Tecnologia e Progettazione dei Sistemi Elettrici ed Elettronici

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1 Tecnologia e Progettazione dei Sistemi Elettrici ed Elettronici La strumentazione Le misure sono effettuate con strumenti che non sono ideali, la loro inserzione causa comunque una alterazione dell oggetto della misura. Caratteristiche generali di uno strumento di misura: sensibilità: rapporto fra la variazione della grandezza di uscita e quella di ingresso precisione: errore relativo % riferito alla lettura a fondo scala (*) portata: max valore di ingresso che può essere misurato risoluzione: min. variazione della grandezza d ingresso che può essere apprezzata stabilità: proprietà di fornire lo stesso valore della grandezza di uscita dopo un certo tempo autoconsumo: corrente di fondo scala per la resistenza interna bandapassante: intervallo di frequenza entro il quale lo strumento fornisce lettura con errore trascurabile linearità: capacità di dare indicazioni uguali in corrispondenza di uguali variazioni dell ingresso, in ogni punto del campo di misura (*) ε fs% = ε v fs 100 0,05 0,01 : strumenti campione usati in laboratorio 0,2 : strumenti di laboratorio 0,3 0,5 : strumenti per misure di controllo 1 1,5 2,5 5 : strumenti portatili, industriali, da quadro Effetti della corrente La resistenza media del corpo umano è intorno ai 500, variabile a causa di parti che possono essere impregnate di sudore o bagnate, per cui si assume sui ma : effetti appena percepibili in alternata, non avvertibili in continua 8 ma: dolori e formicolii ma: forti dolori e difficoltà di respirazione ma: fibrillazione cardiaca in alternata, elettrolisi nel sangue in continua: pericolo di vita La fibrillazione porta i battiti/minuto da 72 a 3000; essa è la disordinata contrazione delle fibrille ventricolari; occorre il defibrillatore (scarica di corrente che ripristina il corretto ritmo dei battiti)

2 Altri effetti possono essere le ustioni cutanee ed elettrolisi del sangue. Il contatto con un conduttore può provocare: effetto visibile è la contrazione dei muscoli (tetanizzazione); la corrente per cui non si riesce a rilasciare il conduttore è detta corrente di rilascio (10 15 ma a 40 Hz) se i muscoli interessati sono della cassa toracica, si hanno difficoltà respiratorie anche dopo aver cessato il contatto la contrazione permane, può essere necessaria la respirazione artificiale il comitato elettrotecnico italiano (CEI) si occupa della sicurezza (es. impianti di terra CEI 64-8) Resistenze Simboli grafici: Negli schemi viene utilizzato la lettera R seguita dal numero d ordine. I terminali sono detti reofori. L elemento resistivo può essere filo o film conduttore; il contenitore plastico cilindrico o parallellepipedo. Legge di Ohm: R = ρ l S con resistività [m] o multipli materiale [cm] Rame 1,7 Alluminio 2,8 Oro 2,3 Manganina 45 Costantana 49 Piccola potenza: 1/8 1/4 1/2 1 2 W di potenza: 5 10 W Coefficiente di temperatura: R = R 0 (1 + α T) con R 0 a 25 C, coefficiente di temperatura (TC temperature coefficient) in C -1 o ppm/ C (parti per milione al grado) Ad es. una R di 100 k con TC di 25 ppm/ C vuol dire che per ogni grado varia di = 2,5-2 -

3 Tipologia a strato sottile (spiralizzazione dello strato resistivo) a strato di carbone (polvere di carbone su substrato ceramico) a strato metallico (lega metallica come nichel-cromo o ossidi metallici) a filo (filo metallico ad elevata resistività come leghe di nichel come costantana (rame-nichel) e manganina (nichel-rame-magnesio) ad impasto: miscela di polvere di carbone o grafite Potenziometro I trimmer sono manovrati solo in fase di taratura Condensatori Simboli grafici: senza e con polarizzazione La legge V I è fornita dalla i(t) = C dv(t) il che significa che il passaggio di corrente si ha solo in dt condizioni di tensione variabile; in continua non può esserci passaggio di cariche. Strutturalmente è composto da armature con interposto uno strato isolante (dielettrico) C = ε S con ε = ε d r ε 0 vuoto pari a 8, F/m Energia E = 1 2 CV2 dove la prima è la costante dielettrica relativa e la seconda è quella nel materiale ε r Aria 1 Policarbonato 3 Polistirene 2,6 Poliestere 3,5 TiO BaTiO Carta 5 Mica

4 Reattanza capacitiva Z = 1 jωc Modello elettrico : con L R s C R p induttanza distribuita dei terminali e del condensatore stesso resistenza dei terminali, armature e contatti capacità del condensatore resistenza di isolamento Condensatori ceramici e plastici: basse perdite Condensatori elettrolitici 0,1 1 alte perdite Codice a 3 cifre: unità di misura il pf es. 103 : pf = 10 nf 224 : pf = 220 nf Codice alfanumerico: es. 3N3J100 : 3,3 nf ± 5% 100 V (n posizione virgola, unità nf) 0.033K400: 33 nf ± 10% 400 V Se la lettera è omessa si intende F; inoltre se presente un altra lettera è la tolleranza: J = ±5% K = ±10% M = ±20% Lettera (unità di misura e posizione virgola) e cifra: n12 : 0,12 nf 3p3: 3,3 pf 150n: 150 nf Altro (condensatore a disco) es: 01: 0,1 F 0.01: 0,01 F 22K: 22 pf K = ceramico Simbolo grafico: Induttori La legge V-I è la seguente: una variazione della corrente. v(t) = L di(t) dt il che significa che la tensione nasce solo in presenza di 0H - 4 -

5 Energia E = 1 2 LI2 La presenza delle perdite nell avvolgimento e delle capacità parassite tra le spire conduce ad uno schema equivalente: Il modello elettrico per frequenze lontane dalle risonanza, cioè ω 1 LC, si può approssimare: schema serie: L S = L 1 ω 2 LC L R S = R 1 ω 2 LC R schema parallelo: L P L R P = R S Q 2 con Q = X L R S = ωl R S fattore di merito o bontà fasce di valori: - bassa 0,1 100 H bobine per radiofrequenza - media 0,1 100 mh bobine per filtri alimentatori, cross-over, soppressione disturbi - alta 0,1 H in su grosse impedenze e trasformatori In commercio si trovano le impedenze (bobine di blocco per radiofrequenza); normalmente si autocostruiscono Bobine in aria ad uno strato per l < 10 d si utilizza la formula di Nagaoka L(μH) = 0, Kn 2 d2 l con n numero di spire d diametro l lunghezza K coefficiente correttivo - 5 -

6 Bobine in aria a più strati Si applica la formula precedente e si moltiplica per il quadrato degli strati; ad es. se uno strato fornisce 100 H, 2 strati producono 400 H. Bobine con traferro Si inseriscono nuclei ferromagnetici Campo magnetico H [A/m] [Oe] Oersted Induzione magnetica B [T] Tesla [Wb/m 2 ] Weber al m 2 [G] Gauss Conversioni 1 Oe = 79,6 A/m 1 T = 1 Wb/m2 1 G = 10-4 T B = H con permeabilità magnetica, in aria 0 = H/m - 6 -

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