Sensore di Corrente - progetto di sistema di analisi consumi elettrici

Confrontandomi con un amico proprio ieri sera, abbiamo parlato di un possibile sviluppo di un sistema che permetta l'analisi dei consumi elettrici di una abitazione (ma e' estendibile senza difficolta' anche ad una azienda medio-grande).

Il primo scalino da superare e' immaginarsi un sistema che non sia invasivo sul circuito elettrico pre-esistente, per evitare lunghi e costosi interventi tecnici, ma sperimentare un qualcosa di semplice ed il più possibile di immediato montaggio.

Per questo ci vengono in aiuto i nuovi sensori di corrente toroidali costruiti per  abbracciare letteralmente il conduttore di alimentazione da intercettare (possibilmente) all'altezza dei contatori.
Questi sensori funzionano come le pinze amperometriche molto note ad elettricisti ed impiantisti in generale, uno strumento che misura la corrente assorbita da un impianto, utilizzati, appunto, senza inserimento dello strumento nel circuito elettrico.
Come si puo' capire osservando la figura, il sensore si apre in modo da poter abbracciare il cavo sul quale effettuare la misura dell'assorbimento elettrico. Sul jack montato al sensore si troveranno i segnali ricevuti dal sensore stesso. Infatti, allo stesso modo di un tradizionale trasformatore di alimentazione,  il sensore sfrutta l'effetto magneticoelettrico di un cavo percorso da corrente elettrica, che sviluppa un sensibile campo magnetico intorno ad esso. Il campo magnetico viene intercettato dalla bobina costruita in modo da circondare il cavo, come si vede dalla figura sopra. Ai capi della bobina si potra' cosi rivelare una corrente elettrica, proporzionale a quella che scorre nel cavo da esaminare, e dipendente dalle modalita' costruttive della bobina stessa.
Per poter misurare questa corrente (la cui intensita' massima dipende dai dati costruttivi della bobina ed e' quindi nota a priori) possiamo convertirla in tensione in maniera che possa essere facilmente misurata da un sistema costruito, per esempio con Arduino, che e' dotato di una serie di ingressi analogici (che quindi puo' misurare grandezze di tensione diverse nel campo tra 0 e 5 Volt).
Dovremo  a questo punto pensare al circuito elettrico del nostro sistema.
Il problema che incontriamo subito e' che Arduino non puo' misurare tensioni negative, infatti come abbiamo detto, le sue porte analogiche possono misurare tensioni variabili da 0 a 5 Volts.
Possiamo percio' creare un partitore di tensione che elevi la soglia dello 0 Volt di riferimento per Arduino discriminata dalla porta Analogica alla quale verra' collegato il sensore.
Costruiremo quindi un circuito come questo 
Al centro del partitore di tensione potremo misurare 2,5 Volts , che verranno collegati ad un capo della resistenza di carico, mentre all'altro capo misureremo la tensione attraverso Arduino che sara' presente all'altro capo della resistenza di carico.
La Resistenza di Carico e' quel componente che, nel nostro circuito, avra' il compito di far scorrere la corrente prodotta dal sensore immerso nel campo magnetico prodotto dallo scorrere della corrente nel circuito che vogliamo misurare. Utilizzando il partitore di tensione, faremo sentire ad Arduino il valore di 0 Volts della tensione alternata prodotta dal sensore, ma lui (Arduino) leggera' 2,5 Volts rispetto al suo sistema di riferimento, mentre il valore negativo di tensione prodotto dal  sensore quando l'onda sinusoidale scorrera' in campo negativo, sara' un valore prossimo allo 0 Volts del sistema di riferimento di Arduino.
Sara' facile capire quanto sopra leggendo il grafico delle tensioni nella figura, dove l'onda Blu e' quella della tensione che raggiungera' il Pin Analogico di Arduino, mentre mentre l'onda Arancione rappresenta la tensione ai capi della Resistenza di Carico se misurata senza il riferimento GND di Arduino (cioe' solo sul sensore)