TRASDUTTORI Sono in grado di convertire una grandezza fisica in un segnale che può essere utilizzato per ottenerne la misura della grandezza fisica. La grandezza misurata è, in tal caso, quella presente in uscita al trasduttore, ad esempio nel caso del termometro dalla posizione assunta dal pelo libero del mercurio nel capillare si può risalire alla misura della grandezza fisica in ingresso che é la temperatura della stanza all interno della quale si effettua la misura. Perché ciò sia possibile è necessario che la CARATTERISTICA DI FUNZIONAMENTO del trasduttore sia conosciuta con estrema esattezza. Se la rappresentazione grafica della caratteristica ingresso uscita di un trasduttore è una retta, come quella mostrata in figura seguente, il dispositivo é lineare ed ingresso ed uscita sono legati da una relazione di proporzionalità: y out = K x in x in (t) TRASDUTTORE y(t) out In tale situazione è sufficiente conoscere il fattore di proporzionalità K del dispositivo per determinare il valore della grandezza d'ingresso, una volta misurato il valore dell'uscita: pag.1
Nel caso del termometro, ad esempio, la caratteristica di trasferimento può essere considerata lineare. Molto spesso, però, i trasduttori non sono lineari, cioè la rappresentazione grafica della loro relazione ingresso uscita non é una retta come si può dedurre dal grafico della figura seguente. In tal caso, per risalire dalla grandezza di uscita a quella d'ingresso, è necessario ricorrere ad una procedura grafica: segnato il valore dell'uscita sull'asse, ad esempio OUT 1 si determina il corrispondente punto sulla curva e quindi il valore della grandezza d ingresso IN1. out1 Offset Definizione: Per calibrazione si intende la procedura nella quale si fa corrispondere al valore misurato dal trasduttore il valore noto della grandezza d ingresso. Si costruisce un ciclo di calibrazione quando per tutti i valori di uno specificato pag.2
campo della grandezza di ingresso, al crescere e decrescere di tale grandezza d ingresso, si costruisce la curva di risposta del dispositivo. Differenza tra Sensori e trasduttori Un termine che a volte viene utilizzato come sinonimo di trasduttore è quello di sensore. Più precisamente, con il termine sensore si intende un dispositivo che racchiude al_suo interno (nel package o contenitore) il solo elemento sensibile: un dispositivo così realizzato non è in genere utilizzabile in un sistema di controllo senza l'aggiunta di ulteriori circuiti che realizzino la compensazione della caratteristica di funzionamento del sensore e il condizionamento del segnale di uscita. Le operazioni di CONDIZIONAMENTO DEL SEGNALE sono le operazioni che intervengono a modificare le caratteristiche del segnale stesso; sono operazioni di condizionamento, ad esempio: AMPLIFICAZIONE, che consente di modificare il livello del segnale; FILTRAGGIO, che consente di eliminare selettivamente alcune componenti armoniche; LINEARIZZAZIONE, che consente di rendere la caratteristica ingresso uscita lineare. DEFINIZIONE: L'insieme dell'elemento sensibile e dell apparato di condizionamento che effettua il condizionamento del segnale generato dall'elemento sensibile costituiscono il TRASDUTTORE. Negli apparati di controllo industriale si utilizzano trasduttori chiamati TRASMETTITORI. pag.3
Questi emettono segnali di uscita in corrente in un campo [4: 20] ma. NOTA BENE: Un segnale in corrente presenta notevoli vantaggi rispetto ai segnali in tensione in quanto tale segnale é più immune ai disturbi di un segnale in tensione. Se un segnale in tensione deve essere trasferito a d una certa distanza lo si può convertire in corrente mediante un convertitore tensionecorrente. Un'altra tecnica sempre più utilizzata è quella di trasmettere l informazione sotto forma digitale; questo tipo di trasmissione ha una maggiore immunità al rumore ma necessita di dispositivi di conversione A/D (Analogico/Digitale) e di apparati di trasmissione seriale quali le USART Esiste, inoltre, un particolare tipo di trasduttore, detto trasduttore intelligente o smart transducer, che ha al suo interno un DSP (Digital Signal Processor) che opera sul segnale per migliorarne le caratteristiche. Un DSP è un microcontrollore ottimizzato e specializzato ad acquisire e condizionare segnali: si tratta quindi di un componente programmabile in grado di realizzare operazioni diverse quali la compensazione digitale della temperatura, la calibrazione digitale del sensore, la programmazione di alcuni parametri di funzionamento da parte di un sistema remoto o la gestione di un collegamento di rete. Gli smart transducer sono una categoria di dispositivi che, grazie alla notevole evoluzione della tecnologia di integrazione, è in una fase di notevole sviluppo; in genere, l'elemento sensibile è a semiconduttore e ciò rende possibile l'integrazione in un singolo chip delle diverse parti di cui esso è composto. pag.4
CLASSI FICAZIONE DEI TRASDUTTORI In funzione del tipo di segnale fornito in uscita, possiamo classificare i trasduttori in: analogici, se forniscono in uscita un segnale che assume con continuità tutti valori nel campo di funzionamento; digitali, se forniscono in uscita un segnale che può assumere due soli valori, lo O e il fondo scala (FSO). In funzione del modo con il quale viene generata la potenza del segnale di uscita, i trasduttori possono essere classificati in: autogeneranti, quelli a cui non è necessario fornire dall'esterno alcuna alimentazione o eccitazione in quanto l'energia presente nel segnale di uscita è ricavata direttamente dal segnale presente in ingresso; modulanti, quelli che devono essere alimentati (eccitati) con una sorgente dello stesso tipo della grandezza di uscita: se l'uscita è di tipo pneumatico, ad esempio, è necessario che il dispositivo sia eccitato da un generatore di aria compressa, se l'uscita è una tensione, l'eccitazione deve essere fornita da un generatore di tensione. In questo tipo di dispositivi, la grandezza fisica d'ingresso modula il segnale di eccitazione. La classificazione più utilizzata ha come criterio il tipo di grandezza fisica presente in ingresso al trasduttore. traduttori meccanici: forza, pressione, portata, massa, posizione, velocità,accelerazione etc. trasduttori termici: temperatura, calore, potenza termica etc. pag.5
trasduttori elettrci: corrente,carica, resistenza, induttanza, tensione,capacità frequenza etc. trasduttori Magnetici: magnetizzazione, permeabilità, intensità di campo B. trasduttori chimici: concentrazione, PH, composizione etc. Come si può notare il campo di trasduzione è vastissimo. pag.6