Laurea in Ingegneria Elettronica per l'automazione e le Telecomunicazioni

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1 Laurea in Ingegneria Elettronica per l'automazione e le elecomunicazioni orso di Elettronica per l Automazione (6FU) aso Studio: ermocoppia Docente del corso: Prof. Andrea usano Assistente di laboratorio: Ing. Giuseppe Quero Ing. Patrizio Vaiano ANNO AADEIO 2017/2018

2 Dispositivo sensoriale: ermocoppia Parte 1: eoria sul principio di funzionamento Parte 2: aratterizzazione metrologica

3 Dispositivo sensoriale: ermocoppia Parte 1: eoria sul principio di funzionamento Parte 2: aratterizzazione metrologica

4 Definizione La termocoppia è un trasduttore in grado di convertire la temperatura applicata ad una delle sue estremità in un segnale elettrico. Le termocoppie sono ampiamente utilizzate perché economiche, facilmente sostituibili, standardizzate e possono misurare un ampio intervallo di temperature. Il loro limite più grande è l accuratezza, infatti errori sistematici minori di un grado elsius sono difficili da ottenere.

5 Sensore di temperatura Le misure delle grandezze fisiche si possono effettuare in due modi. isure dirette: sono le misure che si effettuano per confronto tra la grandezza data e un campione dell unità di misura. isure indirette: sono quelle in cui la misura di una grandezza fisica viene ricavata tramite operazioni matematiche a partire da misure diverse precedentemente effettuate. La termocoppia è un sensore in grado di effettuare misure dirette di emperatura, in particolare permette di trasdurre una emperatura in un segnale elettrico. Il suo funzionamento si basa sull effetto Seebeck...

6 Effetto Seebeck Le termocoppie sono sensori attivi che generano una tensione per effetto termoelettrico. Il principio di funzionamento è basato sull effetto Seebeck: quando due spire di metalli diversi sono congiunti tra loro e le giunzioni sono tenute a temperature differenti, si instaura una circolazione di corrente

7 Effetto Seebeck Se la giunzione viene aperta si manifesta ai suoi capi una differenza di potenziale e che è approssimativamente proporzionale alla differenza di temperatura V = (S B - S A ) * ( - F ) S A e S B sono i coefficienti di Seebeck (o potere termoelettrico) relativi ai due metalli A e B, e F sono le temperature delle due giunzioni.

8 Effetto Seebeck isurando la tensione ai capi di F sarà possibile identificare eventuali cambi di temperatura imposti al terminale V = (S B - S A ) * ( - F ) S A e S B sono i coefficienti di Seebeck (o potere termoelettrico) relativi ai due metalli A e B, e F sono le temperature delle due giunzioni.

9 ipologie

10 Il nostro sensore

11 Dispositivo sensoriale: ermocoppia Parte 1: eoria sul principio di funzionamento Parte 2: aratterizzazione metrologica

12 emperatura - ensione emperatura rasduttore ensione

13 Setup sperimentale Il setup sperimentale è costituito dai seguenti dispositivi: ermocoppia () ontrollore di temperatura() ultimetro () La suddetta strumentazione è collegata in modo opportuno come vedremo anche in laboratorio.

14 aratterizzazione aratterizzazione ensione (V) emperatura ( ) Sensibilità Operazione preliminare: collegare tra di loro i dispositivi in modo opportuno ed accendere la strumentazione (controllore di temperatura e multimetro) 1. leggere il valore in tensione sul multimentro quando sul controllore viene raggiunta la temperatura 1 2. leggere il valore in tensione sul multimentro quando sul controllore viene raggiunta la temperatura 2>1 3. leggere il valore in tensione sul multimentro quando sul controllore viene raggiunta la temperatura 3>2 4. leggere il valore in tensione sul multimentro quando sul controllore viene raggiunta la temperatura n>n-1 = 1 V= Vout 1 = 2 V= Vout 2 = 3 V= Vout 3 = n V= Vout n (=1) (=2) (=n) (=3) alcolare le variazioni di tensione ΔV1= Vout 2 Vout 1 ΔV3= Vout 3 Vout 1 ΔV2= Vout 3 Vout 1 ΔVn= Vout n Vout 1

15 aratterizzazione Riportare su un grafico: le variazioni di tensione calcolate precedentemente rispetto ai valori di temperatura; l interpolazione dei dati; calcolare il coefficiente angolare della retta di interpolazione ΔV (V) tan(β) = coefficiente angolare => Sensibilità del sensore ΔVn ΔV2 ΔV1 β n ( )

16 Ripetibilità Per ogni temperatura (1, 2... n) applicata alla prima terminazione della termocoppia, calcolare la variazione di tensione per un numero di prove pari a m alcolare media (μ) e deviazione standard relativa percentuale (RSD) per ogni forza peso applicata dove RSD = 100 x dev.std. / media 1 ( ) 2 ( ) n ( ) ΔVn ΔV 1 ΔV 2 [μ(1),rsd(1)] [μ(2),rsd(2)] [μ(n),rsd(n)] alcolare la deviazione standard relativa percentuale (RSD) totale come: (1/n) x i=1:n (RSD i )

17 Isteresi Si parla di isteresi quando la caratteristica del trasduttore è differente nei casi in cui il segnale sia in crescita e quello in cui il segnale sia in diminuzione. Aumento della temperatura (Salita) = 1 V= Vout 1 = 2 V= Vout 2 = 3 V= Vout 3 (=1) (=2) (=3) = n V= Vout n (= n ) = n V= Vout n = 3 V= Vout 3 = 2 V= Vout 2 (=n (=3) (=2) = 1 V= Vout 1 (=1) Diminuzione della temperatura (Discesa)

18 Isteresi Si parla di isteresi quando la caratteristica del trasduttore è differente nei casi in cui il segnale sia in crescita e quello in cui il segnale sia in diminuzione. ΔV (V) ΔVn (s, d) Salita ΔV2 (s, d) ΔV 1 (s, d) β n Discesa ( ) Errore di isteresi in % Vn( s) Vn( d) edia( Vn( s), Vn( d)) 100

19 Grazie per l attenzione