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Montechiesi Luca Renzelli Luigi. Trasmissione di energia termica tra corpo e sensore Conversione di grandezze fisiche ( temperatura->grandezze elettriche.

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Presentazione sul tema: "Montechiesi Luca Renzelli Luigi. Trasmissione di energia termica tra corpo e sensore Conversione di grandezze fisiche ( temperatura->grandezze elettriche."— Transcript della presentazione:

1 Montechiesi Luca Renzelli Luigi

2 Trasmissione di energia termica tra corpo e sensore Conversione di grandezze fisiche ( temperatura->grandezze elettriche ) Applicazioni: Processi industriali (precisioni elevate e grandi variazioni di temperatura ) Sicurezza ( Affidabilità e tutela degli utilizzatori) Applicazioni civili ( Basso costo e lunga durata) Applicazioni di R&S Modalità di misurazione: Conduzione Convezione Irraggiamento

3 Termistori Termocoppie Pirometri Sensori integrati Termoresistenze Altri sensori… 1

4 2 Effetto Seebeck Sfruttano proprietà termoelettriche derivanti dallaccoppiamento di due conduttori dissimili posti a differenti temperature La tensione tra i due capi al giunto freddo è proporzionale alla differenza di temperatura fra le due giunzioni E necessario mantenere la temperatura del giunto freddo ad un valore fissato

5 A -> esposto (risposta rapida, invecchiamento veloce, più usato) 3 B -> a massa (pressioni elevate) C -> isolato (protetto da correnti parassite) Accoppiamenti Serie: amplifica segnale per piccole T Parallelo: fornisce il valore medio delle diverse temperature rilevate

6 Le termocoppie vanno scelte in base al valore di temperatura media da misurare Il coefficiente di Seebeck (o sensibilità) dipende dai materiali costruttivi e risulta essere funzione della temperatura 4 Pro: Basso costo Range esteso Ampia scelta Robustezza Contro: Non linearità Misure relative Misure complesse

7 Sfruttano la proprietà dei metalli di variare la conducibilità elettrica al variare della temperatura Equazione di Callendar e Van Dusen 5 A,B,C costanti proprie del materiale Platino maggiormente utilizzato: Elevata linearità tra 0° e 630° Ottima accuratezza

8 6 Necessita di un circuito ausiliario: Ponte di Wheatstone Il sensore va inserito in un ramo del ponte Quando non scorre corrente nel circuito del galvanometro vale la relazione:

9 Pro: Robustezza Linearità Accuratezza Stabilità Contro: Lentezza Bassa sensibilità Costo elevato Collegamento 4 fili Range di temperatura [-200,800] °C Correnti limitate per evitare aumento di temperatura indesiderato che falserebbe la misurazione 7

10 Forma semplificata dellequazione di Steinhart-Hart: 8 Sfruttano la proprietà dei semiconduttori di variare la conducibilità elettrica e al variare della temperatura Due tipologie di termistori: PTC (positive temperature coefficient) NTC (negative temperature coefficient)

11 9 PTC vengono utilizzati per termoregolazione (caratteristica esponenziale per temperature appena superiori a Tr) NTC vengono utilizzati per misurazioni di temperatura (caratteristica abbastanza lineare) Pro: Velocità Sensibilità Basso costo Collegamento 2 fili Contro: Non linearità Range limitato Fragilità

12 10 RTD Precisione e stabilità della misurazione Precisione lungo tutto lintervallo Misurazione su unarea Alto livello di standardizzazione Termistori Alte risoluzioni su intervalli ristretti Riduzione dei costi Misurazione su un punto Miniaturizzazione Termocoppie Misurazione di elevate temperature Per applicazioni semplici

13 Equazione di Planck 11 Basati sulla trasmissione del calore per irraggiamento elettromagnetico regolata dalla legge di Planck. A causa delle lenti convogliatrici della radiazione sul sensore, il pirometro non funziona allo stesso modo per tutte le lunghezze donda (temperature) Legge di Stefan Boltzmann

14 12 Vengono usati per temperature anche superiori ai 1450 °C Sono molto utili nel controllo di processi dove sia essenziale lassenza di contatto con il sistema oppure in processi industriali dove altri sensori avrebbero vita breve. Pro: Non invasività Stabilità Temperature elevate Range esteso Contro: Non linearità Alto costo

15 13 Sfruttano la forte dipendenza dalla temperatura delle giunzioni a semiconduttore Equazione di Shockley: Relazione lineare tra V e T una volta fissata la corrente I sul dispositivo E g, C costanti del materiale

16 14 E possibile applicare lo stesso principio anche nel caso dei transistor Dallequazione di Shockley: Relazione diretta fra V e T

17 15 Vi sono due principali categorie: Sensori con uscita in corrente: una corrente duscita proporzionale alla temperatura assoluta in K. Sensori con uscita in tensione: una tensione duscita proporzionale alla temperatura assoluta in K Pro: Accuratezza Economicità Linearità Dimensioni ridotte Contro: Range limitato Scelta limitata

18 16 Sfruttano la proprietà di tutti i materiali che, a temperatura superiore allo zero assoluto, emettono una radiazione nel campo dellinfrarosso (lunghezza donda compresa tra 0,7 e 1000μm) Legge di Stefan-Boltzmann La rivelazione della temperatura avviene attraverso un rilevatore infrarosso

19 17 Lanalisi termografica può essere condotta in due diverse condizioni: Attiva: il corpo viene riscaldato e si analizzano i flussi termici Passiva: si analizza la superficie così comè al momento dellindagine (elementi esterni edifici) Pro: Stabilità Non invasività Accuratezza Range esteso Contro: Elevato costo

20 18 Costituiti da due lamine bimetalliche con coefficienti di temperature diversi Si può misurare le variazione di temperatura misurando la flessione A causa della loro scarsa accuratezza vengono usati principalmente per il controllo on/off della temperatura Pro: Basso costo Manutenzione nulla Stabilità Range esteso Contro: Bassa accuratezza Lentezza

21 SensoriMisure Termocoppie Forni ad induzione, forni per uso alimentare, applicazioni industriali RTD Processi fotochimici, monitoraggio temperatura sostanze alimentari Termistori Sistemi di riscaldamento, elettronica industriale e di consumo, telecomunicazioni Pirometri Vetro/quarzo fondente, acciaierie, applicazioni ad alte temperature Sensori integrati Celle frigorifere, compensazione di temperatura in dispositivi di qualità Termografi Verifica dell'isolamento, verifica delle impermeabilizzazioni, analisi del degrado dovuto ad umidità, ricerca di cause di infiltrazioni idriche, ricerca di elementi costruttivi nascosti Lamine bimetalliche Antincendio, protezione sovraccarichi, applicazioni di sicurezza

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25 23 In alcuni casi può essere necessario lutilizzo di sensori che sfruttano differenti principi fisici ( piezoelettrici, interferometri, acustici ) in base a: Condizioni ambientali ( ambienti ostili, presenza di campi elettromagnetici, situazioni rischiose ecc… ) Particolari applicazioni ( biomedicina, nucleare, criogenia ecc… ) Sviluppi futuri: Minimizzazione delle dimensioni Riduzione del rumore Incremento dellaccuratezza Robustezza


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