Modello generale di trasduttore Come leggere la scheda tecnica di un trasduttore

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1 Modello generale di trasduttore Come leggere la scheda tecnica di un trasduttore

2 Modello generale di trasduttore Informazioni sulle caratteristiche fisiche Sistema di misura Catena di misura Dati numerici MISURANDO TRASDUTTORE SENSORE SONDA Condizionamento e Amplificazione Sistema di acquisizione - ADC - Filtri PRESENTAZIONE DEI DATI Strumento di misura Segnale elettrico

3 sonda : parte esterna del sensore o del trasduttore, di solito portatile sensore : elemento del trasduttore direttamente affetta dal misurando trasduttore : dispositivo che fornisce in uscita una quantità che dipende dall intensità del misurando strumento di misura : dispositivo che viene utilizzato per eseguire delle misurazioni, da solo o collegato ad altri dispositivi sistema di misura : insieme degli strumenti di misura e di tutti gli altri dispositivi necessari allo svolgimento e realizzazione della misurazione catena di misura : serie degli elementi che compongono il sistema di misura e che costituiscono il percorso dall ingresso all uscita del segnale Terminologia

4 Modello Generale di Trasduttore Sonda: opzionale, esterna, parte del sensore o del trasduttore direttamente a contatto col misurando o immerso in esso, di solito portatile or staccabile. Esempio: le sonde per misurare il contenuto di umidità sono costituite da una coppia di elettrodi che vengono inseriti nel materiale di cui si vuole misurare l umidità. NB: in alcuni campi i termini sonda e sensore sono utilizzati come sinonimi, poiché in alcuni sensori comuni, come le termocoppie, la sonda è il sensore. sonde

5 Modello Generale di Trasduttore Sensore: parte principale del trasduttore, direttamente affetta dal misurando e dal principio di misura Esempi: Esempi: Il flussimetro del rotore di una turbina; la bobina sensibile di una PT100. Nei piezoaccelerometri il sensore è un blocco di quarzo eccitato grazie per mezzo della compressione esercitata da una piccola massa interna al trasduttore, che in questo caso è composto dal sensore e dal circuito necessario al trasferimento in uscita delle cariche.

6 Modello Generale di Trasduttore Trasduttore: dispositivo che fornisce in uscita una grandezza che dipende dall intensità del misurando. Di solito la relazione fra misurando e uscita è lineare, ma non sono esclusi altri tipi di relazione. Esempio: nei potenziometri il trasduttore è l insieme del cursore (sensore) che scorre su una resistenza fissa e del circuito di alimentazione e misura.

7 Modello Generale di Trasduttore SISTEMA DI MISURA STRUMENTO DI MISURA CONDIZIONAMENTO TRASDUTTORE SENSORE ACQUISIZIONE DEI DATI SONDA* *non esterna

8 Modello Generale di Trasduttore q in INGRESSO TRASDUTTORE q out USCITA misurando visualizzazione dati Il modello generale di trasduttore non considera le leggi fisiche che regolano il funzionamento del trasduttore, bensì tiene conto solo della relazione che intercorre fra ingresso (MISURANDO) ed uscita (VISUALIZZAZIONE DATI) del trasduttore.

9 Modello Generale di Trasduttore Spiega adeguatamente qualsiasi trasduttore, indipendentemente dal principio fisico utilizzato per la misura Consente di spiegare un trasduttore complesso attraverso la composizione di più trasduttori elementari La relazione che lo rappresenta coinvolge solo ingresso ed uscita ed è affetta da incertezza Misura = f(lettura) y n 1 i= 0 ( x) = α ϕ ( x) i i Tale relazione può essere trovata nel diagramma di taratura ed è nota come curva di taratura

10 Taratura statica: diagramma di taratura Lettura [um] Curva di taratura Intervallo fiduciario Intervallo di Misura TRANSDUCER Full Scale Output Portata Misura [um] Intervallo di lettura

11 Taratura statica: diagramma di taratura Curva di taratura Lettura [um] TRANSDUCER Misura [um] Intervallo fiduciario

12 Taratura statica: diagramma di taratura Lettura [um] TRANSDUCER /k s Misura [um] k s : sensibilità statica in un determinato punto della curva [output/input] Offset: valore dell uscita quando l ingresso è nullo [output]

13 Modello Generale di Trasduttore Sensibilità statica: derivata prima dell uscita del traduttore rispetto all ingresso, quando sia ingresso che uscita non variano nel tempo. Offset: Valore costante della lettura quando l ingresso è nullo. Se non viene corretto può indurre in errori sistematici o deviazioni (bias). Risoluzione: la più piccola variazione dell ingresso che conduce ad una variazione visibile dell uscita

14 Modello Generale di Trasduttore Sensibilità al fattore di influenza: derivata prima dell uscita del trasduttore rispetto al fattore interferente o di influenza, in condizioni statiche. Linearità: Deviazione della relazione fra ingresso ed uscita dal modello ideale ipotizzato, di solito è il principale contributo all incertezza. Isteresi: Differenza dei valori di lettura ottenuti in corrispondenza dello stesso misurando quando questo viene fatto variare in senso crescente o decrescente Accuratezza: Incertezza associata al trasduttore, solitamente ottenuta dalla composizione degli effetti di linearità, isteresi e ripetibilità.

15 Come leggere una scheda tecnica Identificare le principali caratteristiche metrologiche: Sensibilità statica, Offset, Fondo Scala, Risoluzione. Verificare che siano adeguate per soddisfare le condizioni della misura. Controllare quali connessioni vengano richieste: Tipo di connessione, alimentazione, amplificazione and condizionamento del segnale. Si trovano comunemente trasduttori basati su connessioni a ponte, o su principi di misurazione radiometrici e piezoelettrici Verificare le condizioni di lavoro: Solitamente, temperatura e vibrazioni rivestono un ruolo importante, così come il montaggio meccanico.

16 Come leggere una scheda tecnica Cercare indicazioni sull incertezza: le informazioni fornite di solito sono l accuratezza, gli effetti di linearità, l isteresi e la ripetibilità. Identificare i fattori interferenti e di influenza: solitamente temperatura, umidità, interferenze radio are riportate come indicazioni sulla sensibilità. Si cerca di evitare un analisi troppo dettagliata se non è richiesta. Stima dell accuratezza complessiva: si combinano tutte le fonti di incertezza sommandole al quadrato. Controllare la tracciabilità delle informazioni: ovvero una taratura riferibile ad un centro SIT, secondo una procedura nazionale or internazionale.

17 Come leggere una scheda tecnica Le schede tecniche non sono tutte uguali: molte schede tecniche fanno riferimento a norme vecchie o a particolari regolamentazioni di campo: cercare sempre di ricostruire un modello coerente con quello generale del trasduttore raccogliendo il maggior numero di informazioni disponibili. Ricordare le limitazioni del modello: Prima di tutto il principio dell EFFETTO DI CARICO: il misurando si modifica nel momento in cui viene misurato (il cambiamento, sebbene piccolo, è inevitabile poiché, al fine di consentire la misurazione, una parte di energia viene tolta o ceduta al misurando)

18 Come leggere una scheda tecnica Provare con i seguenti trasduttori: Un traduttore piezoelettrico di forza Un trasduttore lineare di spostamento Un trasduttore di pressione

19 Modello Generale di Trasduttore q in INPUT TRANSDUCER q out OUTPUT measurand data display Come è possibile identificare la relazione esistente tra ingresso ed uscita senza conoscere com è fatto il trasduttore che identifico con una scatola nera?

20 Taratura statica: modello di trasduttore misurando q in INGRESSO TRASDUTTORE q out USCITA visualizzazione dati TARATURA: procedura che si utilizza per stimare la relazione fra uscita e ingresso di un trasduttore quando tutte le grandezze di influenza ed interferenti sono mantenute sotto controllo nell intervallo di lavoro PER CONFRONTO CON UN CAMPIONE STANDARD PER CONFRONTO CON UN TRASDUTTORE DI RIFERIMENTO

21 Taratura statica: modello di trasduttore PER CONFRONTO CON UN CAMPIONE STANDARD PER CONFRONTO CON UN TRASDUTTORE DI RIFERIMENTO L incertezza del campione standard o del trasduttore di riferimento DEVE ESSERE inferiore ad un decimo dell incertezza che si desidera associare al trasduttore campione standard trasduttore di riferimento lettura TARATURA lettura DIAGRAMMA DI TARATURA risultato della misurazione

22 Sistema Internazionale di unità di misura (SI) Istituto Nazionale di Metrologia (INRIM in Italia) campioni del BIPM (definizioni del SI) standard internazionale Standard nazionale Laboratori accreditati per la taratura (laboratori SIT in Italia) standard di riferimento centro di taratura aziendale standard di riferimento aziendale sessione di taratura in fabbrica standard di fabbrica sistema di misura aziendale

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