Trasduttori : notizie generali1 Trasduttori 1.Notizie generaliNotizie generali 2.DefinizioniDefinizioni 3.ClassificazioniClassificazioni 4.Parametri caratteristici:

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1 Trasduttori : notizie generali1 Trasduttori 1.Notizie generaliNotizie generali 2.DefinizioniDefinizioni 3.ClassificazioniClassificazioni 4.Parametri caratteristici: 4.1Caratteristica di trasferimentoCaratteristica di trasferimento 4.2Campo di misuraCampo di misura 4.3RisoluzioneRisoluzione 4.4SensibilitàSensibilità 4.5LinearitàLinearità 4.6PrecisionePrecisione 4.7Tempo di risposta o ProntezzaTempo di risposta o Prontezza 4.8AffidabilitàAffidabilità 4.9Campo dei valori d’uscitaCampo dei valori d’uscita 4.10Altre caratteristicheAltre caratteristiche 5.Criteri di scelta dei trasduttoriCriteri di scelta dei trasduttori

2 Trasduttori : notizie generali2 1. Notizie generali sui trasduttori I trasduttori sono i dispositivi che consentono ai sistemi di controllo automatico di conoscere con continuità il valore delle grandezze fisiche controllate Sistema di misura di un controllo automatico Trasduttore + Condizionatore Sistema misurato Sistema utilizzatore della misura Alimentazione Trasduttore Sensore Convertitore Condizionatore Segnali rilevati Sul campo Segnali comunicati al sistema preposto al controllo del processo

3 Trasduttori : notizie generali3 Sistema misurato Sistema utilizzatore della misura Trasduttore Sensore Convertitore Condizionatore Sensore: Convertitore: Condizionatore: Fornisce il segnale di base, legato alla misura della grandezza da controllare Trasforma il segnale di base, generalmente in un segnale di tipo elettrico Conferisce al segnale base convertito, le proprietà più idonee per essere interpretato dall’unità di controllo

4 Trasduttori : notizie generali4 2. Trasduttore: definizioni Trasduttore = binomio sensore - convertitore “ Un trasduttore di misura è un dispositivo che rileva un’informazione su una variabile fisica e la converte in un segnale, della stessa o diversa natura, ad essa legato da una legge di corrispondenza ben determinata” Esempio: Sensore: mercurio Convertitore : capillare Il capillare trasforma in altezza la variazione di volume del mercurio quale sensore ΔT = T 1 - T 0 V T1 = V T0 ( 1 + φ ΔT ) Termometro

5 Trasduttori : notizie generali5 3. Classificazioni dei trasduttori Caratteristica utilizzata ai fini della classificazione Grandezza misurata Apporto energetico Segnale d’uscita Ubicazione rispetto alla macchina per cui operano Fenomeno fisico sfruttato ai fini della misura Posizione: distanza Prossimità o presenza Movimento: spostamento velocità accelerazione Azione dinamica: deformazione forza coppia pressione Portata Temperatura Trasduttore attivi passivi Analogici Digitali Interni Esterni Meccanici Elettrici Elettromagnetici Ottici Acustici Ferroelettrici a semiconduttori Magnetici Termici N.B La stessa grandezza fisica può essere misurata ricorrendo a fenomeni diversi. Esempio: Temperatura: sensori termici sensori ferroelettrici con semiconduttori

6 Trasduttori : notizie generali6 Trasduttori attivi: Trasduttori passivi: Apporto energetico Il segnale in uscita è direttamente utilizzabile ovvero non occorre energia esterna. (es. il segnale non è di natura elettrica) Il segnale in uscita necessita di energia esterna per essere utilizzabile. (es. il segnale è di natura elettrica e necessita essere energizzato)

7 Trasduttori : notizie generali7 Trasduttori con segnali d’uscita analogici: Trasduttori con segnali d’uscita digitali. Forniscono un segnale d’uscita di tipo continuo e proporzionale al valore del segnale d’ingresso Forniscono un segnale d’uscita costituito da una successione di segnali di tipo binario Esempio: termostato a lamina bimetallica 1010 Tempo [sec.] V [volt] 1 : tensione presente 0 : tensione assente

8 Trasduttori : notizie generali8 Trasduttori interni: Trasduttori esterni: Ubicazione rispetto alla macchina per cui operano Installati sull’automa ( in ambito di robotica industriale ) rilevano: posizioni; velocità; accelerazione del braccio; sforzo della pinza. Misurano grandezze relative all’ambiente che circonda il robot ( distanza, il contatto, il riconoscimento)

9 Trasduttori : notizie generali9 4. Parametri caratteristici 4.1 Caratteristica di trasferimento “ La caratteristica di trasferimento di un trasduttore è costituita dalla legge matematica, rappresentabile anche graficamente, che lega la grandezza d’ingresso a quella d’uscita “ U (uscita) I (ingresso ovvero grandezza rilevata) I min I max ItIt t (tempo) I t-1 I t-2 I t+2 I t+1 UtUt UtUt Caratteristica di trasferimento per ingressi crescenti nel tempo Caratteristica di trasferimento per ingressi decrescenti nel tempo Caratteristica di trasferimento Proporzionale ideale Area d’isteresi: quantizza la dissipazione di energia nel trasferimento I/U

10 Trasduttori : notizie generali10 4. Parametri caratteristici 4.2 Campo di misura o campo di funzionamento “ Intervallo compreso tra i due valori estremi della grandezza rilevata” I min I max ItIt UtUt UtUt U (uscita) Campo di misura I min I max Valori estremi Rilevare valori esterni al campo di misura può essere pericoloso sia per il dispositivo di misura che per l’uscita

11 Trasduttori : notizie generali11 4. Parametri caratteristici 4.3 Risoluzione o potere risolutivo “ La più piccola variazione della grandezza in ingresso capace di provocare una variazione dell’uscita “ Trasduttore A Trasduttore B I U I U IiIi Ii+ΔIIi+ΔI IiIi Ii+ΔIIi+ΔI ΔI (A) = RisoluzioneΔI (B) = Risoluzione Risoluzione del trasduttore A > risoluzione del trasduttore B U (Ii) U (Ii+ΔI) ΔI (A) <ΔI (B) Valore di soglia Valore di soglia: max variazione del segnale d’ingresso necessaria per ottenere un’uscita diversa da zero U (Ii) U (Ii+ΔI) N.B. Nella realtà ogni trasduttore fornisce, in uscita, un segnale variabile a gradini

12 Trasduttori : notizie generali12 4. Parametri caratteristici 4.4 Sensibilità “Rapporto ΔU/ΔI tra la variazione della grandezza d’uscita e la variazione della grandezza d’ingresso che la provoca” Trasduttore A I U IiIi Ii+ΔIIi+ΔI U (Ii) U (Ii+ΔI) ΔIΔI ΔUΔU Angolo β 1 Sensibilità trasd. A: S A = ΔU/ΔI = tg β 1 Trasduttore B I U IiIi Ii+ΔIIi+ΔI U (Ii) U (Ii+ΔI) Ii+ΔIIi+ΔI ΔIΔI ΔUΔU Sensibilità trasd. B: S B = ΔU/ΔI = tg β 2 Angolo β 2 tg β 2 > tg β 1 S B > S A

13 Trasduttori : notizie generali13 4. Parametri caratteristici 4.5 Linearità “ Un trasduttore è detto lineare quando ha una caratteristica di trasferimento U = f(I) del tipo: U = k * I “ I U Caratteristica lineare ideale β U = k I( k = tg β ) I U β Caratteristica reale I2I2 I1I1 U r1 U i1 U r2 U i2 ΔU: errore di linearità di un trasduttore “ scostamento max ΔU tra la caratteristica teorica ideale e la caratteristica reale ( ogni trasduttore ha la sua definizione)” ΔU 1 = U i1 -U r1 ;ΔU 2 = U i2 -U r2 ΔU = -ΔU 2 = ΔU max -ΔU2-ΔU2 ΔU1ΔU1

14 Trasduttori : notizie generali14 4. Parametri caratteristici 4.6 Precisione “ Proprietà del dispositivo di fornire valori di misura il più possibile vicini ai valori veri della grandezza misurata “ I U I2I2 U e1 U m1 U e2 U m2 Andamento del valore effettivo Andamento del valore misurato I1I1 Errore assoluto: E = U e - U m U max : valore di fondo scala del trasduttore Precisione: P = E / U max * 100 La precisione del trasduttore dipende dall’errore max E max. E2E2 E1E1

15 Trasduttori : notizie generali15 4. Parametri caratteristici 4.7 Tempo di risposta o prontezza “Tempo di risposta necessario affinchè l’uscita raggiunga un valore pari ad un’elevata percentuale (90-95%) del valore di regime” I U ItIt U (It) Andamento reale Andamento ideale t [secondi] t t1t1 t2t2 t : istante in cui viene rilevata la grandezza d’ingresso I t U (It) : uscita corrispondente a I t t 1 : istante in cui l’uscita U = 90-95% U (It) t 2 : istante in cui l’uscita U = U (It) Tempo di risposta Δt = t 1 -t U=90-95% U (It)

16 Trasduttori : notizie generali16 4. Parametri caratteristici 4.8 Affidabilità “ Capacità del trasduttore di mantenere nel tempo invariati i parametri di funzionamento “ Ad essa sono connesse: Vita utile: Le condizioni d’impiego: Il sovraccarico: Durata del dispositivo: [ numero ore di funzionamento] [ numero di commutazioni ] Limiti entro i quali alcune grandezze, es. temperatura o umidità devono essere mantenute per garantire il corretto funzionamento del trasduttore Valore max, oltre il campo di misura, che può occasionalmente essere applicato senza provocare la rottura del dispositivo

17 Trasduttori : notizie generali17 4. Parametri caratteristici 4.9 Campo dei valori d’uscita Il campo dei valori di uscita: ΔV = V max - V min I min I max V Imin V (valore elettrico dell’uscita) Campo di misura V Imax I V min : valore elettrico dell’uscita corrispondente a I min V max : valore elettrico dell’uscita corrispondente a I max “Intervallo costituito dai valori elettrici estremi in uscita dal trasduttore”

18 Trasduttori : notizie generali18 4. Parametri caratteristici 4.10 Altre caratteristiche del trasduttore L’impedenza d’uscita: La risposta in frequenza: L’insensibilità ai disturbi: Il tempo di recupero: La stabilità termica: È l’intervallo di frequenza della grandezza d’ingresso per il quale la risposta del dispositivo è uniforme. Definisce il livello massimo che i disturbi possono raggiungere senza alterare la misura Esprime la reazione del trasduttore alle variazioni di temperatura È il tempo di riattivazione del dispositivo dopo un sovraccarico Impedenza misurata tra i terminali d’uscita del trasduttore; la sua conoscenza è essenziale per il corretto dimensionamento del circuito elettrico ad esso collegato.

19 Trasduttori : notizie generali19 5. Criteri di scelta dei trasduttori Il trasduttore migliore è quello che più si avvicina alle condizioni ideali: queste sono costituite da: - linearità della caratteristica di funzionamento; - elevata sensibilità; - bassa risoluzione; - tempo di risposta nullo; - assenza di fenomeni d’isteresi In ogni caso sarà bene avere:- un grande campo di misura; - un basso errore di linearità - un piccolo tempo di risposta - una bassa impedenza d’uscita - un basso costo - una buona reperibilità del dispositivo o dei suoi componenti - un soddisfacente rapporto costo/prestazioni