Lezione 2 I trasduttori resistivi

Presentazione sul tema: "Lezione 2 I trasduttori resistivi"— Transcript della presentazione:

1 Lezione 2 I trasduttori resistivi

2 Trasduttori resistivi
R = r l / S La resistenza di un bipolo Effetto di un cursore Effetto della temperatura Effetto della deformazione Trasduttori di posizione Reostati e potenziometri Resistenza eq. di uscita

3 Trasduttori resistivi
Trasduttori di temperatura Termoresistori - Pt100 Termistori - PTC e NTC Trasduttori di deformazione Estensimetri conduttivi e semiconduttivi Ponte estensimetrico celle di carico trasduttori di pressione a stato solido

4 Resistenza di un conduttore cilindrico
R = r l / S l potrebbe essere modificato mediante un “cursore” r è influenzato dalla temperatura l / S potrebbe essere modificato dalla “deformazione”del bipolo

5 Effetto di un cursore (per la variazione della lunghezza)

6 Effetto della temperatura nei conduttori
nella manganina: a » 1÷10 •10 -6 [°C-1] nel rame: a » 4 •10 -3 [°C-1] nel platino: a = 3,91 •10 -3 [°C-1] ; b = -5,8 •10 -7 [°C-2]

7 Effetto della deformazione
GF viene chiamato “gage factor” (gauge factor)

8 Potenziometri Attenzione: fotografie in scale diverse !!!

9 Caratteristiche dei potenziometri
Linearità Risoluzione Sensibilità Vita Resistenza di uscita Risposta al gradino Banda passante

10 Potenziometri Costo (ottobre 2007) : 140 euro

11 Potenziometri

12 Risoluzione del potenziometro
A filo avvolto su supporto Con elemento CERMET Con elemento a plastiche conduttive

13 Caratteristiche dei potenziometri
Linearità Risoluzione Sensibilità Vita Resistenza di uscita Risposta al gradino Banda passante

14 Resistenza di uscita del potenziometro

15 Risposta al gradino del potenziometro

16 Termoresistori e Termistori

17 Resistività del platino
a = 3,91 ·10-3 °C-1 ; b = -5,80 ·10-7 °C-2 ; c = -2 ·10-10 °C-3

18 Resistenza del platino

19 Termoresistori in Platino: Pt100
Attenzione: fotografie in scale diverse !!!

20 Caratteristiche dei Pt100
Campo di funzionamento con capsula ceramica ¸ °C a strato ¸ °C Tempo di risposta in aria 1m/s: con capsula ceramica ¸ 150 s a strato ¸ 10 s Costo con capsula ceramica ¸ 40 euro a strato ¸ 10 euro di precisione ( ± 0°C ) euro

21 Autoriscaldamento del Pt100
Con capsula ceramica: 0,20 ¸ 0,70 °C / mW A strato : 0,50 °C / mW esempio di calcolo del sovrariscaldamento nel caso di capsula ceramica

22 Linearizzazione del Pt100 con elemento serie

23 Linearizzazione del Pt100 (2)

24 Resistività dei semiconduttori
R = r l / S r è influenzato dalla temperatura e = carica del portatore n = densità spaziale dei portatori m = mobilità dei portatori ( m = v / E )

25 Effetto della temperatura su r
n aumenta m diminuisce T1

26 Termistori PTC ed NTC Costo indicativo : 2 euro

27 Alimentazione di PTC e NTC
Compatibile con NTC NON adatta a PTC Compatibile con PTC NON adatta a NTC

28 Caratteristiche di PTC ed NTC
Linearità Risoluzione Sensibilità Vita

29 Estensimetri

30 Estensimetri La temperatura è “grandezza di influenza” ?
Sì, perché R0 (resistenza in assenza di deformazione) vale Sì, perché anche il gage factor GF dipende dalla temperatura

31 Compensazione della temperatura
Manganina (84% di rame, 12% di manganese, 4% di nickel): coefficiente di temperatura della resistività (nell'intorno di 20 °C): 1÷10 · 10-6 / °C R0 varia di poche ( 1÷10 ) ppm / °C Anche il misurando assume valori modesti: negli acciai lo stato di plasticità (deformazione permanente) si raggiunge con deformazioni di 1500 ÷ 5000 ppm

32 Compensazione della temperatura
supponiamo di dover trasdurre una deformazione di 500 ppm ( 500 microstrain) con un estensimetro che ha GF = 2 supponiamo poi che la temperatura subisca una variazione di 20 °C e che il TCO del materiale sia di 5 ppm/°C !

33 Ponte estensimetrico ( ponte di Wheatstone )

34 Ponte estensimetrico completo

35 Celle di carico Circuito a ponte estensimetrico ( basato sul ponte di Wheatstone ) portate: da 0,5 kg a 1·106 kg alimentazione: max 10 V uscita a carico nom.: 2 ¸ 10 mV / V resistenza di uscita: 200 ¸ 500 W incertezza: da ± 0,03% f.s. prezzo: (quelle in foto) 400 euro

36 Trasduttore di pressione con estensimetri semiconduttivi
Il GF degli estensimetri a semiconduttore è molto più elevato di quello degli estensimetri metallici sono tipici valori di GF = 200

37 biblioteca mks@ Trasduttori di posizione Potenziometri
Manuale dei trasduttori di posizione pagine © GEFRAN Trasduttori di temperatura Termoresistori Pt100 The RTD 3 pagine © OMEGA Resistance elements and the RTDs 3 pagine © OMEGA Construction and applications of Resistance Thermometers 15 pagine © Jumo

38 biblioteca mks@ Trasduttori di temperatura: Termistori NTC
Siemens NTC Handbook pagine © Siemens Epcos NTC Handbook 12 pagine © Epcos Termistori PTC Siemens PTC Handbook pagine © Siemens Resistance elements and the RTDs 3 pagine © OMEGA

39 biblioteca mks@ Trasduttori di deformazione Estensimetri
HBM Strain Gages and Accessories 64 pagine © HBM - Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH Trasduttori di forza e pressione Celle di carico RS Strain Gages and Load Cells 10 pagine © RS HBM Technical Weighing Solutions 20 pagine © HBM - Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH