TRASDUTTORI CARATTERISTICHE TIPOLOGIE BREVE SINTESI DI E Corso T.I.EL. I.I.S. “A. Volta” – Nuoro sebago ©

definizioni H TRASDUTTORE: dispositivo che presenta  in ingresso una GRANDEZZA FISICA NON ELETTRICA (per esempio una temperatura, una velocità, una forza, ecc.) in uscita una GRANDEZZA ELETTRICA (per esempio una tensione, una resistenza, ecc.) CORRISPONDENTE IN MODO BIUNIVOCO ALL’INGRESSO GRANDEZZA N. E. GRANDEZZA ELETTRICA H

parametri significativi  sensibilità: è la più piccola variazione dell’uscita che si riesce a percepire in seguito ad una variazione di ingresso Output = S D Output _________ D Input Input Più il coefficiente angolare della retta della caratteristica di trasferimento è elevato più il trasduttore è sensibile

parametri significativi  isteresi: incapacità del trasduttore a dare lo stesso segnale in uscita sia quando il segnale di ingresso percorre un intervallo di valori in modo crescente sia quando il segnale di ingesso percorre un intervallo di valori in modo decrescente GRANDEZZA DI USCITA Valore rilevato se l’ingresso è CRESCENTE ERRORE DI ISTERESI Valore rilevato se l’ingresso è DECRESCENTE GRANDEZZA DI INGRESSO X

parametri significativi  costante di tempo: Tempo che il trasduttore impiega per fornire in uscita il 63% del valore finale TRANSITORIO REGIME GRANDEZZA DI USCITA Valore Finale 98% 99% 95% 86% 63% del Valore Finale 63% TEMPO     

parametri significativi  affidabilità: Capacità del trasduttore di funzionare a lungo nel tempo (anche se alcune sue caratteristiche, come per esempio la sensibilità, possono cambiare) N.B.: da non confondere con la Qualità Se, con il passare del tempo, un trasduttore peggiora alcune sue caratteristiche (per es. la sensibilità o l’isteresi) ma continua a funzionare, allora è AFFIDABILE Se, con il passare del tempo, un trasduttore presenta ripetutamente guasti tali da renderlo inutilizzabile e da richiederne la riparazione, allora NON E’ AFFIDABILE

parametri significativi  linearità: Nella CARATTERISTICA IDEALE LA GRANDEZZA IN USCITA E' DIRETTAMENTE PROPORZIONALE ALLA GRANDEZZA IN INGRESSO CARATTERISTICA REALE GRANDEZZA DI USCITA ERRORE DI LINEARITA' CARATTERISTICA IDEALE GRANDEZZA DI INGRESSO

parametri significativi  range di funzionamento: Intervallo dei valori di ingresso che possono essere assunti dalla grandezza che deve essere trasdotta. N.B.: all’interno di questi valori, il costruttore garantisce il corretto funzionamento del trasduttore. AL DI FUORI DEL RANGE SI RISCHIA DI non avere un corretto funzionamento danneggiare il trasduttore

classificazione e tipologie: un brevissimo elenco  trasduttori di posizione: potenziometri, encoder, trasformatori differenziali  trasduttori di forza: estensimetrici (strain gage), piezoelettrici  trasduttori di temperatura: termoresistenze, termocoppie, termistori  trasduttori di velocità: dinamo tachimetriche, encoder incrementali, LVT

trasduttori di posizione: il POTENZIOMETRO con riferimento alla figura, il valore V è pari a: E + R0 R1 L0 L1 V = E R0 •R1 e, se il materiale è omogeneo,: V = E L0 •L1 V assumendo L1 come grandezza di ingresso, si rileva V come grandezza di uscita L1 V H

trasduttori di forza: l'ESTENSIMETRO ___ S N ___ rapporto tra forza applicata ad un corpo e la sua sezione retta definizioni: si misura in mm2 Sforzo rapporto tra l’allungamento subito e la lunghezza originaria Deformazione relativa e = DL ___ L0 = ____ L - L0 è adimensionale s = E· e nella REGIONE ELASTICA: [ E: modulo di Young ] SFORZO e DEFORMAZIONE RELATIVA sono DIRETTAMENTE PROPORZIONALI

trasduttori di forza: l'ESTENSIMETRO Si rileva che la variazione di resistenza di un conduttore sottoposto a trazione è proporzionale allo sforzo applicato, che a sua volta è proporzionale alla deformazione prodotta: = R – R0 ______ R0 L – L0 _____ L0 K· = K∙e DR ___ R0 in cui: R0 : resistenza a riposo dell’estensimetro (indicata dal costruttore) R : resistenza dell’estensimetro sottoposto a trazione L0 : lunghezza a riposo dell’estensimetro L : lunghezza dell’estensimetro sottoposto a trazione K : coefficiente di taratura (indicato dal costruttore) di conseguenza: LA MISURA DI UNA VARIAZIONE DI RESISTENZA CI PERMETTE DI CALCOLARE UNA DEFORMAZIONE RELATIVA

trasduttori di forza: l'ESTENSIMETRO ESTENSIMETRI a CONDUTTORE (rame-nichel) A FILO A STRATO Conduttore filiforme di diametro 1050 m Strato Sottile (spessore di alcuni m) ESTENSIMETRI a SEMICONDUTTORE (germanio o silicio drogati,spessore 1050 m ) ESSENDO 50 VOLTE PIU’ SENSIBILI DI QUELLI A CONDUTTORE, SONO USATI PER RILEVARE DEFORMAZIONI MOLTO PICCOLE Gli estensimetri vanno applicati al corpo da misurare per mezzo di SPECIALI COLLANTI

trasduttori di forza: l'ESTENSIMETRO CARATTERISTICHE TIPICHE E CONFRONTI A CONDUTTORE A SEMICONDUTTORE COEFFICIENTE DI TARATURA K 2 100 120 – 350 – 600 – 1000  120  RESISTENZA R0 ERRORE DI LINEARITA’ 1% su un campo di 10000 m 1% su un campo di 100 m DEFORMAZIONE MASSIMA 25000 m 5000 m 107 deformazioni 106 deformazioni VITA MEDIA

R = R0 (1+ aT) Pt100 trasduttori di temperatura: le TERMORESISTENZE LA RESISTENZA DEI METALLI VARIA AL VARIARE DELLA TEMPERATURA PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO R = R0 (1+ aT) in cui: R0 : resistenza alla temperatura di 0 °C R : resistenza alla temperatura T T : temperatura da rilevare a : coefficiente di variazione lineare LA PIU’ USATA E’ LA Pt100 TERMORESISTENZA AL PLATINO CARATTERISTICHE: R0 = 100 W a = 0,00385 °C-1 Errore di linearità: 2% (per T= 0500 °C ) Costante di tempo minima : 100 ms Corrente: 10 mA (limite autoriscaldamento)

Effetto SEEBECK E = K∙DT trasduttori di temperatura: le TERMOCOPPIE TF Giunto freddo Tc Giunto caldo E PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO In un anello costituito da due metalli differenti, con due zone di giunzione poste a differenti temperature, si manifesta una forza elettromotrice che risulta direttamente proporzionale alla differenza di temperatura esistente fra le giunzioni. DT = TC - TF E = K∙DT Per ottenere E = K∙TC si pone TF in ambiente termostatato a 0°C oppure si costruiscono sistemi di compensazione

trasduttori di temperatura: le TERMOCOPPIE CARATTERISTICHE TIPICHE E CONFRONTI Platino (Pt) Platino-Rodio (Pt-Rh) Rame (Cu) Costantana (Cu-Ni) K 20  50 mV °C ___ 6  12 meno di 3°C circa 0,75 °C Precisione lineare lineare Variazione 200 °C  400 °C 0 °C  1300 °C Range circa 30 s circa 50 ms Costante di tempo

E = KD∙N trasduttori di velocità: la DINAMO TACHIMETRICA IA Si tratta di un GENERATORE ELETTRICO che è in grado di generare una FORZA ELETTROMOTRICE PROPORZIONALE ALLA VELOCITA’ DI ROTAZIONE E = KD∙N KD : costante dinamo N : n° di giri al minuto (rpm) IA E : TENSIONE A VUOTO RC V RA RA : RESISTENZA AVVOLGIMENTI E RC : RESISTENZA DI CARICO N IA : CORRENTE DI ARMATURA V : TENSIONE ALLE SPAZZOLE V = E  RA· IA

E = KD∙N V = E − RA∙IA trasduttori di velocità: la DINAMO TACHIMETRICA La tensione V alle spazzole è tanto più vicina alla tensione E a vuoto quanto minore è la corrente erogata al carico Dal confronto fra le formule: E = KD∙N V = E − RA∙IA Esempio di CARATTERISTICHE: N.B.: la tensione alle spazzole V presenta anche una leggera ondulazione dovuta alla commutazione fra spazzole. Tale ondulazione può essere opportunamente eliminata con l’impiego di filtri KD = 0,06 V/(giri/min) NMAX = 10 000 giri/min Linearità = 0,5 % 240 mA Limite di carico =