Un normale sensore di temperatura, come l'LM34, può impiegare diverso tempo per raggiungere il valore di regime, e quindi fornirci la temperatura esatta: i ragazzi di NerdKits ci spiegano come ridurre il tempo di risposta del sensore, per mezzo di un filtro predittivo.
Il progetto presentato riguarda la realizzazione di un termometro per alimenti, ma gli stessi concetti possono essere molto utili anche in altri campi.
Il problema: reattività del termometro
Per quanto bene sia costruito il sensore, per trasferire il calore dall'esterno alla zona sensibile del dispositivo è richiesto un certo tempo.
La tensione di uscita, che corrisponde alla temperatura misurata, è legata all'ingresso (la temperatura da misurare) attraverso la funzione di trasferimento del sistema (il sensore).
Molti sistemi in natura hanno una funzione di trasferimento del primo ordine, ciò significa che la velocità con cui varia l'uscita è proporzionale all'uscita stessa e alla differenza tra uscita e ingresso (ad esempio la carica di un condensatore).
La soluzione: il filtro predittivo
Osservando pochi istanti dell'uscita e conoscendo la funzione di trasferimento, è possibile prevedere in anticipo la temperatura reale. Sappiamo che il sistema è del primo ordine e quindi il filtro predittivo può essere realizzato calcolando la derivata della misura e sommandola alla misura stessa con qualche fattore di scala.
Senza dover scendere nel rigore matematico, facendo un po' di esperimenti si possono ricavare questi fattori.
Le prestazioni del filtro, tuttavia, non possono essere aumentate eccessivamente; infatti, questo metodo è molto sensibile al rumore, che viene addirittura amplificato. Per ridurre il problema, si introduce anche un filtro passa-basso, che però rallenta il sistema. Ovviamente è necessario trovare un compromesso tra velocità e stabilità.
Il codice sorgente, l'hardware e ulteriori dettagli di questo progetto, sono disponibili alla relativa pagina:
Termometro con Filtro Predittivo da NerdKits
Interessante, anche se qualcosa mi sfugge…la tensione varia linearmente con la temperatura…per quanto piccola possa essere la capacità termica del sensore, il transitorio termodinamico della temperatura non dovrebbe essere di tipo esponenziale? E quindi anche la tensione non dovrebbe avere lo stesso trend? Come si fa a predire un valore di regime guardando solo ai primi valori di variazione di T?
Davvero grandioso il termometro è uno degli strumenti + vecchi ma non smette mai di rinnovarsi e svecchiarsi! XD
é davvero geniale.. sappiamo com’è l’andamento bastano pochi valori per ottenere la derivata e quindi l’andamento.. una volta ottenuto questo che bisogno c’è di aspettare che “la natura faccia il suo corso” sappiamo già matematicamente dove andrà a finire! geniale!
se l’andamento della temperatura in out(e quindi della tensione) è già noto e approssimabile ad uno standardizzato come quello del primo ordine(esponenziale) possiamo conoscere in anticipo il suo andamento a partire da alcuni parametri! Esempio se ha un circuito rc attraverso la costante rc puoi sapere tra quanto tempo raggiungerà circa il valore di regime.. penso si tratti di qualcosa del genere !
“prevede” fino ad un certo punto, sapendo i materiali usati e le loro proprietà calcolano la temperatura presunta (secondo me temperatura presunta e successivamente quella reale dovrebbero essere ((forse lo sono già)) espresse in modo chiaro una dall’altra)Appena avrò tra le mani arduino la mia ragazza già a volte poo calcolata mi tirerà dietro qualcosa lo prevedo ! 😀
è una trovata per acquistare i loro kit, con una PT100 e un PIC si trova la soluzione a basso costo.
Si ripensandoci dovrebbe essere un qualcosa del genere…andrebbe letto l’articolo originale e vediamo cosa ne salta fuori! Lo faccio subito data la curiosità indotta da questo metodo!
non credo che sia un metodo applicabile solo con il loro kit! Loro l’avranno già implementato ma non credo sia impossibile da realizzare con un pic (o simili) e una ottima conoscenza della tecnologia costruttiva del proprio sensore! (ma proprio ottima però eh!)
Che questa trovata aumenti le loro vendite.. beh è normale! XD
Bella intuizione… ho utilizzato tempo fà un lm34 ed in effetti questo effetto si fa sentire molto, ma con questo accorgimento si può risolvere alla grande… Bravi ragazzi!!!
E’ un’idea grandiosa…l’ho usato l’hanno scorso e ho riscontrato pure io questi problemi, infatti ho abbandonato subito il progetto.
Troppo tempo perso…questa cosa invece non l’avevo pensata usare il filtro predittivo risolve quasi tutto!
Complimenti
ps: questo articolo è davvero interessante
Non è un idea o una intuizione, ma è l’applicazione di un sistema noto da tempo visto che il controllo predittivo ha origine verso la fine degli anni ’70.
E’ un modello matematico che si può applicare in svariati casi, persino nella previsione delle traiettorie dei satelliti.
Per chi vuole approfondire:
http://www2.units.it/orts/didattica/tesine/Tesina%20Forno.pdf