleghi all'ingresso 0-10V del plc con uno shunt realizzato con un trimmer 1k 1W.
Per la taratura, "inietta" un segnale 4-20mA sullo shunt (ci sono anche dei DMM che permettono di farlo) e lo regoli leggendo il valore dal convertitore del plc.

[Alee]

Grazie per la risposta ma è un progetto per la scuola è devo attenermi a questo non posso cambiare componenti.

[pgv]

Neanche cambiare il sensore con un LM135 che misura le temperature in Kelvin (scala Kelvin: 0 K = -273.15 C, un grado K == 1 grado C per cui -55 C corrispondono a 218.15 K e, sempre a 10 mV/grado, ti esce con 2181.5 mV mentre 150 C corrispondono a 4231.5 mV.
Altrimenti, fai come suggeriscono nel datasheet della TI e ci metti due diodi 1N914 polarizzati direttamente tra il negativo di alimentazione del sensore e terra. I diodi creano una caduta di potenziale e se l'ingresso analogico non ha una impedenza bassa (cosa che dubito trattandosi di PLC) questa caduta e' fissa dato che la corrente che attraversa il sensore e' fissa. Se cadono 0.72 V per diodo (a 5.0 mA, dal datasheet del diodo) allora con due avrai il "meno" del sensore a 2*0.72 = 1.44 V rispetto alla terra del sistema, e quindi per T = -55 C il "piu'" si portera' a (1.44 - 0.55) = 0.89 V (positivi) e per T = 150 C si portera' a (1.44 + 1.50) = 2.94 V. Da verificare e calibrare perche' i componenti fuori specifiche brulicano.

Ancora in alternativa, e non so quanto snazzichi di elettronica, ma potresti costruirti un amplificatore con offset e guadagno regolabili, mettere il tuo sensore in acqua con ghiaccio e poi in acqua bollente, regolare i trimmer per approssimazioni successive (stando attento a non scottarti, a me succede spesso) e produrre un risultato spettacolare.

[Alee]

Grazie per la risposta molto esaustiva, allora il discorso dei diodi li avevo visto, ma mi chiedo sono sempre necessari per la misura di temperature negative?

Poi in ogni caso un amplificatore con offset (quindi parliamo di un amplificatore differenziale? ) è necessario per portare le tensioni a valori nominali (0-10V) che accetta l'ingresso analogico del PLC.

[blue3121]

Grazie per la risposta molto esaustiva, allora il discorso dei diodi li avevo visto, ma mi chiedo sono sempre necessari per la misura di temperature negative?

Come ha detto pgv, avresti una tensione positiva anche a -55°C di circa 0.89V, quindi acquisibile dall'ingresso del PLC.

Poi in ogni caso un amplificatore con offset (quindi parliamo di un amplificatore differenziale? ) è necessario per portare le tensioni a valori nominali (0-10V) che accetta l'ingresso analogico del PLC.

Elimineresti un altro inconveniente usando un OPAMP per variare offset e segnale.
Senza OPAMP avresti una escursione di circa 2V tra -55 e 150 °C cioè pari ad 1/5 dell'intera scala 0-10V.
Considerato che il tuo PLC esegue una conversione su 8bit cioè con 256 valori utili teorici (ho controllato sul datasheet), questi per 1/5 della scala si riducono a circa 50 valori utili che tradotto in valori in °C vuol dire che leggeresti la temperatura con una risoluzione massima di circa 150-(-55) = 205 / 50 = 4 °C.
Non credo sia il massimo.
A "scala piena" (0-10V) invece avresti una risoluzione di poco inferiore a 1°C ma comunque 4 volte migliore.

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P.S. Se prendi un bel voto, pgv io e i prossimi che risponderanno avanziamo un caffè !

[Alee]

Grazie per la risposta molto esaustiva, allora il discorso dei diodi li avevo visto, ma mi chiedo sono sempre necessari per la misura di temperature negative?

Come ha detto pgv, avresti una tensione positiva anche a -55°C di circa 0.89V, quindi acquisibile dall'ingresso del PLC.

Poi in ogni caso un amplificatore con offset (quindi parliamo di un amplificatore differenziale? ) è necessario per portare le tensioni a valori nominali (0-10V) che accetta l'ingresso analogico del PLC.

Elimineresti un altro inconveniente usando un OPAMP per variare offset e segnale.
Senza OPAMP avresti una escursione di circa 2V tra -55 e 150 °C cioè pari ad 1/5 dell'intera scala 0-10V.
Considerato che il tuo PLC esegue una conversione su 8bit cioè con 256 valori utili teorici (ho controllato sul datasheet), questi per 1/5 della scala si riducono a circa 50 valori utili che tradotto in valori in °C vuol dire che leggeresti la temperatura con una risoluzione massima di circa 150-(-55) = 205 / 50 = 4 °C.
Non credo sia il massimo.
A "scala piena" (0-10V) invece avresti una risoluzione di poco inferiore a 1°C ma comunque 4 volte migliore.

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P.S. Se prendi un bel voto, pgv io e i prossimi che risponderanno avanziamo un caffè !

Vada per il caffe

Quindi ricapitolando ho necessità di un amplificatore differenziale opportunamente dimensionato per misurare una temperatura con escursione -10 +25°
In pratica a -10° dovrei avere 0volt in uscita e a 25° circa 10Volt, giusto?

[blue3121]

Giusto.
Se il tuo range di interesse è quello potresti tenerti su questi valori limite, con la sicurezza che la temperatura non vada oltre in giù o su.
In tal caso avresti 256 valori su 35 gradi di escursione quindi 35/256 = 0.14 °C circa sulla risoluzione di conversione (LM35 permettendo).
Questo tipo di stima, in genere, sui PLC è sufficiente per capire come "ti stai muovendo".

[Alee]

Grazie, ora il problema è progettare il circuito ci provo

[pgv]

Butto li' un sardone, come si diceva a Trieste: scegli un alimentatore operazionale che vada rail-to-rail, tipo LM324, e con almeno due canali... Visto che si tratta di un lavoro per scuola mi fermo qui.