Trasduttori. Molti trasduttori sono sia sensori sia attuatori.

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Cristina Fiorini
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1 Trasduttori Sono dispositivi, generalmente elettrici o elettronici, che convertono un tipo di energia relativa a grandezze meccaniche e fisiche in segnali elettrici. Un trasduttore è talvolta definito come un qualsiasi dispositivo che converte dell'energia da una forma ad un'altra, in modo che questa possa essere rielaborata o dall'uomo o da altre macchine. 1

2 Trasduttori Molti trasduttori sono sia sensori sia attuatori. Sensori: misurano una quantità fisica (temperatura, livello luminoso, velocità, forza, intensità sonore) e la trasformano in un segnale elettrico. Attuatori: convertono un segnale elettrico in una grandezza fisica diversa (es. movimento) 2

3 Trasduttori: Temperatura 3

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12 Trasduttore reale 12

13 Influenza della risposta dinamica Sistema controllato 13

14 Influenza della risposta dinamica 14

15 Trasduttori: Temperatura I trasduttori di temperatura sono di molti tipi perchè devono essere usati in molti ambiti diversi. Termocoppie: Principio: la giunzione di due metalli diversi genera una differenza di potenziale dell'ordine dei mv se i metalli sono sottoposti a differenze di temperatura. Coefficienti tipici: 50 V / C. Intervallo di funzionamento: -270 C / C. Accuratezza: C. 15

16 Trasduttori: Temperatura Termocoppie: Tipo J: Ferro/Costantana (lega 55% Rame e 45% Nichel) da 40 C a 750 C. Sens: 51.5 V / C. Tipo K: Chromel (90% Nichel e 10% cromo) / Alumel (96% Nichel, 2% Manganese e 2% Alluminio) da 200 C a 1260 C. Sens: 40.3 V / C. Tipo S: Platino / Platino-Rhodio (90% Platino e 10% Rhodio) da 300 C a 1600 C. Sens: 5.9 V / C. Tipo T: Rame/Costantana ( 55% Rame e 45% Nichel) da -200 C a 400 C. Sens: 40.3 V / C. 16

17 Trasduttori: Temperatura Curve di risposta di termocoppie diverse. Occorre una calibrazione!! Fondamentale per correlare una grandezza con un'altra. 17

Trasduttori: Temperatura Termoresistenze: Principio: sono sensori costituiti da un filamento di un unico metallo (tipicamente il Platino o il Nichel), la cui resistenza elettrica (ohm) è, a parita di

18 Trasduttori: Temperatura Termoresistenze: Principio: sono sensori costituiti da un filamento di un unico metallo (tipicamente il Platino o il Nichel), la cui resistenza elettrica (ohm) è, a parita di altre circostanze, unicamente funzione della temperatura a cui si trova il filamento stesso: R = Ro (1 + αt) Ro è la resistenza a 0 C, il coefficiente di temperatura (1/ C) T è la temperatura in C. Precisione: 0.02 C 0.2 C PT a 0 C 18

Trasduttori: Temperatura Termistori: Principio: sono termoresistenze che si suddividono in NTC (negative temperature coefficient) ed in PTC (positive temperature coefficient).

19 Trasduttori: Temperatura Termistori: Principio: sono termoresistenze che si suddividono in NTC (negative temperature coefficient) ed in PTC (positive temperature coefficient). I primi diminuiscono la loro resistenza all'aumentare della temperatura, mentre i secondi l'aumentano. Rispetto alle termoresistenze i termistori hanno una sensibilita maggiore; tuttavia essi sono meno lineari delle prime ed hanno un limitato intervallo di temperatura d'impiego (fino a circa 150 C). 19

20 Trasduttori: Temperatura Termistori: curve di calibrazione... Dipendenza non-lineare della resistenza in funzione della temperatura Equazione di Steinhart-Hart. NTC Precisione: 0.1 C 0.2 C Si vede che la differenza si ha soprattutto a basse temperature. 20

21 Trasduttori: Temperatura Termometri a radiazione: rileva la temperatura di un corpo misurando la radiazione elettromagnetica che esso emette. Solo la piccola banda degli infrarossi in cui si ha una relazione ben definita energia-temperatura si può usare per scopi di misura (applicazioni industriali). I vantaggi maggiori di questi dispositivi sono la capacita di rilevare la temperatura di un sistema senza la necessita di un contatto fisico tra il sistema ed il trasduttore (fino a 3000 C). 21

22 Trasduttori: Temperatura Termometri a circuito integrato: Sono trasduttori che sfruttano la proprieta delle giunzioni a semiconduttore polarizzate direttamente di variare la tensione ai loro capi al variare della temperatura. Sensibilità 1μA/ K LM35 T max < 150 C 22

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24 Trasduttori: Pressione Pressione Deformazione Variazione di Resistenza Variazione di Tensione Sulla superficie di un chip viene applicato un diaframma di silicio contenente 4 resistenze collegate a ponte (Wheatstone). La misura della grandezza fisica viene data dallo squilibrio di tensione che si crea quando sul dispositivi viene applicata la pressione. Dopo questo circuito viene inserto un amplificatore che fornisce in uscita una tensione od una corrente variabile. 24

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27 Trasduttori: Velocità 27

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37 L. Servoli 37

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44 Trasduttori: Accelerometri 44

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