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Tr.G.F. 01 - 1 / 44 Lezione 1 La trasduzione delle grandezze non elettriche I parte.

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Presentazione sul tema: "Tr.G.F. 01 - 1 / 44 Lezione 1 La trasduzione delle grandezze non elettriche I parte."— Transcript della presentazione:

1 Tr.G.F / 44 Lezione 1 La trasduzione delle grandezze non elettriche I parte

2 Tr.G.F / 44 Sommario il ruolo e gli aspetti metrologici del trasduttore la criticità del sensore. le definizioni della Norma UNI 4546 le funzioni ideali di conversione le interazioni del trasduttore con il mondo esterno la modellazione del trasduttore la caratterizzazione in regime stazionario e dinamico il comportamento energetico la vita del trasduttore

3 Tr.G.F / 44 La misurazione è un processo che mette in corrispondenza due insiemi: quello "reale" degli eventi fisici e quello "astratto" dei numeri dal corso di Misure elettroniche: Il processo di misurazione Lo scopo della misurazione: è quello di fornire una descrizione rigorosa, quindi non soggettiva, del fenomeno al fine di permettere la esecuzione di processi decisionali: di regolazione, di ottimizzazione, di approvazione.

4 Tr.G.F / 44 dal corso di Misure elettroniche: I Trasduttori e la loro funzione I trasduttori sono dispositivi in grado di fornire in uscita un segnale elettrico il cui andamento è funzione di quello di una grandezza fisica non elettrica presente all'ingresso. Trasduttore Grandezza fisica Segnale elettrico

5 Tr.G.F / 44 dal corso di Misure elettroniche: Pregi dei segnali elettrici amplificabili, trasmissibili a distanza, registrabili, elaborabili.

6 Tr.G.F / 44 Applicazioni dei trasduttori I trasduttori hanno due principali applicazioni: nel processo di misurazione delle caratteristiche di sistemi (intendendo il termine sistema col suo significato più lato); nel controllo dei processi industriali.

7 Tr.G.F / 44 Processo di misurazione I trasduttori sono il primo elemento di un processo di misurazione in cui una catena composta da più blocchi in cascata porta la grandezza fisica di interesse fino ad uno strumento di misura che le associa un intervallo di valori. Esempi tipici: –trasduttori usati per il monitoraggio del territorio; – per lesecuzione di esami clinici; – per le verifiche strutturali.

8 Tr.G.F / 44 Catena di misurazione Grandezza di interesse Trasduttore Condizio- natore Trasmetti- tore Linea di trasmissione Ricev itore Condizio- natore

9 Tr.G.F / 44 Catena di misurazione Grandezza di interesse Trasduttore Condizio- natore Trasmetti- tore Linea di trasmissione Ricev itore Condizio- natore

10 Tr.G.F / 44 Sistema di controllo I trasduttori sono lorgano sensoriale del controllore di processo che agisce ad anello chiuso. Esempi tipici: –trasduttori di pressione, temperatura e portata nei processi chimici; –trasduttori di lunghezza e di spostamento nei processi meccanici; –trasduttori di velocità, quota, angolo di prua e di attacco nei sistemi di controllo e pilotaggio automatico degli aerei.

11 Tr.G.F / 44 Controllo di processo Processo Attuatori Trasduttori Interfaccia Controllore di processo Operatore

12 Tr.G.F / 44 Controllo di processo Processo Attuatori Trasduttori Interfaccia Controllore di processo Operatore

13 Tr.G.F / 44 Quote di mercato in Italia

14 Tr.G.F / 44 Ruolo del trasduttore Il ruolo del trasduttore è quello di trasformare la grandezza oggetto della misurazione -"misurando"- in un'altra grandezza fisica, della stessa specie oppure di specie diversa, più adatta all'elaborazione che il successivo blocco della catena deve effettuare.

15 Tr.G.F / 44 Informazione il trasduttore e lo spazio dellinformazione Trasduttore Estrazione della informazione MisurandoUscita

16 Tr.G.F / 44 Aspetti metrologici del ruolo del trasduttore Il segnale è una grandezza fisica alle cui variazioni è associata una informazione mediante una convenzione nota. Sotto l'aspetto metrologico la caratteristica fondamentale di ciascuno degli elementi della catena di misura -quindi anche del trasduttore- è quella di conservare inalterata l'informazione contenuta nel segnale d'ingresso, restituendola nel segnale d'uscita.

17 Tr.G.F / 44 Trasduttori e sensori dalla Norma UNI-UNIPREA 4546: Trasduttore: « mezzo tecnico che compie su un segnale dingresso una certa elaborazione, trasformandolo in un segnale duscita. » Sensore: « particolare trasduttore che si trova in diretta interazione con il sistema misurato. »

18 Tr.G.F / 44 Trasduttori e sensori A volte, per la complessità della trasformazione richiesta, il trasduttore può essere costituito da più trasduttori elementari messi luno in cascata allaltro: il primo della cascata, quello cioè che ha in ingresso il misurando, viene chiamato sensore. E

19 Tr.G.F / 44 Trasduttori e sensori A volte, per la complessità della trasformazione richiesta, il trasduttore può essere costituito da più trasduttori elementari messi luno in cascata allaltro: il primo della cascata, quello cioè che ha in ingresso il misurando, viene chiamato sensore. Trasduttore forza-tensione Trasduttore forza-spostamento Trasduttore spostamento-tensione

20 Tr.G.F / 44 Sensore Trasduttori e sensori A volte, per la complessità della trasformazione richiesta, il trasduttore può essere costituito da più trasduttori elementari messi luno in cascata allaltro: il primo della cascata, quello cioè che ha in ingresso il misurando, viene chiamato sensore.

21 Tr.G.F / 44 Criticità del sensore il sensore ha un ingresso obbligato, sia come tipo di grandezza fisica, sia come campo di variabilità. Per questo motivo il sensore è il più critico fra gli elementi della catena di misurazione in quanto è il più condizionato dalle caratteristiche del sistema misurato.

22 Tr.G.F / 44 Dalla Norma UNI-UNIPREA 4546: Campi di variabilità del misurando Campo di misura: « intervallo comprendente i valori di misura che si possono assegnare mediante un dispositivo per misurazione e/o regolazione. » Il campo di misura è lintervallo entro cui deve mantenersi il misurando affinché il trasduttore operi secondo le specifiche.

23 Tr.G.F / 44 Dalla Norma UNI-UNIPREA 4546: Campi di variabilità del misurando Campo di sicurezza: « intervallo comprendente tutte le misure del misurando cui un dispositivo per misurazione può essere applicato senza che il suo diagramma di taratura resti permanentemente alterato. » Il campo di sicurezza è lintervallo entro cui deve mantenersi il misurando per non provocare danni permanenti al trasduttore.

24 Tr.G.F / 44 Dalla Norma UNI-UNIPREA 4546: Campi di variabilità del misurando il campo di misura è lintervallo entro cui deve mantenersi il misurando affinché il trasduttore operi secondo le specifiche. Il campo di sicurezza è lintervallo entro cui deve mantenersi la grandezza di ingresso per non provocare danni permanenti al trasduttore. Il campo di misura è sempre interno al campo di sicurezza

25 Tr.G.F / 44 Campi di variabilità del misurando Tempo di ripristino: se il misurando, rimanendo nel campo di sicurezza, supera la portata si può creare un danno temporaneo che viene recuperato nel tempo di ripristino

26 Tr.G.F / 44 Campi di variabilità delluscita Campo di lettura utile: intervallo di valori entro il quale si trova luscita quando la grandezza di ingresso è nel campo di misura. Valori estremi delluscita: estremi entro i quali si mantiene il segnale di uscita se la grandezza di ingresso non esce dal campo di sicurezza.

27 Tr.G.F / 44 introduzione al modello matematico del trasduttore sistema misurato sistema utilizzatore trasduttore x(t) y(t) nel caso stazionario: y = f d ( x ) funzione (ideale) di conversione diretta: y( t ) = f d ( x( t )) nel caso stazionario: y = f d ( x )

28 Tr.G.F / 44 la condizione di non distorsione il trasduttore è non distorcente se, per qualunque t : y( t ) = A x( t - ) con A e costanti sistema misurato sistema utilizzatore trasduttore x(t) y(t)

29 Tr.G.F / 44 la condizione di non distorsione sistema misurato sistema utilizzatore trasduttore x(t) y(t)

30 Tr.G.F / 44 le due funzioni (ideali) di conversione funzione (ideale) di conversione diretta: y( t ) = f d ( x( t )) sistema misurato sistema utilizzatore trasduttore x(t) y(t) funzione (ideale) di conversione inversa: x( t ) = f i ( y( t ))

31 Tr.G.F / 44 sistema misurato sistema utilizzatore trasduttore interazioni trasduttore - sistemi esterni grandezze di influenza Sistema misurato Sistema ambiente Sistema ausiliario Sistema utilizzatore trasduttore x(t) y(t)

32 Tr.G.F / 44 modelli matematici generali modello diretto: y(t) = f d ( x(t), g A1 (t),..., g Ai (t), g S1,..., g Sj, g U1,..., g Ul, g M1,..., g Mk ) il modello diretto è dotato di univocità e di unimpostazione causale (cause-effetto) sfortunatamente ci interessa x(t) e non y(t) !!!

33 Tr.G.F / 44 modelli matematici generali modello inverso x(t) = f i ( y(t), g A1 (t),..., g Ai (t), g S1,..., g Sj, g U1,..., g Ul, g M1,..., g Mk ) nel modello inverso viene meno limpostazione causale e non è garantita la univocità

34 Tr.G.F / 44 modello matematico semplificato se x è indipendente da tutte le g nel determinare luscita y: y(t) = f x (x(t)) + f 1 ( x(t), g A1 (t),..., g Ai (t), g S1,..., g Sj, g U1,..., g Ul, g M1,..., g Mk )

35 Tr.G.F / 44 modello matematico semplificato se poi tutte le g sono indipendenti da x nel determinare luscita y: y(t) = f x (x(t)) + f 2 (g A1 (t),..., g Ai (t), g S1,..., g Sj, g U1,..., g Ul, g M1,..., g Mk )

36 Tr.G.F / 44 modello matematico semplificato se infine tutte le g sono indipendenti luna dallaltra nel determinare luscita y: y(t) = f x (x(t)) + + f A1 (g A1 (t) ) f Ai (g Ai (t) )+ + f S1 (g S1 ) f Sj (g Sj )+ + f U1 (g U1 ) f Ul (g Ul )+ + f M1 (g M1 ) f Mk (g Mk )

37 Tr.G.F / 44 le funzioni di influenza Le funzioni di singola variabile f ij (g ij (t) ) che esprimono il contributo che ciascuna grandezza di influenza dà al segnale di uscita y(t) sono chiamate: funzioni di influenza

38 Tr.G.F / 44 Nella prossima puntata... la caratterizzazione in regime stazionario –diagramma di taratura, fascia di valore, curva di taratura –linearità, sensibilità, stabilità, isteresi la caratterizzazione in regime dinamico –risposta al gradino –risposta in frequenza il comportamento energetico: –trasduttori attivi –trasduttori passivi la vita del trasduttore


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