INTRODUZIONE

Progetto di un sensore di temperatura interamente analogico che utilizza, come elemento per la misura della temperatura, un comune diodo al silicio.

Classificazione dei termometri

In un termometro digitale l’informazione analogica, proveniente dal trasduttore, viene digitalizzata (campionata ed quantizzata ) in una parola a n bit. quindi elaborata con circuiti digitali e visualizzata mediante Display / LCD.

L’elemento fondamentale che caratterizza un termometro e’ il sensore di temperatura. Si tratta di un trasduttore ovvero di un dispositivo che converte una grandezza fisica (temperatura) in un altra ( resistenza, tensione o corrente). La caratteristica di uscita di un sensore di temperatura e’ la curva che descrive l’andamento della grandezza di uscita in funzione della temperatura. Questa caratteristica può essere lineare o non lineare. Nel caso lineare il valore della grandezza d’uscita e’ proporzionale alla temperatura che si sta misurando mentre nel caso non lineare non ‘e possibile associare una legge di proporzionale tra temperatura e grandezza di uscita. Nel caso lineare risulta molto più semplice misurare la temperatura mentre nel caso non lineare si hanno complicazioni circuitali sia in ambito digitale che analogico.

I sensori di temperatura possono essere suddivisi in attivi e passivi. I sensori attivi sono dei circuiti che per funzionare hanno bisogno di essere alimentati elettricamente e la loro uscita e’ l’uscita di un circuito che elabora l’informazione proveniente dal trasduttore. In tal caso la relazione ingresso uscita e’ di tipo lineare. I sensori passivi sono quelli che non hanno necessità di alimentazione e la loro uscita e’ funzione del processo fisico che si utilizza per la conversione della temperatura. Tipicamente la relazione ingresso uscita è non lineare. Esempio di sensori passivi sono i termistori PTC e NTC.

I termistori PTC sono elementi resistivi dotati della particolarità di presentare un elevato coefficiente di temperatura positivo, ovvero con l'aumentare della temperatura esterna aumenta notevolmente il valore della resistenza. Infatti la sigla PTC sta a significare: (Positive - Temperature - Coefficient).

I termistori NTC (Negative - Temperature - Coefficient) sono elementi resistivi caratterizzati da un elevato coefficiente di temperatura negativo e si comportano quindi in modo del tutto opposto a quello dei termistori PTC. In pratica, quindi, all'aumentare della temperatura, in essi diminuisce notevolmente il valore della resistenza ohmica. I termistori NTC sono internamente composti da una miscela di ossidi metallici, trattati chimicamente in modo da presentare proprietà semiconduttrici, i quali vengono pressati assieme ad un legante plastico e sinterizzati ad alta temperatura. Il valore nominale della resistenza viene normalmente valutato alla temperatura di 25°C . Pertanto, ai fini dell'impiego pratico del componente, e’ assai utile conoscere la variazione della resistenza al variare della temperatura; la dipendenza tra questi due parametri e’ di tipo logaritmico. Per le loro caratteristiche, i termistori di tipo NTC vengono utilizzati in numerose applicazioni: nella misura e nella regolazione della temperatura, nella misura del flusso di gas e liquidi, nella compensazione del coefficiente di temperatura di bobine ed avvolgimenti, nella temporizzazione dei rele' e nella compensazione dei circuiti transistorizzati.

La caratteristica principale del progetto  sta nel fatto che il trasduttore utilizzato per la misurazione della temperatura e’ costituito da un banalissimo diodo al silicio. Per la realizzazione del circuito può essere utilizzato un comunissimo diodo di segnale come il diodo al silicio 1N4148.  Per la comprensione della parte seguente e’ necessario spendere qualche riga sulla caratteristica in temperatura del diodo al silicio.

La caratteristica in temperatura della tensione Vd di una giunzione PN al silicio polarizzata direttamente e’: d/dT(Vd)= -2.2 mV / °C , ovvero la derivata in temperatura della tensione Vd e’ costante e negativa. Questo vuol dire che se la temperatura del diodo aumenta di 1 °C la sua tensione diminuisce di 2.2 mV nelle condizione di polarizzazione sopra definite. Questa diminuzione costante della tensione  Vd al crescere della temperatura suggerisce di sfruttare  il diodo come sonda termica.

Schema elettrico del sensore di temperatura a diodo.

 Continua