Analizzatore elettronico analogico R127 Unaohm

                                                           Un valido strumento made in Italy

I4CIV                                                                                                                Onorio Cenni          

Generalità

I primi analizzatori elettronici analogici furono sviluppati utilizzando valvole termoioniche che consentivano di ottenere un'elevata impedenza in ingresso. Con il passare degli anni, grazie ai progressi tecnologici e all’introduzione dei transistor, questi strumenti vennero realizzati interamente allo stato solido. Tuttavia, nonostante la componente tecnologica fosse cambiata, alcuni professionisti del settore elettronico continuarono a chiamarli impropriamente "analizzatori a valvola". Questo termine, pur impreciso, veniva utilizzato per distinguere tali dispositivi – caratterizzati da un'elevata impedenza in ingresso – dai tester analogici tradizionali, che avevano invece un'impedenza sensibilmente più bassa, solitamente intorno ai 20 kOhm/Volt.

L’elevata impedenza in ingresso è, infatti, uno dei maggiori pregi di questi analizzatori, poiché consente di eseguire misurazioni precise, spesso impossibili con strumenti a bassa impedenza.

Il modello che sarà descritto è un analizzatore elettronico portatile, capace di effettuare numerose misurazioni su circuiti elettrici ed elettronici. Si tratta del modello R127 prodotto dalla ditta Unaohm e identificato dalla matricola n.103, la cui costruzione risale probabilmente agli anni ’70 del secolo scorso. (foto n.1) Lo strumento presenta un “design” essenziale, con una disposizione ordinata dei comandi e un robusto contenitore in metallo, a garanzia di solidità e resistenza nel tempo.

Nel corso degli anni, l’R127 è stato sottoposto a diversi aggiornamenti tecnici, che hanno comportato modifiche allo schema elettrico, senza però alterare il “case” e la disposizione dei comandi. Le versioni successive a quella primitiva sono contraddistinte da una lettera maiuscola aggiunta alla sigla principale, partendo dalla "A" fino alla "F".

Il mio esemplare, rimasto inutilizzato per lungo tempo, apparteneva a un caro amico che me lo ha ceduto senza richiedere nulla in cambio. Purtroppo mancavano il manuale d’uso e la sonda ad alta impedenza con i relativi puntali, elementi necessari per sfruttarne completamente tutte le potenzialità.

Per quanto riguarda la sonda, utilizzerò un modello in mio possesso con caratteristiche equivalenti all’originale. In assenza del manuale, ho avviato una ricerca online e sono riuscito a reperire il manuale relativo al modello R127 F, una versione più recente.

Dal confronto tra il mio R127 e la documentazione dell’R127 F, sono emerse alcune differenze:

• Schema elettrico: variazioni in alcuni componenti elettronici, come transistor e circuiti integrati ed indicatori a LED di colore differenti.
• Cablatura: una diversa disposizione dei componenti sul circuito stampato che contiene i componenti attivi.
• Circuito dei partitori resistivi: nessuna modifica rilevante rispetto ai valori riportati nello schema originale.
• Alimentazione: cambiamenti significativi nella configurazione delle batterie.

Nei modelli dal primo R127 fino alla versione "C", lo strumento richiedeva quattro pile piatte da 4,5 V, dotate di linguette in ottone per l’inserimento nei rispettivi alloggiamenti. Tali batterie erano disposte in due scomparti separati (due per scomparto) sul retro dello strumento.(foto n.2)

A partire dalla versione "D" fino alla "F", l’alimentazione è stata semplificata: erano sufficienti due pile piatte da 4,5 V collegate in serie, per un totale di 9 V, ospitate in un unico scomparto.

Oggi, però, le pile piatte da 4,5 V non sono più facilmente reperibili, rendendo necessario adottare soluzioni alternative, come un alimentatore dedicato, capace di fornire la giusta tensione trasformata e raddrizzata dalla rete elettrica, oppure batterie da 9 V (tipo “transistor”). Quest’ultima soluzione pur essendo più pratica, offre un’autonomia notevolmente inferiore rispetto alle pile piatte originali. 

        

Caratteristiche

In questo articolo farò riferimento specificamente al modello R127 in mio possesso. Lo strumento presenta dimensioni compatte, con una altezza di 205 mm, una larghezza di 140 mm ed una profondità di 100 mm e un peso di 2 kg. È dotato di una pratica maniglia per il trasporto, che può essere utilizzata durante le misurazioni per inclinarlo e facilitare la lettura del quadrante.

Il quadrante di misura, di grandi dimensioni e di facile lettura, (foto n.3) ha la scala disegnata in rosso per gli ohm ed i dB, in nero per le tensioni alternate e continue ed è dotato di uno specchio per evitare l’errore di parallasse.

Sugli angoli superiori destro e sinistro del quadrante sono presenti due LED indicatori di polarità:

• Il LED rosso (di colore verde nei modelli successivi) posizionato a sinistra e contrassegnato con il simbolo –.
• Il LED rosso, a destra, con il simbolo +.

Questo sistema elettronico automatico indica la polarità delle tensioni continue e il senso di scorrimento delle correnti. In pratica, durante le misurazioni di tensioni e correnti continue, i puntali possono essere collegati indifferentemente, poiché l’ago dello strumento devia sempre verso destra. Pertanto se il LED rosso a destra è acceso, i puntali sono correttamente collegati. Se il LED rosso a sinistra è acceso, (foto n.4) i puntali sono invertiti, ma la deviazione dell’ago rimane corretta. 

Sotto il quadrante di misura, sul lato sinistro, si trova una piccola manopola per l’azzeramento dello strumento quando utilizzato come ohmetro. Al centro della metà inferiore dello strumento è presente un selettore di portata (foto n.5) a 22 posizioni: Le prime sette posizioni sono per la selezione delle portate in Ohm, le otto posizioni intermedie per la selezione delle portate voltmetriche e le ultime sette posizioni per la selezione delle portate amperometriche.

Sul lato destro dello strumento si trovano due commutatori di funzione: il commutatore superiore, con la scritta ON, accende lo strumento; il commutatore inferiore, con il simbolo di una sinusoide, abilita le misure in corrente alternata (sia voltmetriche che amperometriche).

Sulla parte inferiore dello strumento si trovano tre boccole da 4 mm: Boccola 3A (a sinistra) per misurare correnti fino a 3 A mediante uno spinotto dedicato. Boccola BATT (centrale) per controllare lo stato di carica delle batterie. Boccola GND (a destra) punto comune di massa per il collegamento del cavo di terra.

Accanto alle boccole è presente un connettore BNC femmina, utilizzato per collegare il puntale ad alta impedenza P150, dotato di cavo schermato, necessario per ogni tipo di misurazione.

Sul retro dello strumento vi sono due sportellini, chiusi da viti, che proteggono due scomparti per le batterie. Ogni scomparto ospitava originariamente due pile piatte da 4,5 V, oggi non più facilmente reperibili. Agli angoli del contenitore sono fissati quattro piedini in gomma che garantiscono stabilità sul piano di lavoro.

 

Prestazioni

L'analizzatore elettronico R127 è in grado di effettuare misurazioni di:

• Tensioni e correnti in continua e alternata.
• Resistenze e valori in decibel (dB).

I campi di variazione delle grandezze misurate sono:

• Tensioni continue (DC): Le portate vanno da 30 mV a 1000 V, suddivise in:
  0,3/1/3/10/30/100/300/1000 V. Utilizzando il puntale per alte tensioni, il campo di misura si estende fino a 30 kV.
• Tensioni alternate (AC):
• Gamma di misura: Le portate vanno da 30 mV a 1000 V (in valore efficace e con forma d’onda sinusoidale), suddivise come per le tensioni continue.
• Banda passante: da 10 Hz a 20 kHz con una tolleranza entro ±1 dB.
• Frequenze superiori: da 0,1 MHz a 200 MHz possono essere misurate utilizzando una sonda RF dedicata.

• Correnti continue (DC) e alternate (AC):
• Gamma di misura: da 0,3 μA a 3 A, suddivisa in:
  0,3/3/30 μA – 0,3/3/30 mA – 0,3/3 A.

Per le correnti alternate, i valori sono riferiti al valore efficace con forma d’onda sinusoidale.

• Resistenze:

o  Gamma di misura: da 0,2 Ω a 1000 MΩ, con le seguenti portate: 1/10/100 kΩ – 1/10/100/1000 MΩ.

• Livelli

o  Gamma di misura: da -30 dBm (portata di 0,3 V a fondo scala) a +62 dBm (portata di 1000 V a fondo scala). Livello di riferimento: 0 dB = 1mW su 600 Ω.

• Precisione e Tolleranze

o   Tensioni continue (DC): errore massimo < ±2% del valore a fondo scala.

o   Tensioni alternate (AC): errore massimo < ±3% del valore a fondo scala (per tensioni sinusoidali a 50 Hz).

o   Correnti continue (DC) e alternate (AC): errore massimo < ±2% del valore a fondo scala, con tolleranze fino a ±5% per le portate di 300 mA e 3 A.

o  Resistenze: errore massimo < ±5% del valore a fondo scala.

o   L’impedenza d’ingresso varia in base al tipo di misura: Per tensioni continue è pari a 11 MΩ con il puntale originale P150. Per tensioni alternate di 10 MΩ con una capacità di 30 pF in parallelo.

 

Effetti dell’impedenza di ingresso nelle misure di tensione

Uno dei principali vantaggi di utilizzare un analizzatore elettronico ad alta impedenza, tipicamente pari a 10 MΩ, è la possibilità di eseguire misure di tensione senza caricare il circuito da esaminare. Al contrario, un tipico tester analogico utilizzato per misure volt-ohm-amper presenta una sensibilità di circa 20 kΩ/V, che nei modelli di fascia alta può arrivare a 50 kΩ/V.

Con strumenti di questo tipo, l’impedenza equivalente ai morsetti varia in base alla tensione di fondo scala selezionata per la misura, essendo il prodotto della sensibilità dello strumento e del fondo scala. Ad esempio, per uno strumento con sensibilità di 50 kΩ/V e un fondo scala di 3 V, l’impedenza di ingresso sarà:

50 kΩ/V × 3 V = 150 kΩ

Questa impedenza si collega in parallelo ai capi del componente sotto test. Se il componente ha una resistenza molto bassa, l’effetto del carico rappresentato dallo strumento sarà trascurabile. Tuttavia, nel caso di componenti con resistenze elevate, come 100 kΩ o superiori (fino a valori nell’ordine dei MΩ), l’impedenza relativamente bassa dello strumento introdurrà un errore significativo, falsando i risultati.

In queste situazioni, l’uso di strumenti con bassa impedenza di ingresso non è consigliabile, poiché essi non possono garantire misure affidabili su circuiti ad alta resistenza. Per tale motivo, l’alta impedenza di ingresso (10 MΩ o superiore) di un analizzatore elettronico rappresenta un requisito essenziale per misure precise su circuiti sensibili o con carichi resistivi elevati.

Calcolo dell'effetto dell'impedenza di ingresso nelle misure di tensione

Per dimostrare l'importanza dell'impedenza di ingresso nelle misure di tensione, consideriamo un circuito resistivo composto da due resistenze: R₁ = 1 MΩ e R₂ = 100 kΩ, alimentato da una sorgente con tensione di 15 V. (figura n.1) La tensione ai capi di R₂ verrà calcolata in (a) teoricamente, mentre in (b) andremo a misurare il valore della tensione mediante un tester analogico a bassa impedenza ed in (c) effettueremo la stessa misura impiegando un analizzatore elettronico ad alta impedenza.

Caso (a): La corrente totale nel circuito, determinata dalle resistenze R₁ e R₂ collegate in serie, è data dalla legge di Ohm:

I = V/(R₁+R₂)      I = 15/1.100.000 = 0,0000136364 A.

La tensione ai capi di R₂ è quindi:

V_R2 = R₂⋅I         V = 100.000 ⋅ 0,0000136364 ≈ 1,36 V

Caso (b): Per dare concretezza al valore teorico calcolato supponiamo di utilizzare un tester analogico con una resistenza interna R_i = 150 kΩ, collegandolo ai capi di R₂. In questo caso, la resistenza equivalente tra R₂ e R_i sarà di 60.000 Ω, in questo caso la corrente sarà di 0,0000141509 A e la tensione che lo strumento misurerà ai capi di R₂ sarà ≈ 0,85 V .

Caso (c): Similmente al caso precedente supponiamo ora di utilizzare un voltmetro elettronico con una resistenza interna R_i = 10 MΩ, collegandolo ai capi di R₂. In questo caso, la resistenza equivalente tra R₂ e R_i sarà di 99.010 Ω, in questo caso la corrente sarà di 0,0000136486 A e la tensione che lo strumento misurerà ai capi di R₂ sarà ≈ 1,35 V

L'analisi dimostra che solo nel caso (c), con il voltmetro ad alta impedenza (10 MΩ), la tensione misurata (1,35 V) si avvicina al valore teorico (1,36 V) con un errore trascurabile. Questo evidenzia come l'elevata impedenza di ingresso del voltmetro elettronico riduca al minimo l'effetto del carico sul circuito, garantendo misure accurate.

Al contrario, nel caso (b), l'uso di un tester analogico con impedenza interna più bassa introduce un errore significativo, misurando una tensione di soli 0,85 V. Questo effetto è particolarmente rilevante nei circuiti ad alta resistenza, dove l'impedenza dello strumento influisce in modo considerevole sulla precisione delle misure.

 Verifica di Funzionamento

Poiché lo strumento era rimasto inutilizzato per molti anni, si è reso necessario esaminarne l'interno per verificarne lo stato di conservazione. Dopo aver capovolto lo strumento e svitato le quattro viti che uniscono il "case" al pannello superiore, ho constatato un cablaggio curato e ordinato, con i componenti disposti su due circuiti stampati separati. (foto n.6) La componentistica utilizzata è di buon livello, con transistor NPN al silicio e amplificatori operazionali. Nonostante siano trascorsi circa cinquant’anni dalla costruzione, tutti i componenti interni risultano in ottime condizioni e non presentano anomalie che possano compromettere il funzionamento dello strumento.

Dopo l’ispezione visiva, ho proceduto con la verifica del funzionamento. Per alimentare lo strumento ho aperto i coperchi dei vani batterie ed ho preferito collegare, agli attacchi ad incastro,(foto n.7) i conduttori provenienti da due batterie da 9 V (tipo “transistor”). Successivamente, ho inserito la sonda con i puntali nel connettore BNC e posizionato la manopola del commutatore delle portate su una qualunque portata in ohm. All'accensione dello strumento, senza cortocircuitare i puntali, ho regolato la manopola di azzeramento degli ohm, osservando che l'indice si muoveva correttamente. Ho quindi posizionato l’indice sul fondo scala (foto n.8) e verificato il valore di una resistenza nota, compatibile con la portata selezionata.

Dopo il riscontro positivo di questa verifica preliminare, ho testato lo strumento misurando una tensione e una corrente, senza focalizzarmi sulla precisione assoluta, ma solo per confermare il corretto funzionamento nelle modalità voltmetriche e amperometriche. Constatato che lo strumento operava anche in queste modalità, ho effettuato un confronto con un altro strumento di misura per verificare che i valori rilevati rientrassero nelle tolleranze dichiarate nel manuale.

Durante le misure di tensione e corrente, ho osservato che, sebbene l'indice dello strumento si spostasse nella giusta direzione anche invertendo i puntali (dimostrando il corretto funzionamento del dispositivo di auto-polarità), i due LED indicanti la polarità risultavano spenti e quindi non funzionanti. Per risolvere il problema, ho sostituito entrambi i LED con componenti dello stesso tipo. Dopo la sostituzione, i due LED si accendevano regolarmente, indicando la polarità dei puntali inseriti nel circuito di misura.

Per completare la verifica, ho confrontato le misure dello strumento con quelle di un multimetro digitale di buona qualità, il Brymen BM 869S. Il confronto ha incluso tutte le portate di tensione, corrente e resistenza. I valori ottenuti dai due strumenti erano abbastanza simili, confermando che l’invecchiamento non ha degradato significativamente la precisione dello strumento. Per motivi di sintesi, non riporto i dettagli numerici di tutte le misure effettuate.

L’uso dello strumento è semplice per chiunque abbia familiarità con un multimetro analogico. Tuttavia, è utile tenere presenti alcune avvertenze:

1. Azzeramento per le misure in ohm: Prima di misurare una resistenza, non è necessario cortocircuitare i puntali. Basta ruotare la manopola di azzeramento per far coincidere l'indice con il fondo scala.
2. Selezione della portata: Se il valore da misurare è sconosciuto, selezionare inizialmente la portata più alta e successivamente regolare su quella più appropriata.
3. Eliminazione dell'errore di parallasse: Durante la lettura, posizionarsi frontalmente allo strumento, in modo che il riflesso dell’indice sullo specchio sottostante sia perfettamente allineato con l’indice stesso.

 

Conclusioni

Nonostante siano trascorsi oltre cinquant'anni dalla sua costruzione, lo strumento dimostra ancora una discreta affidabilità e precisione, come confermato dai vari test effettuati. Le sue prestazioni, rimaste sostanzialmente inalterate nel tempo, testimoniano l’eccellenza dell’ingegneria con cui è stato realizzato, caratterizzata da una scelta accurata dei componenti e da una costruzione professionale.

Questo strumento analogico, pur appartenendo a un’epoca tecnologica passata, si rivela ancora prezioso per eseguire misure delicate e rigorose in ambito elettronico ed elettrotecnico, dove la precisione continua ad essere fondamentale.

i4civ.onorio@gmail.com

La presente descrizione è stata pubblicata su RadioKit Elettronica del mese di giugno 2025 a pagina 54 

  

I4CIV

Sensore contactless per l'indicazione della direzione di un rotore di antenna

Sostituzione del potenziometro multigiri con un sensore ad effetto Hall

 

Premessa

Questo progetto nasce dall'ispirazione tratta da un articolo di Pierluigi IW4BLG (riferimento1), il quale descrive in maniera chiara e dettagliata una modifica a un piccolo rotore per antenna televisiva privo di un'indicazione precisa della direzione dell'antenna. La novità introdotta consiste nell'utilizzo di un sensore contactless per rilevare la posizione dell'antenna, sostituendo il tradizionale potenziometro.

Sebbene i potenziometri multigiri a filo siano di buona qualità, le tolleranze costruttive limitano la precisione. Inoltre, questi dispositivi sono influenzati da variazioni di temperatura, dall'invecchiamento e, soprattutto, dall'usura meccanica dovuta al continuo movimento del contatto mobile sulla resistenza, che deve garantire un buon contatto elettrico. Un ulteriore problema è che il potenziometro, essendo installato solidalmente all'albero del rotore, deve essere posizionato all'esterno, richiedendo una protezione adeguata dagli agenti atmosferici. Nonostante i tentativi di proteggerlo, spesso si verificano infiltrazioni di umidità e acqua all'interno, che alterano i valori resistivi, causando errori nell'indicazione della posizione dell'antenna sul display LCD.

Anche il mio rotore autocostruito, (riferimento 2,3,4) che utilizza un potenziometro multigiri da 10 kOhm, dopo alcuni anni di utilizzo ha presentato gli stessi problemi, nonostante avessi adottato misure per proteggerlo da umidità, condensa e pioggia battente, spesso spinta dal vento in ogni direzione. Dopo aver letto l'articolo di Pierluigi e scambiato alcune e-mail ho deciso di abbandonare l'uso del potenziometro multigiri per rilevare la direzione dell'antenna, sostituendolo con un sensore completamente diverso: un sensore ad effetto Hall.(riferimento5)

 

Caratteristiche

Il dispositivo che ho utilizzato è stato acquistato on-line ad un costo di circa 20 Euro. Si tratta di sensore di posizione rotativo contactless ad effetto Hall, con il codice P3022-V1-CW360, selezionato per la sua adattabilità a questo tipo di applicazione. Questo sensore converte la posizione angolare del suo perno in una tensione proporzionale alla posizione stessa, con un angolo di rotazione completo da 0° a 360°, senza fine corsa.

Visivamente (foto n.1), il dispositivo presenta un corpo in lega di alluminio anodizzato di colore verde, con un diametro di 22 mm, ed un perno di rotazione in acciaio inossidabile. I terminali di connessione sono in ottone placcato oro, garantendo una buona conduzione elettrica. Il grado di protezione è IP40, quindi occorre una protezione supplementare specialmente per l’acqua. Il sensore è definito "long life" grazie alla sua durata meccanica dichiarata di oltre 10 milioni di rotazioni. È in grado di operare a temperature comprese tra -30°C e +80°C, con una coppia di rotazione inferiore a 5mNm e una linearità dello 0,3% sul fondo scala.

I parametri elettrici del sensore sono i seguenti: tensione di funzionamento di 5 V ±10% stabilizzati, segnale di uscita 0-5 V proporzionale rispetto all'alimentazione fornita, corrente assorbita inferiore a 16 mA e resistenza di carico superiore a 10 kOhm. La precisione è dello 0,2% e la risoluzione di 0,088°. Alimentando il dispositivo con una tensione stabilizzata di 5V, ad ogni grado di rotazione del perno corrisponde una variazione di tensione di 0,0138888 V. Tuttavia, questo valore non è direttamente utilizzabile per una lettura precisa della posizione dell'antenna su un display LCD. Perciò è necessaria un'interfaccia che adatti il segnale fornito in base alla risoluzione desiderata. Se si vuole ottenere una risoluzione elevata fino alla massima del sensore (0,089°), una delle soluzioni possibili è l'uso di una scheda Arduino, programmata in modo di avere anche un controllo mediante un PC; nel caso sia sufficiente avere una risoluzione di un grado, propongo una soluzione circuitale molto più semplice.

 

Verifica preliminare

Prima di procedere con la sostituzione del potenziometro con il nuovo sensore, dovevo valutare se fosse stato possibile una sostituzione diretta o se fosse necessario progettare un nuovo circuito elettrico capace di convertire i gradi rilevati nella corrispondente tensione. Il circuito originale che avevo realizzato era basato sul principio del ponte di Wheatstone, dove una delle quattro resistenze era rappresentata dal potenziometro solidale con l’albero del rotore. La sua rotazione causava una variazione della resistenza e, di conseguenza, della tensione. Questa tensione, una volta convertita in gradi, veniva visualizzata su un display LCD collegato al controller del rotore.

Il funzionamento di un sensore contactless, invece, si basa sull'effetto Hall, che rileva l'intensità di un campo magnetico e converte la posizione angolare del suo perno in una tensione proporzionale. Questo approccio è completamente diverso rispetto al potenziometro. Nonostante ciò, decisi di provare a sostituire direttamente il potenziometro con il nuovo sensore. Come era prevedibile, il circuito non funzionò. Per farlo operare correttamente, era necessario riprogettare il circuito, eliminando l'uso del ponte di Wheatstone.

Da questa prova, compresi che, se mi fossi accontentato di una risoluzione di un grado, la stessa ottenuta con l’impiego del potenziometro, sarebbe stato sufficiente alimentare il sensore con una tensione di 3,60 V. La nuova interfaccia avrebbe dovuto garantire che a 360° di rotazione corrispondesse una tensione di 3,60 V e a 0° una tensione di 0 V, con un incremento o decremento di 0,01 V per ogni grado di rotazione.

 

Verifica del funzionamento

Per verificare il corretto funzionamento del sensore, ho realizzato un'interfaccia di prova che, una volta confermata la precisione, verrà adottata in modo definitivo. Utilizzando il circuito mostrato in (fig n.1), è possibile determinare la direzione dell'antenna misurando la variazione di tensione fornita dal sensore contactless.

Il sensore richiede un’alimentazione di 5 V in corrente continua stabilizzata (tolleranza ±10%). Il collegamento è molto semplice: il terminale Vcc va collegato al positivo, il terminale GND al negativo, mentre dal terminale OUT si ottiene una tensione variabile da 0 a 5 V in funzione della posizione angolare del perno. Con un’alimentazione di 5 V, il sensore fornisce una variazione di tensione di 0,013888 V per ogni grado di rotazione, equivalente a una risoluzione di circa 0,089°.

Poiché una rotazione completa (360°) corrisponde a un’escursione di 5 V, è stato necessario realizzare una semplice interfaccia di adattamento per ridurre questa tensione a 3,6 V.  In tal modo, ad ogni grado di rotazione, corrisponde una variazione di 0,01 V, ottenendo una risoluzione di 1° esatto. Il segnale in uscita viene visualizzato su un voltmetro LCD con fondo scala di 20 V: a 3,6 V il display mostrerà “360”, mentre a 0 V mostrerà “000”, e tutti i valori intermedi corrisponderanno direttamente ai gradi di rotazione dell’antenna. In pratica, il display LCD diventa un indicatore di direzione in gradi.

La tensione di alimentazione deve essere stabilizzata a un valore esatto di 5,00 V. Questo valore viene poi ridotto a 3,60 V tramite un potenziometro multigiri da 200 kOhm. Il sensore viene alimentato collegando i terminali GND (negativo) e +Vcc (positivo) a questa tensione stabilizzata. I terminali OUT e GND del sensore vengono poi collegati ai terminali di ingresso di un voltmetro digitale LCD.

Dopo aver completato il circuito, per garantire una corrispondenza precisa tra i gradi indicati sull'LCD (con risoluzione a tre cifre e fondo scala di 20 V) e la posizione reale del perno del sensore, ho realizzato una sagoma su di un cartoncino rigido. Ho riprodotto esattamente le dimensioni di un goniometro graduato da 0° a 360° con una risoluzione di un grado, sul centro del goniometro, un pomello con un indice può ruotare lungo la sua circonferenza. (foto n.2). In questo modo, ruotando la manopola e posizionando l'indice sui valori dei gradi riportati sul cartoncino, ho verificato che corrispondessero esattamente ai valori mostrati sul display LCD.

Dopo varie prove di rotazione in entrambe le direzioni e in diverse posizioni, ho constatato un'eccellente precisione, linearità e riproducibilità tra le letture sul display e la posizione reale del perno del sensore. Infine dopo questo test il potenziometro multigiri  da 200 kOhm è stato fissato su di una basetta millefori e successivamente fissata all’interno del control box (foto n.3), mentre il sensore contactless andrà a sostituire il potenziometro a 10 giri - 10 kOhm posizionato sul rotore.

 Intervento di sostituzione

Dopo aver smontato il rotore e posizionatolo sul banco di lavoro, il primo passo consiste nel rimuovere il potenziometro, svitando la vite a brugola esagonale che fissa il suo perno all’interno di un foro da 7 mm situato nella parte inferiore dell’albero di rotazione. Una volta rimosso, è necessario inserire in sostituzione, il giunto cardanico in alluminio, che permette di compensare eventuali disallineamenti tra il perno del sensore e l’albero di rotazione. Il giunto cardanico deve essere posizionato tra il sensore e l’albero di rotazione. (foto n.4).

Per ottenere una corretta calibrazione e una precisa indicazione della direzione, descrivo nel seguito una procedura hardware. Deciso che il fermo del rotore debba avvenire in corrispondenza del SUD, bisogna orientare la levetta che attiverà i due microswitch di fine corsa esattamente a 180°. Ho progettato il mio rotore in modo di poter avere una rotazione superiore a 360°, e cioè con un avanzamento ulteriore di 20° in entrambe le direzioni rispetto al SUD prima che i finecorsa interrompano l'alimentazione al rotore.

Prima di fissare il sensore nella sua sede, alimentiamolo e ruotiamo il suo perno fino a leggere 180° sul display LCD. A questo punto, il perno del sensore può essere fissato all’albero di rotazione del rotore. Il corpo del sensore, dotato di due alette laterali forate, deve essere bloccato sul supporto orientabile mediante due viti in acciaio inox da 3M (foto n.5).

Tale supporto permette di regolare l'angolazione del sensore, sia verso destra che verso sinistra, per ottenere una calibrazione precisa. Con l’albero di rotazione orientato a SUD, il display dovrebbe indicare esattamente 180°. Se la lettura non fosse corretta, sarà necessario ruotare leggermente, verso destra o sinistra, il corpo del sensore fino a ottenere il valore esatto.

Completata la taratura, fissiamo definitivamente il sensore al suo supporto, facendo attenzione a non modificarne l’angolazione. Una verifica finale è consigliata per garantire che sul display LCD venga indicata la corretta direzione e che vi sia una perfetta linearità lungo tutto l’arco di rotazione dell’albero del rotore.

Infine, è importante proteggere il sensore da infiltrazioni di acqua e condensa. Per questo motivo, ho realizzato una copertura in alluminio a forma di bicchiere che avvolge completamente la parte inferiore del rotore (foto n.6 e n.7). Il cavo tripolare collegato al sensore esce lateralmente dalla copertura. Sul fondo della copertura è stato praticato un piccolo foro per evitare la formazione di condensa al suo interno.

 Conclusioni

Sono trascorsi diversi mesi dall’installazione del nuovo sensore e posso confermare che il sistema funziona in modo eccellente, dimostrando grande precisione e affidabilità. Le indicazioni sul display LCD risultano sempre molto accurate, senza fluttuazioni o imprecisioni. (foto n.8)

Per chiunque stia valutando di migliorare l’indicazione del proprio rotore, posso garantire che l’intervento di sostituzione del potenziometro con un sensore contactless richiede un impegno di tempo e risorse economiche piuttosto contenuto, ma offre risultati decisamente superiori in termini di prestazioni e durata.

Buon lavoro a chi deciderà di intraprendere questa modifica!

                                                                         i4civ.onorio@gmail.com

Riferimenti:

(1)   Radio Rivista n.6/2024 pag 23

(2)   Radio Kit Elettronica n.10/2021 pag.10 prima parte

(3)   Radio Kit Elettronica n.11/2021 pag.9 seconda parte

(4)   Radio Kit Elettronica n.12/2021 pag.12 terza parte

(5)   https://it.wikipedia.org/wiki/Effetto_Hall

La presente descrizione è stata pubblicata su RadioKit

Elettronica del mese di febbraio 2025 a pag. 30