I sensori di spostamento

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1 I snsori di sposamno Mol grandzz (prssion, mpraura, forza, acclrazion, c.) vngono rasforma in uno sposamno, prima di ssr convri in un sgnal lrico. 1

2 I ponziomri i p p i o i p I ponziomri sono snsori di sposamno basai sullo sliamno di un cursor, vincolao al sisma di cui si vuol simar la posizion, su un lmno rsisivo.

3 I ponziomri Cararisich cosruiv ll moo dlla par mobil può ssr raslaorio, roaorio o licoidal. 3

4 I ponziomri Alcuni smpi: 4

5 I ponziomri Cararisich cosruiv: 5

6 I ponziomri p i o o i Nl caso in cui si adoano nsioni di alimnazion alrna è ncssario considrar il modllo complo dll impdnza. bisogna comunqu assicurar ch il bipolo abbia smpr un comporamno prvalnmn rsisivo: >> ωl ' 1 << ωc ' 6

7 I ponziomri La snsibilià: p i o o i D S 0 D i La snsibilià aumna all aumnar di 7

8 I ponziomri La massima ponza dissipabil: Il massimo valor di ponza dissipabil è un dao di arga dl disposiivo ch limia, ad smpio, il valor dlla nsion di cciazion. P poichè dv ssr P si P ha : ma p ; P ma p ma P ma p In caso conrario si porbbro manifsar dviazioni dal comporamno nominal a causa dll aumno dlla mpraura dl conduor! 8

9 Esmpio Pr un ponziomro, la massima snsibilià può ssr ricavaa dai dai fornii dal cosruor (ponza massima, massimo valor dl misurando, rsisnza dl ponziomro). S I ponziomri La massima snsibilià si oin imponndo il massimo valor possibil all cciazion. Quso valor dipnd dalla massima ponza dissipabil, scondo la rlazion: P da cui p P p quindi S P p 9

10 Esmpio I ponziomri nl caso in sam: P0. W 1kΩ 0.5in1cm S S P p 14 V/cm 10

11 I ponziomri Si ossrvi ch, fissaa la massima ponza dissipabil P ma, pr valori piccoli di p si ongono valori piccoli dlla nsion di cciazion quindi bass snsibilià. ma P ma p S P p La p dv ssr non roppo piccola. 11

12 I ponziomri ancora qualch noa sull cararisich cosruiv Ponziomri a singolo filo (singl slid-wir): prsnano una variazion di rsisnza coninua; prsnano valori bassi di rsisnza quindi bassa snsibilià. Non è possibil diminuir la szion dl filo, pr aumnar la rsisnza, a causa di vincoli di robuszza mccanica. Si ricorr allora ai ponziomri a filo avvolo o ai ponziomri in crm d in plasica conduiva. 1

13 I ponziomri isoluzion I ponziomri a filo avvolo hanno una risoluzion finia, lgaa alla possibilià di avvolgr un numro finio di spir pr unià di lunghzza. Esmpio: un ponziomro ch ha 500 avvolgimni d una lunghzza di 1 cm avrà una risoluzion pari a: Δl ( cm) 10 cm I ponziomri in crm o in plasica conduiva hanno una risoluzion infinisima, ma prsnano un uscia molo rumorosa, a causa dlla rugosià dlla suprfici 13

14 I ponziomri Esisono disposiivi con cararisich mrologich moo vari. Occorrrà di vola in vola scglir il disposiivo ch mglio soddisfa i vincoli imposi dall applicazion l spcifich richis. 14

15 I ponziomri Comporamno ral In siuazioni rali bisogna considrar l ffo dgli alri lmni dlla cana di misura, com ad smpio dlla rsisnza dllo srumno di misura. p o m m i m i p 1+ 1 i m ( ) i m / Pr p / m 0 (circuio apro) si oin il comporamno idal i / Pr onr una buona linarià è richiso un basso valor di p 15

16 I ponziomri E ncssario onr un buon compromsso ra snsibilià (con il vincolo dlla dissipazion) linarià. i m p 1+ 1 i ( i ) m Aumnar la linarià implica p piccola rispo a m ma P ma p piccola D S 0 D i Snsibilià bassa Quindi l spcifich sulla snsibilià sulla linarià sono in conraso. 16

17 Esrcizio I ponziomri Si considri un ponziomro collgao ad uno srumno di misura con rsisnza d ingrsso in 10 kω. Drminar il valor dlla rsisnza dl ponziomro nll inrvallo [100 Ω, 100 kω ] pr cui si oin un rror di linarià, dovua alla diffrnza di carico dl disposiivo di misura, dll ordin dll 1% dl valor di fondoscala. Si drmini inolr il valor dl ponziomro ch massimizza anch la snsibilià (u l rsisnz hanno lo ssso valor massimo di ponza dissipabil). p m o i icordando ch l spcifich sulla snsibilià sulla linarià sono in conraso, scglirmo ra i ponziomri qullo ch prm di mdiar l du spcifich. 17

18 I ponziomri Esrcizio Valuiamo la linarià dl sisma. Ossrvando il grafico, vdiamo ch pr rispar la spcifica dlla linarià bisogna porr minor di 0.01 la disanza massima ra la curva nominal ral. Dalla cararisica ingrsso uscia sappiamo ch in condizioni idali V o V i i Mnr in condizioni rali V V o in 1 i + 1 p m 1 i poniamo p m a i y condizion nominal V V o in y condizion ral V V o in y 1+ ay ay V V in o o y in n V V y 1+ ay ay ma 0.01 p ma Si scgli p p MAX Al fin di massimizzar la snsiivià scglirmo, ra i ponziomri ch prmono di avr la linarià richisa, qullo con rsisnza maggior. 18

19 I ponziomri Ponziomri rsisivi: linarizzazion Pr aumnar la linarià snza ridurr ccssivamn p è possibil inrodurr lin p lin ml / lin m ml 1 lin // p 1 i m // p ml i m + 1 i / Una scla opporuna pr il rsisor di linarizzazion è spsso: lin m 19

20 I ponziomri Ponziomri rsisivi: linarizzazion Considriamo l rror di linarià, cioè lo scaro ra la cararisica non linar (ral) la cararisica linar (idal). In assnza di rsisnza di linarizzazion δ m 0 δ m i i p 1 i i m p p m i i i p i p 1 1 lin m i p i i i p lin m ml / δ ml si annulla pr i / 0,1 si annulla solo pr i / 0,1 Con la rsisnza di linarizzazion 0 δ ml i δ ml m p 1+ 1 i m ( ) i ml lin m pr i m + m lin i / 0

21 Gli snsimri Gli snsimri o srain gag si basano sul fnomno dlla variazion dlla rsisnza di un filo conduor con la dformazion dllo ssso. Gli snsimri vngono uilizzai in du campi: sudio dllo sao di carico di pari mccanich; cosruzion di rasduori di forza, coppia, prssion, c. 1

22 Marial di supporo Gli snsimri La fabbricazion convnzional di snsimri consis di un foglio mallico fooinciso su un supporo plasico. Il supporo ha dll funzioni imporani: consn la manipolazion duran l insallazion fornisc una suprfici incollabil pr far adrir l snsimro al marial fornisc isolamno lrico ra il foglio mallico l oggo in prova

23 Gli snsimri a foglio mallico vngono cosruii diramn nlla forma dsidraa vngono incollai al disposiivo da analizzar con opporuni collani; sono molo linari ma prsnano un gag facor di valor molo basso (da a 4) a smiconduor possono ssr sia incollai sia diffusi. In nrambi i casi possono ssr di ipo N o P. Nl primo caso la rsisnza aumna con lo srss nl scondo caso diminuisc. Prsnano il novol vanaggio di avr un gag facor molo lvao (fino a 00). Dovuo principalmn all ffo pizorsisivo vngono di rasduori pizorsisivi. Purroppo prsnano lvaa snsibilià alla mpraura non linarià. 3

24 Gli snsimri Lgh uilizza cosanana auo-compnsaa in mpraura: buona snsibilià alla dformazion. lvaa rsisivià (anch con grigli piccol si possono avr rsisnz lva) un cofficin di mpraura non ccssivo. buona via a faica una buona capacià di allungamno. Difi: Pr mpraur supriori a 65 C si ha una variazion prmann dlla rsisnza ad ogni ciclo (driva dllo zro) Prgi: può ssr raaa pr l'auocompnsazion rmica cosanana raaa: uilizzaa pr misurar dformazioni supriori al 5%; duil in grigli di 3mm può ssr allunga dl 0% o più. Difi: ha una variazion dlla rsisnza ad ogni ciclo (zro non sabil); ndnza alla roura s sooposa a dformazioni ripu. Mal si adaa all'impigo di dformazioni ciclich. 4

25 Gli snsimri Lgh uilizza Lga isolasica: si usa pr misur puramn dinamich prché ha una via a faica suprior rispo alla lga in cosanana un miglior rapporo di araura ch migliora il rapporo sgnal rumor. Difi: Non ha l'auocompnsazion rmica; ha una driva dllo zro; la sua risposa alla dformazion non è linar Lga Karma ha una buona via a faica un'cclln sabilià. E' usaa in misur saich con un rang di mpraur da -60 C a 60 C circa. S incapsulaa in marial inr può ssr fino a 400 C. Offr l'auocompnsazion rmica. 5

26 Gli snsimri Slzion dll'snsimro L insallazion il funzionamno dll snsimro sono influnzai dai sguni paramri: lga mallica snsibil alla dformazion supporo lunghzza griglia configurazion griglia numro di auo-compnsazion rmica rsisnza dlla griglia Nlla scla dll'snsimro occorr nr cono di vari spcifich ch dvono ssr soddisfa: prcision sabilià mpraura allungamno duraa dlla prova rsisnza ciclica facilià d insallazion ambin 6

27 Gli snsimri Quando richiso si ricorr a opporun ros di snsimri. 7

28 Gli snsimri 8

29 Gli snsimri Snsibilià rasvrsal dgli snsimri Un snsimro idal dovrbb rilvar sforzi solo lungo la dirzion principal d ssr insnsibil all sollciazioni in u l alri dirzioni. Con snsibilià rasvrsal dgli snsimri si innd la capacià dgli snsimri di rilvar sforzi in dirzion prpndicolar a qulla dll'ass principal. I rai spssi posi alla fin di ogni giro in dirzion prpndicolar riducono al ffo di solio rndono la snsibilià rasvrsal rascurabil. 9

30 Gli snsimri Sarà la paricolar applicazion, di vola in vola, a suggrir il ipo di snsimro più adao. I paramri più significaivi sono riporai nlla ablla ch sgu: 30

31 Gli snsimri Un ipico smpio di dai fornii pr snsimri mallici 31

32 Gli snsimri Gli snsimri o srain gag si basano sul fnomno dlla variazion dlla rsisnza di un filo conduor con la dformazion dllo ssso: Quando vin applicaa una forza F in dirzion assial si gnra uno srss, σ, lgao alla dformazion, ε, mdian il modulo di Young, Y : Y F σ Yε A modulo di Young (cosan pr un dao marial) Y dl σ srss ε dformazion pr unià di lunghzza ε è adiamnsional. Tuavia, poiché l dformazioni rlaiv sono molo piccol si parla spsso di microsrain (1 microsrain1με10-6 m/m). l

33 Gli snsimri Gli snsimri o srain gag si basano sul fnomno dlla variazion dlla rsisnza di un filo conduor con la dformazion dllo ssso: Δ dl G Gε L Gε 0 ( 1+ 0 ) 0 0 Gε ( 1+ Gε ) Nl caso di un smiconduor: d 0 d ε + 4ε 110ε + 10ε Tipo p Tipo n con 0 rsisnza a 5 C in assnza di forz srn 33

34 34 Sima dl faor di Gag A da d l dl d da A l d A l dl A d A l + + Ω ρ ρ ρ ρ ρ ρ ] [ l dl D dd A da DdD da D A ν π π ; 1 4 ) c( l dl d ) ( l dl l dl D dd V dv dl D DldD dv l D V V dv c d ν ρ ρ ν + π + π π ρ ρ ccosan Bridgman Gli snsimri l D νcoff Poisson

35 Gli snsimri Esrcizio Si considri uno srain gag di ipo mallico (con gag facor G.0) di valor 10 Ω ch dv misurar lo sao dformaivo di una lasra di acciaio (modulo di Young Y10 GPa). Quano val la variazion di rsisnza s il carico massimo val Pa. Si ha: Δ 6 Δl σ ε l Y Δ Δl G l Δl 5 G ( ) l 3 Ω 35

36 Gli snsimri Noa: L rlazioni ch abbiamo inrodoo valgono nlla rgion lasica di disposiivi. Pr dformazioni supriori l dformazioni divnano irrvrsibili il marial acquisisc cararisich plasich. 36

37 Gli snsimri Effi dlla mpraura Pr ffo dlla mpraura si hanno variazioni dlla dimnsion, dlla rsisivià dl faor di Gag. Compnsazion: Misura dlla mpraura con un modo indipndn corrzion dl gag facor Compnsazion dl diagramma di araura Ω Τ 1 Τ Τ 3 με 37

38 Gli snsimri Compnsazion con dummy snsors Enrambi i snsori variano alla sssa manira con la mpraura ma danno un conribuo opposo alla nsion di uscia 38