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Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori Elettronica per Sensori e Trasduttori R. Pallas-Areny J.G. Webster: Sensors and Signal Conditioning. Jhon.

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1 Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori Elettronica per Sensori e Trasduttori R. Pallas-Areny J.G. Webster: Sensors and Signal Conditioning. Jhon Wiley C. Kitchin, L. Counts: A Designers Guide to Instrumentation Amplifiers. Analog Devices (www.analog-devices.com). W. Kester: Practical Design Techniques for Sensor Signal Conditioning. Analog Devices S. Franco Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits. Mac Graw Hill Il corso è articolato in lezioni teoriche ed esercitazioni di laboratorio. Lesame è sotto forma di colloquio orale con eventuale presentazione (facoltativa) di un progetto danno. Testi consigliati 1

2 Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 2 : A Designers Guide to Instrumentation Amplifier 2nd edition Low Cost, Miniature Isolation Amplifier AD AN-539 Errors and error budget analysis in Instrumentation Amplifier Application : Trasforme Coupled ISOLATION AMPLIFIER BB3656 Building the Analog Toolkit : Temperature Sensors Handbook ABC of ADCs: Analog to Digital Coverter basics Application Note 43: Bridge Circuits Design Note: Ultraprecise Instrumentation Amplifier Makes : Application note 810: Understanding flash ADCs

3 Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 3 I sistemi ingegneristici, per poter essere impiegati utilmente, devono interagire con il loro ambiente. Per far ciò, essi usano sensori ed attuatori. Sensori ed attuatori sono esempi di trasduttori. Un trasduttore è un dispositivo che converte una quantità fisica in unaltra. Es. microfono: suono >> segnale elettrico termometro a mercurio: temperatura >> spostamento In pratica, qualunque proprietà fisica di un materiale che cambia in risposta ad uneccitazione può essere usata per produrre un sensore.

4 Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 4 Esistono almeno sei tipi di segnali: -Meccanici - Termici -Magnetici -Elettrici -Chimici -Di radiazione (inclusa la luce) Ogni dispositivo che converte segnali di un tipo in segnali di tipo diverso è un trasduttore. I dispositivi che hanno unuscita elettrica sono chiamati sensori.

5 Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 5 VATAGGI DEI SENSORI -Si possono realizzare per tutte le grandezze non elettriche -Non assorbono energia apprezzabile dal processo oggetto di misura -E facile condizionare il segnale -E facile visualizzare e memorizzare il segnale -E facile trasmettere a distanza.

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7 Elettronica per Sensori e Trasduttori 7 Plant Digital Controller SENSOR DSP uC DACADC AMP ACTUATOR Process Disegno tratto da una presentazione delling. Carmelo Morello della Texas Instruments Italia

8 Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori 8 Low Pass Filter Temp + - V+ Pressure 4..20mA, 0..20mA out MCU Current Driver DAC LEGEND Power Other ADC/DAC Logic Processor Interface Amplifier DAC Voltage Driver -10V..+10V, 0..10V out ΔΣ ADC V REF ADC Digital In mA, mA In DAC I / V Driver ±20mA, ±10V out 24V Power Bus Isolated Power Relays, motor, etc. Clock Peripheral driver DC/DC Converter Isolated Power Core & I/O Power +5V +15V -15V Low Noise Power (3.3V) 5V Support Logic Level translation (& de- serialization) today: discrete Digital Out Optional Fieldbus Interfaces RS232/RS485 Digital Isolators Other CAN Core & I/O power Level translation Debounce (& serialization) Buffer V REF Isolated Power Optional Isolation Buffer +15V -15V MUX PGA InputOutput Optional Isolation TEMP Disegno tratto da una presentazione delling. Carmelo Morello della Texas Instruments Italia

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22 Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori Biomedical Physical Sensors Pacemaker Airbag Design circuit to use Hg strain gauge to detect chest movement/respiratio n What application of a bladder pressure sensor can you think of? 22

23 Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori Lelettronica di condizionamento deve realizzare le seguenti operazioni: Amplificazione Traslazione di livello Linearizzazione Compensazione Filtraggio Adattamento di impedenza Isolamento galvanico Modulazione /demodulazione 23

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40 Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori Isteresi Corrisponde alla massima differenza tra i due cammini di andata e di ritorno delluscita di un trasduttore durante il ciclo di calibrazione. E espressa in percentuale del fondo scala (% f.s.). 40

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45 Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori Semplice modello di strumento di misura 45

46 Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori Condizionamento Il segnale in uscita al sensore, richiede di essere condizionato, affinché risulti più idoneo ad essere convertito in digitale, visualizzato, memorizzato, trasmesso. 46

47 Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori Lelettronica di condizionamento deve realizzare le seguenti operazioni: Amplificazione Traslazione di livello Linearizzazione Compensazione Filtraggio Adattamento di impedenza Isolamento galvanico Modulazione /demodulazione 47

48 Corso di Elettronica per Sensori e Trasduttori Per passare dal dominio analogico dei segnali prodotti dai sensori, a quello digitale usato normalmente per lelaborazione, occorre fare una conversione A/D. Gli ADC hanno impedenza dingresso relativamente bassa e richiedono che i segnali abbiano ampiezza compresa fra i margini specificati, solitamente minori di ±10V. Per questa ragione, i segnali prodotti dai sensori, che hanno ampiezza nel campo dei millivolt (o meno) devono essere condizionati prima di poter essere applicati a un ADC. 48

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