I TRASDUTTORI DI POSIZIONE

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Gabriella Pisano
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1 APPUNTI EDATTI DALL ING. POF. ANTONIO PONTILLO lez. 9 I TASDUTTOI DI POSIZIONE Analizziamo i dispositivi che consentono una misura di spostamento. Si tratta di dispositivi che consentono di definire la misura di posizione di un oggetto rispetto ad una posizione di riferimento. Se lo spostamento da misurare é rettilineo e quindi la grandezza da misurare é un segmento rettilineo il trasduttore di posizione é detto rettilineo, se invece la posizione da individuare è angolare il, trasduttore di posizione é detto angolare. Bisogna dunque trasdurre uno spostamento lineare o angolare in una tensione. Ciò può essere realizzato mediante i dispositivi potenziometrici. Il Potenziometro I dispositivi potenziometrici sono trasduttori in grado di far corrispondere alla posizione di un elemento mobile, chiamato CUSOE, un valore di resistenza. In formule se chiamiamo la posizione del generico elemento mobile risulta = f (). Se alimentiamo il dispositivo con una corrente costante per la legge di Ohm si ha che possiamo prelevare una tensione che dipende dalla posizione dell elemento mobile ( ) = ( ) I = g ( ). Consideriamo la classe dei potenziometri rettilinei. La figura seguente mostra un potenziometro rettilineo. Lo schema elettrico del potenziometro rettilineo é il seguente: vi sono due morsetti di alimentazione A e B ed il morsetto del cursore C. Tra il punto A e B é posta una resistenza mentre l uscita del sensore si preleva tra il punto C ed uno dei due morsetti A o B. Se il cursore ha raggiunto il fine corsa il punto C coincide con il punto B per cui tutta la resistenza é inserita, al contrario se il cursore é a sinistra in PAG.1 5

2 APPUNTI EDATTI DALL ING. POF. ANTONIO PONTILLO lez. 9 A la resistenza inserita é nulla. Il cursore striscia su di una struttura fatta a spirale come nel potenziometro a filo di figura. Limiti d impiego Il contatto strisciante tra spira e spira determina una discontinuità della resistenza che varia a step. Se il dispositivo é realizzato con N spire il valore minimo di cui può variare l uscita é min =, dove N è la tensione di alimentazione. Di min conseguenza la risoluzione del trasduttore vale N 100 ris % = 100 = 100 =. N Più elevato é il numero di spire e migliore è la risoluzione del dispositivo. Dopo un certo numero di cicli il trasduttore peggiore le caratteristiche in quanto il contatto strisciante usura il contatto. Dopo un certo numero di anni il dispositivo non funziona più. Tale tempo di funzionamento é chiamato ITA del dispositivo. I nuovi potenziometri Oggi questi problemi sono stati egregiamente risolti dai nuovi potenziometri chiamati Green Pot. Tali dispositivi sono realizzati in maniera un bel pò diversa dai vehi potenziometri. Su un supporto ceramico si deposita del film metallico ad esempio particelle di carbone o grafite. I dispositivo che striscia sul film metallico é un dispositivo anti abrasione. La risoluzione é dunque buona il tempo di vita del dispositivo è lungo(milioni di cicli) PAG.2 5

3 APPUNTI EDATTI DALL ING. POF. ANTONIO PONTILLO lez. 9 uscita stabile nel tempo risposta molto buona(molto veloce) Il potenziometro rotativo In figura é riportata invece la struttura di un potenziometro rotativo. Anche in questo potenziometro la resistenza si valuta tra uno dei due connettori fissi A o B ed il cursore C. Il dispositivo presenta un piolo albero collegato al cursore in modo che la posizione dell oggetto che ruota, calettato per mezzo di un piolo giunto sull albero, é individuata dall angolo che l albero forma rispetto ad una posizione iniziale. Il potenziometro può essere a singolo giro se la rotazione dell albero é compresa tra [0:360] o multigiro se maggiore. La tensione d uscita vale se il dispositivo è alimentato out ( ϑ ) = K θ. θ Inserzione in un circuito Per evitare di caricare il potenziometro ed ottenere una tensione che non é più lineare con bisogna disporre di un buffer costituito da un inseguitore di tensione che ha elevata resistenza d ingresso come in figura. PAG.3 5

4 APPUNTI EDATTI DALL ING. POF. ANTONIO PONTILLO lez. 9 Un fattore critico che bisogna monitorare é la tensione di alimentazione del dispositivo che deve essere stabile e precisa. In tal caso possiamo allora affermare che se il morsetto B é a massa e misuro una tensione tra il cursore C e massa ottengo K out ( ) = = = + POGETTO Nella figura è riportato lo schema di un circuito di condizionamento di un trasduttore di posizione costituito da un potenziometro in grado di fornire una tensione nel range [O : 5 ] quando l'asta del cursore mobile subisce uno spostamento nel range [O mm : 50 mm]. Possiamo pensare di utilizzare un convertitore di Howland usato come generatore di corrente che fornisce una corrente I =1mA al potenziometro resistivo. Le caratteristiche elettriche del sensore sono: contenitore metallico ino flangiato; valore resistivo nominale S = 2 kω; corsa dell'asta O mm : 50 mm; corrente ma 10 ma. PAG.4 5

5 APPUNTI EDATTI DALL ING. POF. ANTONIO PONTILLO lez. 9 P e r o t t e n e r e l e m i g l i o r i p r e s t a z i o n i è o p p o r t u n o c h e i l s e n s o r e s i a u t i l i z z a t o c o m e p a r t it o re d i t en si o ne e s i a al i me nt a to c o n un a i nt en s it à d i c or r en te c o st a nt e E I = pr o do tt a d al ge n er at o re di c o rr e n te d i H o wl an d. S u p p o n e n d o E = 1 2 e d i m p o n e n d o u n a i n t e n s i t à d i c o r r e n t e I c o s t a n t e u g u a l e a d 1 m A, d e l l a t e n s i o n e m a s s i m a S : s i c a l c o l a n o i v a l o r i d e l l a r e s i s t e n z a e E 12 = = = 12 K Ω (tolleranza 1%) 3 I S ( L = 50 mm ) = = 2 Per non caricare il potenziometro é consigliabile usare un 0 5 amplificatore con ingresso a FET avente guadagno G = = = 2, 5. Usiamo un amplificatore non invertente per cui: G = 1 + = 2, 5 da cui = 1, 5 posto 1 =10KΩ si ha 2 =15KΩ. (val comm. 12 KΩ + 4,7 KΩ) 1 S 1 e PAG.5 5

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