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Parte I (I Sensori) Molte grandezze ( pressione, temperatura, forza, accelerazione, etc.) vengono trasformate in uno spostamento, prima di essere convertite.

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1 Parte I (I Sensori) Molte grandezze ( pressione, temperatura, forza, accelerazione, etc.) vengono trasformate in uno spostamento, prima di essere convertite in un segnale elettrico. I sensori di movimento

2 Parte I (I Sensori) Un potenziometro è costituito da un elemento resistivo su cui può scorrere un contatto mobile. Lelemento resistivo viene alimentato con una tensione, continua o alternata (sensore passivo). In condizioni ideali luscita è una funzione lineare dellingresso. I potenziometri

3 Parte I (I Sensori) Il moto della parte mobile può essere traslatorio, rotatorio o elicoidale. I potenziometri

4 Parte I (I Sensori) I potenziometri La presenza del carico produce degli effetti di non linearità sulluscita: che in condizioni ideali diventa:

5 Parte I (I Sensori) I potenziometri Per avere un comportamento lineare occorre che la resistenza del potenziometro sia piccola relativamente a quella del dispositivo utilizzatore! Questa specifica, tuttavia è in contrasto con la possibilità di avere un elevata sensibilità!

6 Parte I (I Sensori) I potenziometri a filo presentano una variazione di resistenza continua, ma hanno valori di sensibilità troppo bassi. Non è possibile diminuire la sezione del filo, per aumentare la resistenza, si ricorre allora ai potenziometri a filo avvolto. Laltra classe dei potenziometri è costituita dai potenziometri in cermet ed in plastica conduttiva I potenziometri

7 Parte I (I Sensori) I potenziometri a filo avvolto hanno una risoluzione finita, legata alla possibilità di avvolgere un numero finito di spire per unità di lunghezza. I potenziometri del in cermet o in plastica conduttiva hanno una risoluzione infinitesima, ma presentano unuscita molto rumorosa, a causa della rugosità della superficie I potenziometri Esempio: un potenziometro che ha 500 avvolgimenti ed una lunghezza di 1 cm avrà una risoluzione pari a:

8 Parte I (I Sensori) I vengono immessi sul mercato come dispositivi lineari (tranne che non si vogliano realizzare particolari funzioni ). Il valore della loro linearità corrisponde pertanto anche alla loro accuratezza. Quando richiesto è possibile migliorare la linearità di tali dispositivi mediante inserimento di opportune resistenze (potenziometri a filo avvolto) o mediante processi al laser (potenziometri a strato). I potenziometri Nel caso di dispositivi che devono funzionare in ambienti ostili viene dichiarata anche la dither life. Essa indica la capacità del dispositivo a resistere a un numero grande di cicli di piccola ampiezza

9 Parte I (I Sensori) I potenziometri Esistono dispositivi con caratteristiche metrologiche moto varie. Occorrerà di volta in volta scegliere il dispositivo che meglio soddisfa i vincoli imposti dallapplicazione e le specifiche richieste.

10 Parte I (I Sensori) I potenziometri Un tipico esempio di dati forniti per potenziometri

11 Parte I (I Sensori) I potenziometri Esempio Per un potenziometro della famiglia riportata in tabella, la sensibilità può essere ricavata dai dati forniti ( potenza massima, massimo valore del misurando, resistenza del potenziometro ) E nel caso in esame vale: P=0.2 W R=1k L=0.5in=1cm

12 Parte I (I Sensori) Gli estensimetri o strain gage si basano sul fenomeno della variazione della resistenza di un filo conduttore con la deformazione dello stesso: Gli estensimetri Si possono avere vari tipi di estensimetro: a filo non incollato o incollato a foglio metallico a semiconduttore. Gli estensimetri vengono utilizzati in due campi: studio dello stato di carico di pari meccaniche costruzione di trasduttori di forza, coppia, pressione, etc.

13 Parte I (I Sensori) Gli estensimetri a foglio metallico vengono costruiti direttamente nella forma desiderata e vengono incollati al dispositivo da analizzare con opportuni collanti. Gli estensimetri

14 Parte I (I Sensori) Quando richiesto si ricorre a opportune rosette di estensimetri. Gli estensimetri

15 Parte I (I Sensori) Gli estensimetri metallici sono molto lineari ma presentano un gage factor di valore molto basso (da 2 a 4) Gli estensimetri

16 Parte I (I Sensori) Gli estensimetri a film metallico depositato non hanno bisogno del collante, ma vengono depositati direttamente sulla superficie di un organo deformabile (servono in genere per costruire trasduttori di altre grandezze.) Gli estensimetri Gli estensimetri a semiconduttore possono essere sia incollati sia diffusi. In entrambi i casi possono essere di tipo N o P. Nel primo caso la resistenza aumenta con lo stress nel secondo caso diminuisce. Presentano il notevole vantaggio di avere un gage factor molto elevato (fino a 150 ). Dovuto principalmente alleffetto piezoresistivo e vengono detti trasduttori piezoresistivi. Purtroppo presentano elevata sensibilità alla temperatura e non linearità.

17 Parte I (I Sensori) Gli estensimetri Sarà la particolare applicazione, di volta in volta, a suggerire il tipo di estensimetro più adatto. I parametri più significativi sono riportati nella tabella che segue.

18 Parte I (I Sensori) Un tipico esempio di dati forniti per estensimetri metallici Gli estensimetri

19 Parte I (I Sensori) Esercizio Si consideri uno strain gage di tipo metallico (con gage factor G=2.0) di valore R=120 che deve misurare lo stato deformativo di un organo di acciaio (modulo di Young Y=210 GPa). Quanto vale la variazione di resistenza se il carico massimo vale 8x10 6 Pa. Si ha: Gli estensimetri

20 Parte I (I Sensori) I trasformatori differenziali (LVDT) sono costituiti da un avvolgimento primario e due avvolgimenti secondari. I trasformatori differenziali Il primario è eccitato con una tensione di tipo sinusoidale, con frequenza variabile tra 60 e Hz. Sui secondari vengono indotte due tensioni di ampiezza variabile con la posizione del nucleo. Connettendo i due secondari in antiparallelo, lampiezza del segnale duscita diventa una funzione lineare della posizione del nucleo.

21 Parte I (I Sensori) Luscita del sensore è una sinusoide modulata in ampiezza. Per ricavare linformazione in uscita si può, a seconda dei casi: 3utilizzare un voltmetro per AC ; 3 demodulare il segnale e utilizzare un voltmetro in DC, o un oscilloscopio (insieme ad eventuali filtri passabasso). I trasformatori differenziali

22 Parte I (I Sensori) Se la frequenza della portante è grande rispetto alla massima frequenza del segnale (valore tipico è il rapporto 10:1) possono bastare dei filtri RC, semplici o multipli. I trasformatori differenziali

23 Parte I (I Sensori) Si supponga di voler misurare uno spostamento il cui contenuto in frequenza risulta trascurabile a frequenze superiori a 1000 Hz, utilizando un LVDT con tensione di eccitazione a frequenza di Hz. Il processo di modulazione e successiva demodulazione produrrà dei segnali a frequenze nelintervallo [ Hz, Hz]. Si vuole che il ripple residuo alla frequenza di Hz sia minore del 5%. Deve allora essere: I trasformatori differenziali

24 Parte I (I Sensori) Alla frequenza di 1000 Hz tale filtro produce unattenuazione pari a 0,68 e uno sfasamento pari a -47°. Si ha quindi una distorsioe eccessiva del segnale. Si possono migliorare le prestazioni del filtro utilizzando una cella RC doppia: In questo caso alla frequenza di 1000 Hz si ha unattenuazione di 0,94 e uno sfasamento di -26°. In tali condizioni si ottiene in uscita un segnale che è una copia fedele e ritardata del segnale in ingresso (cfr condizioni di non distorsione): I trasformatori differenziali


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