Collegare 16 NTC alla parallela del PC 2/6
di Vincenzo Villa

Descrizione del circuito

Il trasduttore utilizzato è un NTC (termistore a coefficiente di temperatura negativo)
cioè un componente la cui resistenza dipende dalla temperatura, diminuendo quando
essa sale: lo specifico modello utilizzato presenta una R a 25°C di circa 47 k W e di circa 770 W a 135°C. Le ragioni della scelta sono il costo basso, la sensibilità elevata e la (relativa) facile reperibilità. In particolare si è scelto un componente con resistenza
abbastanza elevata anche ad alta temperatura. La connessione del circuito stampato ai 16 termistori è fatta utilizzando un flat-cable a 34 poli, identico a quello usato per la connessione dei floppy disk usati nei PC.

Il componente utilizzato appartiene alla serie K45 della Siemens Matsushita (attualmente Epcos): il suo particolare contenitore filettato, rappresentato in figura 1, ben si presta infatti al fissaggio tramite dadi ad un anello metallico, come richiesto
dall’esperimento per cui il circuito è stato pensato. Le caratteristiche elettriche fondamentali ed utili per trovare un eventuale modello intercambiabile sono una R25 di 47 k W ed un B_25/100 di 4450.

Fig.1: Contenitore del K45

Al fine di misurare la resistenza del trasduttore non si è usato il classico generatore di corrente (che potrebbe presentare problemi di stabilità a causa della capacità non trascurabile dei lunghi cavi di connessione) ma si è realizzato un partitore resistivo costituito da una resistenza di 100 k W (R₃ nello schema) e dal termistore stesso (non indicato esplicitamente nello schema ma da collegare ad uno dei 16 ingressi presenti sul connettore J1 (da notare che, se la R₃ è abbastanza grande rispetto alla resistenza del trasduttore, in pratica si realizza un generatore di corrente: gli inevitabili errori sono facilmente compensabili via software). A questo partitore è applicata attraverso un buffer la tensione fissa di 4.096 V ottenuta a partire dal riferimento interno del convertitore analogico-digitale MAX187. La tensione presente all’uscita dal partitore è amplificata da U2A, applicata all’ingresso dell’ADC e quindi digitalizzata. L’ADC utilizzato ha risoluzione di 12 bit ed uscita seriale sincrona SPI compatibile. Per collegare alternativamente i 16 NTC è stato utilizzato un multiplexer analogico CMOS a 16 ingressi. Sia gli ingressi del multiplexer che dell’ADC sono pilotati direttamente dalla porta parallela del PC.

Per garantire una precisione adeguata si devono utilizzare resistori con tolleranze contenute (1% è il minimo) ed amplificatori operazionali di precisione. OP293 è un amplificatore adatto a funzionare ad alimentazione singola che garantisce una tensione di offset abbastanza piccola ma anche altri integrati, forse più facilmente reperibili, sono adeguati e direttamente sostituibile dato che il pin-out è quello standard.

Il multiplexer analogico è forse il componente più problematico per quanto riguarda gli errori di misura, soprattutto se si intendono utilizzare termistori con bassi valori ohmici: la sua resistenza di chiusura infatti costituisce un errore "sistematico" di circa 200 ohm in serie al termistore; purtroppo tale valore non è per nulla costante. Due sono le soluzioni, ovviamente non alternative, che si possono adottare:

• utilizzare invece che il più diffuso CD4067B un 74HC4067, difficile da reperire ma che presenta una resistenza di chiusura almeno dimezzata. Non so se esistono, come per altri multiplexer della serie 4000, componenti equivalenti ad alte prestazioni.
  
  
• usare una correzione software dell’errore, tenendo conto della rdson del multiplexer. La soluzione più semplice è quella di considerarla costante ma è in linea di massima possibile inserire un’equazione più raffinata, anche se comunque largamente imprecisa.
  
  

L’alimentazione da fornire deve essere continua e compresa tra 6.5 e 12V; perfettamente adeguata risulta una batteria da 9V. Il regolatore a bassa caduta MAX603 provvede a fornire i 5 V con la stabilità e la precisione richieste da tutti gli integrati. È implementata la protezione contro l’inversione di polarità ed è presente un led indicante l’accensione, da omettere se il consumo di corrente fosse un problema.

Per la descrizione delle caratteristiche dei componenti utilizzati si rimanda ai siti dei produttori: http://www.maximic.com (Maxim) per l’ADC ed il regolatore di tensione, http://www.analog.com (Analog Devices) per l’operazionale (ma prodotti analoghi sono presenti nel catalogo di molti produttori, incluso Maxim) e http://www.st.com (STMicroelectronics) oppure http://www.onsemi.com (ON semiconductor, precedentemente Motorola) per il multiplexer.

La documentazione sui termistori, incluse interessanti note applicative, si trova sul sito http://www.epcos.com (Epcos, precedentemente Siemens Matsushita)

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