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Lezione 1 La trasduzione delle grandezze non elettriche I parte

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Presentazione sul tema: "Lezione 1 La trasduzione delle grandezze non elettriche I parte"— Transcript della presentazione:

1 Lezione 1 La trasduzione delle grandezze non elettriche I parte

2 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 dal corso di Misure elettroniche: Il processo di misurazione
La misurazione è un processo che mette in corrispondenza due insiemi: quello "reale" degli eventi fisici e quello "astratto" dei numeri 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 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 dal corso di Misure elettroniche: Pregi dei segnali elettrici
amplificabili, trasmissibili a distanza, registrabili, elaborabili.

6 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 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 l’esecuzione di esami clinici; “ “ per le verifiche strutturali.

8 “Catena” di misurazione
Grandezza di interesse Trasduttore Condizio- natore Trasmetti- tore Linea di trasmissione Ricevitore

9 “Catena” di misurazione
Grandezza di interesse Trasduttore Condizio- natore Trasmetti- tore Linea di trasmissione Ricevitore

10 Sistema di controllo I trasduttori sono l’organo 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 Controllo di processo Controllore Attuatori di processo Operatore
Trasduttori Interfaccia Controllore di processo Operatore

12 Controllo di processo Controllore Attuatori di processo Operatore
Trasduttori Interfaccia Controllore di processo Operatore

13 Quote di mercato in Italia

14 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 il trasduttore e lo spazio dell’informazione
Estrazione della informazione Trasduttore Misurando Uscita

16 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 Trasduttori e “sensori” dalla Norma UNI-UNIPREA 4546:
Trasduttore: « mezzo tecnico che compie su un segnale d’ingresso una certa elaborazione, trasformandolo in un segnale d’uscita. » Sensore: « particolare trasduttore che si trova in diretta interazione con il sistema misurato. »

18 Trasduttori e “sensori”
A volte, per la complessità della trasformazione richiesta, il trasduttore può essere costituito da più trasduttori elementari messi l’uno in cascata all’altro: il primo della cascata, quello cioè che ha in ingresso il misurando, viene chiamato “sensore”. E

19 Trasduttori e “sensori”
A volte, per la complessità della trasformazione richiesta, il trasduttore può essere costituito da più trasduttori elementari messi l’uno in cascata all’altro: il primo della cascata, quello cioè che ha in ingresso il misurando, viene chiamato “sensore”. Trasduttore “forza-tensione” Trasduttore “spostamento-tensione” Trasduttore “forza-spostamento”

20 Trasduttori e “sensori”
A volte, per la complessità della trasformazione richiesta, il trasduttore può essere costituito da più trasduttori elementari messi l’uno in cascata all’altro: il primo della cascata, quello cioè che ha in ingresso il misurando, viene chiamato “sensore”. Sensore

21 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 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 l’intervallo entro cui deve mantenersi il misurando affinché il trasduttore operi secondo le specifiche.

23 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 l’intervallo entro cui deve mantenersi il misurando per non provocare danni permanenti al trasduttore.

24 Dalla Norma UNI-UNIPREA 4546: Campi di variabilità del misurando
il campo di misura è l’intervallo entro cui deve mantenersi il misurando affinché il trasduttore operi secondo le specifiche. Il campo di sicurezza è l’intervallo 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 Campi di variabilità del misurando
se il misurando, rimanendo nel campo di sicurezza, supera la portata si può creare un danno temporaneo che viene recuperato nel “tempo di ripristino” Tempo di ripristino:

26 Campi di variabilità dell’uscita
Campo di lettura utile: intervallo di valori entro il quale si trova l’uscita quando la grandezza di ingresso è nel campo di misura. Valori estremi dell’uscita: estremi entro i quali si mantiene il segnale di uscita se la grandezza di ingresso non esce dal campo di sicurezza.

27 introduzione al modello matematico del trasduttore
x(t) y(t) sistema misurato trasduttore sistema utilizzatore nel caso stazionario: y = fd ( x ) nel caso stazionario: y = fd ( x ) funzione (ideale) di conversione diretta: y( t ) = fd ( x( t ))

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

29 la condizione di non distorsione
sistema misurato utilizzatore trasduttore x(t) y(t)

30 le due funzioni (ideali) di conversione
sistema misurato utilizzatore trasduttore x(t) y(t) funzione (ideale) di conversione diretta: y( t ) = fd ( x( t )) funzione (ideale) di conversione inversa: x( t ) = fi ( y( t ))

31 interazioni trasduttore - sistemi esterni “grandezze di influenza”
Sistema misurato ambiente ausiliario utilizzatore trasduttore x(t) y(t) sistema misurato utilizzatore trasduttore

32 modelli matematici generali
modello diretto: y(t) = fd ( x(t), gA1 (t), ..., gAi (t), gS1 , ..., gSj , gU1 , ..., gUl , gM1 , ..., gMk ) il modello diretto è dotato di univocità e di un’impostazione “causale” (cause-effetto) sfortunatamente ci interessa x(t) e non y(t) !!!

33 modelli matematici generali
modello inverso x(t) = fi ( y(t), gA1 (t), ..., gAi (t), gS1 , ..., gSj , gU1 , ..., gUl , gM1 , ..., gMk ) nel modello inverso viene meno l’impostazione “causale” e non è garantita la univocità

34 modello matematico semplificato
se x è indipendente da tutte le g nel determinare l’uscita y: y(t) = fx(x(t)) f1 ( x(t), gA1(t) , ..., gAi(t) , gS1 , ..., gSj , gU1 , ..., gUl , gM1 , ..., gMk )

35 modello matematico semplificato
se poi tutte le g sono indipendenti da x nel determinare l’uscita y: y(t) = fx(x(t)) f2 (gA1(t) , ..., gAi(t) , gS1 , ..., gSj , gU1 , ..., gUl , gM1 , ..., gMk )

36 modello matematico semplificato
se infine tutte le g sono indipendenti l’una dall’altra nel determinare l’uscita y: y(t) = fx (x(t)) fA1(gA1(t) ) fAi(gAi(t) ) fS1(gS1 ) fSj(gSj ) fU1(gU1 ) fUl(gUl ) fM1(gM1 ) fMk(gMk )

37 le “funzioni di influenza”
Le funzioni di singola variabile fij(gij(t) ) che esprimono il contributo che ciascuna grandezza di influenza dà al segnale di uscita y(t) sono chiamate: funzioni di influenza

38 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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