I TRASDUTTORI. Trasduttori Primari. Trasduttori Secondari

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1 I TRASDUTTORI Un trasduttre ( sensre) è un dispsitiv in grad di rilevare una grandezza fisica di tip qualsiasi (termic, lumins, magnetic, meccanic, chimic, eccetera) e di trasfrmarla in una grandezza di altr tip, generalmente elettrica (tensine crrente). Il mtiv della trasfrmazine è che in quest md il segnale di uscita (generalmente una tensine una crrente) è facilmente maniplabile mediante dei circuiti elettrnici in md da amplificarl, linealizzarl e filtrarl da eventuali disturbi (cndizinament del segnale). Un segnale analgic ptrà inltre essere facilmente cnvertit in digitale (mediante un cnvertitre AD) ed acquisit da un sistema di elabrazini dati e/ trasprtat a distanza da un sistema di cmunicazine dati. Segnali Standard di un trasduttre segnale in crrente da 0 a 20 ma; segnale in crrente da 4 a 20 ma; segnale in tensine da 0 a 5 V; segnale in tensine da 0 a 10 V; I trasduttri si distingun in 2 tipi: attivi (prducn direttamente tensine crrente) e passivi (hann bisgn dall alimentazine per funzinare). I trasduttri vengn classificati in primari fndamentali (trasduttri di temperatura, di luminsità, di psizine, di camp magnetic,ecc ) e secndari (trasduttri di frza, di accelerazine, di pressine, ecc ) che dipendn dai primari e che quindi vengn definiti delle variazini dei primari. Nei trasduttri primari la grandezza di ingress viene trasfrmata direttamente nella grandezza di uscita.nei secndari, viceversa, la grandezza di uscita si ttiene dalla grandezza di ingress in md indirett. Ovver la grandezza di ingress viene cnvertita in una grandezza intermedia e quest'ultima viene cnvertita nella grandezza di uscita. Trasduttri Primari trasduttri di temperatura estensimetri sensri di camp magnetic trasduttri ftelettrici ptenzimetri sensri elettrchimici Trasduttri Secndari - i sensri di frza, accelerazine e pressine (basati sugli estensimetri). - la maggir parte dei sensri di psizine (basati sui sensri ftelettrici e sui sensri di camp magnetic). - i sensri di velcità, basati sui sensri di psizine.

2 Si pssn elencare una serie di caratteristiche che pssn interessare un trasduttre: Range di Ingress; Sensibilità; Errre di nn linearità; Temp di rispsta; Offset di uscita; Ripetitività; Risluzine; Camp di ingress prtata (è l intervall entr cui può variare l ingress). Isteresi Range ( Camp di funzinament) È l intervall di valri in cui il trasduttre lavra secnd i parametri stabiliti. Appena esce dal range il trasduttre nn funzina più, e ritrna a lavrare appena rientra nell intervall. Il range di ingress ( camp di ingress) definisce i limiti entr cui può variare l'ingress; mentre il range di uscita ( camp di uscita) definisce i limiti entr cui può variare l'uscita. Sensibilità La sensibilità S del trasduttre è il rapprt fra la variazine della grandezza d'uscita e quella dell'ingress che l ha determinata. L strument risulterà essere mlt sensibile quand a parità di grandezza di ingress la grandezza di uscita è mlt elevata. S= O / I Errre di nn linearità Di slit, l'errre che il cstruttre frnisce è l'errre di nn linearità ed è espress cme spstament massim della retta ideale. Errre linearità %= (e max /X FS ) 100 X FS = Valre max d'uscita di Fnd Scala Temp di rispsta Rappresenta il temp che intercrre dal mment che l ingress assume un cert valre a quell in cui quest è presente in uscita. I migliri trasduttri hann un temp di rispsta mlt bass.

3 Offset di uscita L ffset indica la bntà del trasduttre che risulterà essere miglire quant minre sarà il valre assunt da tale parametr. Ess viene verificat azzerand gli ingressi e visualizzand il valre presente i uscita. Ripetitività Un atr parametr imprtante, anche se la sua definizine precisa varia da cstruttre a cstruttre, è la ripetitibilità, vale a dire la cstanza nel temp delle caratteristiche del trasduttre (la sua resistenza all'invecchiament). Isteresi Alcuni trasduttri presentan una caratteristica diversa a secnda se l'ingress passi dal valre minim al massim viceversa. Risluzine La risluzine R esprime la variazine minima di uscita rispett al fndscala: R = 1 / I min Un bun trasduttre presenta una BASSA risluzine (ciè può apprezzare segnali di piccl valre riferiti alla prtata del dispsitiv). Un bun trasduttre dvrebbe avere: caratteristica di trasferiment lineare range ampi alta sensibilità bassa risluzine piccla cstante di temp assenza di isteresi

4 SENSORI DI TEMPERATURA Termresistenze Mlti sensri di temperatura, cme le termresistenze, sn basati sul fatt che la cnduttività di un materiale(cnduttre semicnduttre) dipende più men frtemente dalla temperatura. R(T)= R 0 (1+ α T) dve R 0 è la resistenza a zer C e T è la temperatura in gradi centigradi. Infine α è un cefficiente psitiv (misurat in C -1 ). I termresistri hann ampi range di utilizz (da -200 C a +800 C), hann una buna linearità, sn precisi e stabili. I metalli che si utilizzan sn rame nichel e platin. Il difett principale è che α è piccl per cui sn necessari circuiti amplificatri cn frte amplificazine. Inltre per trasfrmare la variazine di resistenza in una variazine di tensine ccrre farli attraversare da crrente e ciò cmprta una variazine di resistenza per effett jule che intrduce un errre nella misura. Un esempi di termresistenza è la PT100 al platin che presenta 100 Ώ a 0 C e 375 Ώ a 800 C Termistri NTC Se invece di utilizzare dei metalli si utilizzan semicnduttri puri il sensre che si ttiene ha cefficiente di temperatura NEGATIVO e mlt elevat. Si ttiene ciè una maggire sensibilità rispett ai termresistri. I termistri NTC sn realizzati cn miscele di semicnduttri cmpsti (ssidi di Nichel e Manganese) e nn cn silici germani. La resistenza di questi ultimi materiali è infatti trpp sensibile alla presenza di impurità nel cristall. La caratteristica di un termistre NTC è del tip: Dve: B(1/T- 1/T) R = R 0 e T è la temperatura ASSOLUTA, T0 è una temperatura assluta di riferiment (298 K) B è una cstante. La caratteristica dei resistri è pesantemente nn lineare: si prestan perciò a lavrare bene sl dve la linearità nn è imprtante (cntrlli di temperatura) dve i range di lavr sn ristretti (termmetria clinica).

5 Pssn anche venire utilizzati in alcuni trasduttri secndari cme dei misuratri di fluss per fluidi. Termistri PTC Materiali semicnduttri frtemente drgati pssn presentare cmprtament simile a quell dei metalli: avere ciè un cefficiente di temperatura POSITIVO, cl vantaggi rispett a quell dei metalli di essere più mlt grande. La maggire sensibilità va a scapit tuttavia della minre linearità. All aumentare della temperatura aumenta la resistenza. Differenze fra PTC e NTC Il PTC è più sensibile ma men lineare e inltre ha un range che varia fra -50 e 150 C. Sensri Di Temperatura Integrati AD590 Esistn sul mercat dei dispsitivi integrati che cmprendn ltre al sensre a semicnduttre, degli appsiti circuiti per amplificare il segnale frnit dal sensre e per linearizzarl. Il più nt è l'ad 590 della Analg Devices, il quale si cmprta cme un generatre di crrente. Tale dispsitiv va alimentat cn una tensine fra 4 e 30 vlt e prduce ai sui pli una crrente che dipende linearmente dalla temperatura: I=KT cn T in gradi Kelvin e K=1 µa / K Il funzinament in crrente presenta il vantaggi di rendere il segnale di uscita indipendente da eventuali variazini della tensine di alimentazine (pila parzialmente scarica ppure alimentazine disturbata). Il cntenitre metallic di tip TO52 cnsente una elevata velcità di rispsta (cstante di temp termica bassa: la cstante di temp termica è la cstante di temp dell'espnenziale che esprime l'andament dell'uscita nel temp quand la temperatura subisce una variazine a gradin). Un circuit ad perazinale che utilizza un AD590 è quell di figura:

6 A zer gradi centigradi (273 K) il cmpnente frnisce 273 µa. Se R 1 è percrsa da questa crrente allra I R2 è nulla ed il circuit frnisce V 0 =0. Ad una temperatura qualsiasi I R2 =I s -I R1 V 0 =R 2 (I s -V R /R 1 ) Allra V / T= R 2 Is/ T=R 2 K Vlend avere, ad esempi 10 V a 100 C ccrre che sia: V / T=10/100=0.1 vlt/ C. Segue R 2 =0. 1/ 10-6 =100 K Ώ La tensine V R deve essere rigrsamente stabilizzata.