Lezione 2 I trasduttori resistivi

Trasduttori resistivi R = r l / S La resistenza di un bipolo Effetto di un cursore Effetto della temperatura Effetto della deformazione Trasduttori di posizione Reostati e potenziometri Resistenza eq. di uscita

Trasduttori resistivi Trasduttori di temperatura Termoresistori - Pt100 Termistori - PTC e NTC Trasduttori di deformazione Estensimetri conduttivi e semiconduttivi Ponte estensimetrico celle di carico trasduttori di pressione a stato solido

Resistenza di un conduttore cilindrico R = r l / S l potrebbe essere modificato mediante un “cursore” r è influenzato dalla temperatura l / S potrebbe essere modificato dalla “deformazione”del bipolo

Effetto di un cursore (per la variazione della lunghezza)

Effetto della temperatura nei conduttori nella manganina: a » 1÷10 •10 -6 [°C-1] nel rame: a » 4 •10 -3 [°C-1] nel platino: a = 3,91 •10 -3 [°C-1] ; b = -5,8 •10 -7 [°C-2]

Effetto della deformazione GF viene chiamato “gage factor” (gauge factor)

Potenziometri Attenzione: fotografie in scale diverse !!!

Caratteristiche dei potenziometri Linearità Risoluzione Sensibilità Vita Resistenza di uscita Risposta al gradino Banda passante

Potenziometri Costo (ottobre 2007) : 140 euro

Potenziometri

Risoluzione del potenziometro A filo avvolto su supporto Con elemento CERMET Con elemento a plastiche conduttive

Caratteristiche dei potenziometri Linearità Risoluzione Sensibilità Vita Resistenza di uscita Risposta al gradino Banda passante

Resistenza di uscita del potenziometro

Risposta al gradino del potenziometro

Termoresistori e Termistori

Resistività del platino a = 3,91 ·10-3 °C-1 ; b = -5,80 ·10-7 °C-2 ; c = -2 ·10-10 °C-3

Resistenza del platino

Termoresistori in Platino: Pt100 Attenzione: fotografie in scale diverse !!!

Caratteristiche dei Pt100 Campo di funzionamento con capsula ceramica - 200 ¸ + 750 °C a strato - 200 ¸ + 500 °C Tempo di risposta in aria 1m/s: con capsula ceramica 5 ¸ 150 s a strato 2 ¸ 10 s Costo con capsula ceramica 20 ¸ 40 euro a strato 8 ¸ 10 euro di precisione ( ± 0,06°C @ 0°C ) 130 euro

Autoriscaldamento del Pt100 Con capsula ceramica: 0,20 ¸ 0,70 °C / mW A strato : 0,50 °C / mW esempio di calcolo del sovrariscaldamento nel caso di capsula ceramica

Linearizzazione del Pt100 con elemento serie

Linearizzazione del Pt100 (2)

Resistività dei semiconduttori R = r l / S r è influenzato dalla temperatura e = carica del portatore n = densità spaziale dei portatori m = mobilità dei portatori ( m = v / E )

Effetto della temperatura su r n aumenta m diminuisce T1

Termistori PTC ed NTC Costo indicativo : 2 euro

Alimentazione di PTC e NTC Compatibile con NTC NON adatta a PTC Compatibile con PTC NON adatta a NTC

Caratteristiche di PTC ed NTC Linearità Risoluzione Sensibilità Vita

Estensimetri

Estensimetri La temperatura è “grandezza di influenza” ? Sì, perché R0 (resistenza in assenza di deformazione) vale Sì, perché anche il gage factor GF dipende dalla temperatura

Compensazione della temperatura Manganina (84% di rame, 12% di manganese, 4% di nickel): coefficiente di temperatura della resistività (nell'intorno di 20 °C): 1÷10 · 10-6 / °C R0 varia di poche ( 1÷10 ) ppm / °C Anche il misurando assume valori modesti: negli acciai lo stato di plasticità (deformazione permanente) si raggiunge con deformazioni di 1500 ÷ 5000 ppm

Compensazione della temperatura supponiamo di dover trasdurre una deformazione di 500 ppm ( 500 microstrain) con un estensimetro che ha GF = 2 supponiamo poi che la temperatura subisca una variazione di 20 °C e che il TCO del materiale sia di 5 ppm/°C !

Ponte estensimetrico ( ponte di Wheatstone )

Ponte estensimetrico completo

Celle di carico Circuito a ponte estensimetrico ( basato sul ponte di Wheatstone ) portate: da 0,5 kg a 1·106 kg alimentazione: max 10 V uscita a carico nom.: 2 ¸ 10 mV / V resistenza di uscita: 200 ¸ 500 W incertezza: da ± 0,03% f.s. prezzo: (quelle in foto) 400 euro

Trasduttore di pressione con estensimetri semiconduttivi Il GF degli estensimetri a semiconduttore è molto più elevato di quello degli estensimetri metallici sono tipici valori di GF = 200

biblioteca mks@ Trasduttori di posizione Potenziometri Manuale dei trasduttori di posizione. 16 pagine © GEFRAN Trasduttori di temperatura Termoresistori Pt100 The RTD 3 pagine © OMEGA Resistance elements and the RTDs 3 pagine © OMEGA Construction and applications of Resistance Thermometers 15 pagine © Jumo

biblioteca mks@ Trasduttori di temperatura: Termistori NTC Siemens NTC Handbook 164 pagine © Siemens Epcos NTC Handbook 12 pagine © Epcos Termistori PTC Siemens PTC Handbook 186 pagine © Siemens Resistance elements and the RTDs 3 pagine © OMEGA

biblioteca mks@ Trasduttori di deformazione Estensimetri HBM Strain Gages and Accessories 64 pagine © HBM - Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH Trasduttori di forza e pressione Celle di carico RS Strain Gages and Load Cells 10 pagine © RS HBM Technical Weighing Solutions 20 pagine © HBM - Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH