Laurea in Ingegneria Elettronica per l'automazione e le elecomunicazioni orso di Elettronica per l Automazione (6FU) aso Studio: ermocoppia Docente del corso: Prof. Andrea usano Assistente di laboratorio: Ing. Giuseppe Quero Ing. Patrizio Vaiano ANNO AADEIO 2017/2018
Dispositivo sensoriale: ermocoppia Parte 1: eoria sul principio di funzionamento Parte 2: aratterizzazione metrologica
Dispositivo sensoriale: ermocoppia Parte 1: eoria sul principio di funzionamento Parte 2: aratterizzazione metrologica
Definizione La termocoppia è un trasduttore in grado di convertire la temperatura applicata ad una delle sue estremità in un segnale elettrico. Le termocoppie sono ampiamente utilizzate perché economiche, facilmente sostituibili, standardizzate e possono misurare un ampio intervallo di temperature. Il loro limite più grande è l accuratezza, infatti errori sistematici minori di un grado elsius sono difficili da ottenere.
Sensore di temperatura Le misure delle grandezze fisiche si possono effettuare in due modi. isure dirette: sono le misure che si effettuano per confronto tra la grandezza data e un campione dell unità di misura. isure indirette: sono quelle in cui la misura di una grandezza fisica viene ricavata tramite operazioni matematiche a partire da misure diverse precedentemente effettuate. La termocoppia è un sensore in grado di effettuare misure dirette di emperatura, in particolare permette di trasdurre una emperatura in un segnale elettrico. Il suo funzionamento si basa sull effetto Seebeck...
Effetto Seebeck Le termocoppie sono sensori attivi che generano una tensione per effetto termoelettrico. Il principio di funzionamento è basato sull effetto Seebeck: quando due spire di metalli diversi sono congiunti tra loro e le giunzioni sono tenute a temperature differenti, si instaura una circolazione di corrente
Effetto Seebeck Se la giunzione viene aperta si manifesta ai suoi capi una differenza di potenziale e che è approssimativamente proporzionale alla differenza di temperatura V = (S B - S A ) * ( - F ) S A e S B sono i coefficienti di Seebeck (o potere termoelettrico) relativi ai due metalli A e B, e F sono le temperature delle due giunzioni.
Effetto Seebeck isurando la tensione ai capi di F sarà possibile identificare eventuali cambi di temperatura imposti al terminale V = (S B - S A ) * ( - F ) S A e S B sono i coefficienti di Seebeck (o potere termoelettrico) relativi ai due metalli A e B, e F sono le temperature delle due giunzioni.
ipologie
Il nostro sensore
Dispositivo sensoriale: ermocoppia Parte 1: eoria sul principio di funzionamento Parte 2: aratterizzazione metrologica
emperatura - ensione emperatura rasduttore ensione
Setup sperimentale Il setup sperimentale è costituito dai seguenti dispositivi: ermocoppia () ontrollore di temperatura() ultimetro () La suddetta strumentazione è collegata in modo opportuno come vedremo anche in laboratorio.
aratterizzazione aratterizzazione ensione (V) emperatura ( ) Sensibilità Operazione preliminare: collegare tra di loro i dispositivi in modo opportuno ed accendere la strumentazione (controllore di temperatura e multimetro) 1. leggere il valore in tensione sul multimentro quando sul controllore viene raggiunta la temperatura 1 2. leggere il valore in tensione sul multimentro quando sul controllore viene raggiunta la temperatura 2>1 3. leggere il valore in tensione sul multimentro quando sul controllore viene raggiunta la temperatura 3>2 4. leggere il valore in tensione sul multimentro quando sul controllore viene raggiunta la temperatura n>n-1 = 1 V= Vout 1 = 2 V= Vout 2 = 3 V= Vout 3 = n V= Vout n (=1) (=2) (=n) (=3) alcolare le variazioni di tensione ΔV1= Vout 2 Vout 1 ΔV3= Vout 3 Vout 1 ΔV2= Vout 3 Vout 1 ΔVn= Vout n Vout 1
aratterizzazione Riportare su un grafico: le variazioni di tensione calcolate precedentemente rispetto ai valori di temperatura; l interpolazione dei dati; calcolare il coefficiente angolare della retta di interpolazione ΔV (V) tan(β) = coefficiente angolare => Sensibilità del sensore ΔVn ΔV2 ΔV1 β 0 1 2 n ( )
Ripetibilità Per ogni temperatura (1, 2... n) applicata alla prima terminazione della termocoppia, calcolare la variazione di tensione per un numero di prove pari a m alcolare media (μ) e deviazione standard relativa percentuale (RSD) per ogni forza peso applicata dove RSD = 100 x dev.std. / media 1 ( ) 2 ( ) n ( ) ΔVn ΔV 1 ΔV 2 [μ(1),rsd(1)] [μ(2),rsd(2)] [μ(n),rsd(n)] alcolare la deviazione standard relativa percentuale (RSD) totale come: (1/n) x i=1:n (RSD i )
Isteresi Si parla di isteresi quando la caratteristica del trasduttore è differente nei casi in cui il segnale sia in crescita e quello in cui il segnale sia in diminuzione. Aumento della temperatura (Salita) = 1 V= Vout 1 = 2 V= Vout 2 = 3 V= Vout 3 (=1) (=2) (=3) = n V= Vout n (= n ) = n V= Vout n = 3 V= Vout 3 = 2 V= Vout 2 (=n (=3) (=2) = 1 V= Vout 1 (=1) Diminuzione della temperatura (Discesa)
Isteresi Si parla di isteresi quando la caratteristica del trasduttore è differente nei casi in cui il segnale sia in crescita e quello in cui il segnale sia in diminuzione. ΔV (V) ΔVn (s, d) Salita ΔV2 (s, d) ΔV 1 (s, d) β 0 1 2 n Discesa ( ) Errore di isteresi in % Vn( s) Vn( d) edia( Vn( s), Vn( d)) 100
Grazie per l attenzione