Corso di STRUMENTAZIONE E AUTOMAZIONE INDUSTRIALE

Modulo 2.1

I trasduttori: classificazione e caratteristiche

principali

Prof. Ing. Cesare Saccani

Prof. Ing. Augusto Bianchini

Dott. Ing. Marco Pellegrini

Ing. Alessandro Guzzini

Department of Industrial Engineering (DIN) - University of Bologna

Viale del Risorgimento 2, 40136, Bologna – Italy

Corso di

STRUMENTAZIONE E AUTOMAZIONE

INDUSTRIALE

Versione 06

2

Definizioni

Caratteristiche principali

Agenda

Esempio analisi scheda tecnica

Elemento sensibile

3

I trasduttori

Definizioni

Il trasduttore è un dispositivo che viene eccitato dall’energia proveniente da un

sistema e, a sua volta, fornisce energia, solitamente sotto una diversa forma, ad

un altro sistema.

Normalmente i trasduttori vengono collegati a sistemi elettrici e quindi

forniscono un segnale in uscita di tipo elettrico. Questo segnale è funzione del

parametro fisico misurato.

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I trasduttori: attivi vs. passivi

Definizioni

• Trasduttore attivo: dispositivo di trasduzione che deriva dal fenomeno fisico

in ingresso tutta l’energia in uscita. Pertanto, il trasduttore non necessita di

alimentazione. Presenta, però, un grosso vincolo: tipologia e forma del

segnale e quantità di energia emessa sono limitate dalla natura e quantità di

energia disponibile nel fenomeno trasdotto e dalla efficienza della

conversione. Esempi: termocoppia, sensori piezoelettrici.

• Trasduttore passivo: dispositivo dotato di un ingresso fisico, di un segnale

elettrico in uscita e di un ingresso elettrico di alimentazione. Sono pertanto

estremamente affidabili e, solitamente, la sensibilità può essere regolata.

D’altro canto, il costo è solitamente più elevato rispetto ad un trasduttore

attivo.

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I trasduttori: analogico vs. digitale

Definizioni

• Trasduttore analogico: il segnale in uscita varia in continuo nel tempo. Lo

standard elettrico utilizzato può essere uno dei seguenti:

• Standard in corrente 4-20 mA;

• Standard in tensione 0-10 V;

• Segnali in tensione da termocoppie (mV).

• Trasduttore digitale: il segnale in uscita varia nel tempo in modo discreto e

l’intervallo minimo tra due valori corrisponde alla risoluzione dello

strumento.

• Lo standard elettrico è in tensione 0-5 V.

Uscita analogica

Uscita digitale

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Definizioni

Il vantaggio del trasduttore analogico è quello di avere una risoluzione (*)

praticamente nulla; questo consente un livello di rilevazione e controllo

estremamente elevato sulla variabile controllata.

Il trasduttore digitale, di contro, offre maggiore versatilità ed un più agevole

trattamento del segnale in uscita, perdendo però in risoluzione. Inoltre,

attraverso i doppini (**) è possibile comunicare più di un segnale.

(*) Risoluzione: la minima variazione della grandezza in uscita che il trasduttore

può fornire a fronte di una variazione della variabile in ingresso.

(**) Doppino: è un tipo di cablaggio (linea di trasmissione) composto da una

coppia di conduttori in rame isolati, utilizzato per la trasmissione delle

comunicazioni telefoniche e dati.

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Definizioni

Inoltre, il traduttore digitale offre quattro ulteriori vantaggi:

Progettazione più semplice del circuito;

Eliminazione più semplice dei disturbi (rumori) presenti sul segnale;

Possibilità di interfaccia diretta con un microprocessore all’uscita;

Bidirezionale: oltre che ricevere informazioni è possibile modificare i

parametri dello strumento da remoto.

Il progettista, in base al contesto dell’applicazione ed alla disponibilità

economica opterà per un trasduttore digitale piuttosto che analogico.

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Definizioni


Agenda


Elemento sensibile

9

I trasduttori: elemento sensibile

L’elemento sensibile

Il sensore è l’elemento sensibile che converte la grandezza fisica oggetto della

misura in ingresso al trasduttore in una grandezza fisica in uscita facilmente

acquisibile per via elettrica.

In molti casi la distinzione tra sensore e trasduttore non è così netta e delineata,

tanto che nella letteratura tecnica e nella pratica comune i due termini sono

frequentemente utilizzati come sinonimi.

Una ulteriore classificazione dei trasduttori può quindi essere effettuata in base

al principio di funzionamento dell’elemento sensibile (sensore).

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Trasduttore capacitivo

Nei trasduttori con elemento sensibile di tipo capacitivo alla variazione della

variabile misurata corrisponde una variazione della capacità (*) di un

condensatore (**).

(*) capacità elettrica C: grandezza fisica scalare, misurata in Farad (F), che

quantifica l'attitudine di un corpo conduttore ad accumulare carica elettrica q

qualora sia dotato di un potenziale elettrico ∆V rispetto all'ambiente o sia

soggetto di una differenza di potenziale elettrico rispetto ad altri corpi

conduttori.

C = q / ∆V

(**) condensatore: il condensatore o capacitore è un componente elettrico che

ha la capacità di immagazzinare energia elettrostatica. E’ un componente ideale

che può mantenere la carica e l'energia accumulata all'infinito.

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Esempio di trasduttore capacitivo

Misuratore di pressione PMC 71 (Produttore: Endress-Hauser).

La pressione di processo p esercita una forza sulla

membrana che provoca la variazione della

distanza compresa fra i due elettrodi (di cui uno a

contatto con la parte di processo, mentre l’altro

risulta fisso).

La variazione della distanza provoca

conseguentemente una variazione della capacità

C che può essere associata alla variazione di

pressione p secondo la relazione proporzionale:

𝐶 =𝜀𝑆

𝑑∝ 𝑝

dove e è la costante dielettrica (*) del mezzo

(F/m), S è la superficie dei due elettrodi (m2) e d è

la distanza interposta (m).

Misura relativa alla

pressione

atmosferica

Misura di pressione

assoluta

Elettrodi

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Esempio di trasduttore capacitivo

(*) La costante dielettrica: grandezza fisica

scalare solitamente indicata con ε che

rappresenta la propensione di un mezzo ad

opporsi all'intensità della forza elettrica

presente al suo interno.

La costante dielettrica del vuoto ε0 risulta

pari a 8,854·10-12 C2/(N·m2).

La costante dielettrica ε degli altri materiali

viene solitamente definita come multiplo

della costante dielettrica del vuoto, essendo

ε0 il valor minimo possibile. Il fattore di

moltiplicazione viene definito costante

dielettrica relativa εR.

ε = ε0 · εR

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Trasduttore elettroacustico

Il trasduttore con elemento sensibile di tipo elettroacustico converte segnali

sonori (*) in grandezze elettriche che sono associati alla variabile misurata.

(*) segnale sonoro: il suono è un'oscillazione compiuta dalle particelle (atomi e

molecole) in un mezzo fisico di propagazione. Quando il suono si propaga in un

mezzo fluido le oscillazioni sono spostamenti delle particelle, intorno alla

posizione di riposo e lungo la direzione di propagazione dell'onda, provocati da

movimenti vibratori, provenienti da un determinato oggetto, chiamato sorgente

del suono, il quale trasmette il proprio movimento alle particelle adiacenti,

grazie alle proprietà meccaniche del mezzo.

Rappresentazione qualitativa di un segnale sonoro

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Esempio di trasduttore elettroacustico

Il misuratore di portata Prosonic Proline (Endress Hauser).

Si consideri una condotta attraversata da una portata

Q. Il trasduttore immette all’interno della condotta un

segnale acustico al tempo tb dal sensore a. All’istante

ta il sensore b riceve il segnale acustico. La distanza

tra i due sensori è nota e pari a L (m). La velocità del

fluido v risulta essere proporzionale all’intervallo

temporale fra il momento di generazione e di

ricevimento del segnale. Dunque la portata può

essere calcolata secondo la relazione:

𝑸 = 𝒗 ∙ 𝑨 ∝𝑳

𝒕𝒂 − 𝒕𝒃

Q è la portata di fluido (m3/s), A è la sezione della

condotta (m2), e v è la velocità del fluido (m/s).

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Trasduttore elettromagnetico

Il trasduttore con elemento sensibile di tipo

elettromagnetico rileva lo spostamento causato dalla forza

di Lorentz (*) su particelle cariche in movimento.

(*) Forza di Lorentz: una carica Q che si muove all’interno di

un campo magnetico B con velocità v esercita una forza

(forza di Lorentz) pari a:

𝑭𝑳 = 𝑸 ∙ 𝒗 × 𝑩

Come si vede dall’equazione vettoriale, le particelle positive

sono separate da quelle negative secondo due traiettorie

differenti. Al contrario, in caso di assenza di moto (v=0) la

forza di Lorentz è nulla e non si assiste alla separazione

delle cariche.

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Esempio di trasduttore elettromagnetico

Misuratore di portata volumetrica Promag (Produttore Endress Hauser).

Si consideri un fluido elettricamente conduttivo

(ovvero con presenza di cariche elettriche libere)

che passa attraverso una condotta. All’interno di

un tratto noto di condotta viene realizzato un

campo magnetico di intensità nota B attraverso

due bobine. Allora sulle particelle è esercitata una

forza che ne devia la propria traiettoria secondo il

fenomeno dedotto da Lorentz. Inserendo due

elettrodi in posizione diametralmente opposta è

così possibile osservare una forza elettromotrice

(fem) proporzionale alla velocità del fluido e quindi

alla portata. Se il fluido non si muove, la fem

generata è nulla.

𝑓𝑒𝑚 𝑉 ∝ 𝑣

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Trasduttore piezoelettrico

Il trasduttore con elemento sensibile di tipo piezoelettrico

(*) sfrutta l’originarsi di una polarizzazione elettrica su facce

opposte di materiali sottoposti a sollecitazioni (stress)

fisiche.

(*) piezoelettricità: è la proprietà di alcuni materiali cristallini

(ad esempio quarzo, titanato di bario e litio) di polarizzarsi

generando una differenza di potenziale quando sono

soggetti a una deformazione meccanica (effetto

piezoelettrico diretto), oppure di deformarsi in maniera

elastica quando sono sottoposti ad una tensione elettrica

(effetto piezoelettrico inverso o effetto Lippmann). Questo

effetto piezoelettrico si manifesta solo lungo una

determinata direzione e le deformazioni a esso associate

sono dell'ordine del nanometro.

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Esempio di trasduttore piezoelettrico

Misuratore di pressione.

La pressione esercitata sulla membrana comporta una

compressione dell’elemento piezoelettrico (disco)

situato tra la membrana stessa e l’elemento isolante.

Tale compressione provoca una differenza di

potenziale ∆V rilevabile ai capi di due fili conduttori

solidali a due elettrodi posti sulle facce del disco di

materiale piezoelettrico proporzionale alla pressione.

La membrana è solitamente solidale ad un coperchio

filettato finalizzato a garantire un precarico tale da

ottenere frequenze naturali differenti dalle frequenze

della pressione dinamica agente sull’elemento

sensibile evitando la risonanza del cristallo.

Membrana

Disco

piezoelettrico

Isolante

Coperchio

e corpo

Cavi

elettrici

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Trasduttore resistivo

Il trasduttore resistivo converte una grandezza fisica in una grandezza elettrica

sfruttando la variazione di resistenza (*) dell’elemento sensore.

(*) Resistenza elettrica: se si considera un conduttore di lunghezza l, sezione Se resistività r, la resistenza R offerta al passaggio di corrente risulta essere

pari a:

𝑹 = 𝝆𝒍

𝑺, 𝒄𝒐𝒏 𝝆 = 𝝆𝟎 ∙ [𝟏 + 𝜶 𝑻 − 𝑻𝟎 ]

I trasduttori resistivi sfruttano la variazione di uno dei tre parametri per ottenere

la misura della grandezza fisica:

• I trasduttori di spostamento sfruttano variazioni di lunghezza l;

• I trasduttori di deformazione sfruttano le variazioni del rapporto l/S;

• I trasduttori di temperatura, umidità e portata sfruttano le variazioni di

resistività dovute a variazioni di temperatura.


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Trasduttore magnetoresistivo

Il trasduttore con elemento sensibile di tipo magnetoresistivo sfrutta la capacità,

detta magnetoresistenza (*), di alcuni materiali di cambiare la propria resistenza

in funzione del campo magnetico in cui sono immersi.

(*) Magnetoresistenza: è la proprietà di alcuni materiali di cambiare il valore

della loro resistenza elettrica in presenza di un campo magnetico esterno.

L'effetto venne scoperto da Lord Kelvin nel 1856. I primi materiali studiati

mostrarono una variazione massima del 5% della resistenza elettrica e vengono

detti a magnetoresistenza ordinaria (OMR). Recenti scoperte hanno portato alla

identificazione di materiale in grado di ampliare tale variazione massima.

21

Definizioni


Agenda


Elemento sensibile

22

I trasduttori: caratteristiche

Caratteristiche degli strumenti di misura

Ogni trasduttore è caratterizzato da un insieme di parametri che ne specificano

in maniera quantitativa e qualitativa le caratteristiche.

A seconda del fenomeno fisico da misurare e delle particolari condizioni

applicative, il progettista sceglie il trasduttore più adatto sulla base dell’analisi

delle suddette caratteristiche.

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Campo di misura o portata (range)

E’ l’insieme dei valori che può assumere il misurando entro il quale, se sono

rispettate le condizioni operative, lo strumento funziona secondo le specifiche

fornite.

Si esprime usualmente con una coppia di valori che identificano un minimo ed

un massimo.

In assenza di ulteriori dati, il campo di misura va assunto anche per definire i

limiti fisici di impiego dello strumento allo scopo di evitare rotture o

danneggiamenti.

In alternativa, il costruttore può fornire informazioni sul campo di sicurezza, cioè

l’insieme dei valori che lo strumento è in grado di rilevare senza che la

funzionalità dello strumento venga alterata in modo permanente.


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Campo di misura o portata (range) – definizioni

LRL: Lower Range Limit

URL: Upper Range Limit

LRV: Lower Range Value

URV: Upper Range Value

Il campo di lavoro viene definito in base alla applicazione specifica.

Span: URV-LRV – è la differenza algebrica tra i limiti superiore e inferiore del

campo di lavoro. Rappresenta dunque l’ampiezza del campo di lavoro.

Campo di misura (design range)

Campo di lavoro (operative range)

Campo di misura

Campo di lavoro


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Tempo di risposta

Identifica il tempo impiegato dal trasduttore ad adeguare la rilevazione della

grandezza in ingresso al 90% del nuovo valore che essa assume quando tale

grandezza subisce una variazione.

Il tempo di risposta si misura in secondi (s): questo parametro viene rilevato imponendo una variazione

istantanea a gradino della grandezza fisica e rilevando il tempo impiegato dal trasduttore a rilevare il nuovo

valore assunto dalla grandezza.


Il tempo di risposta si compone di:

t0: tempo morto → è il tempo che intercorre tra la

variazione dell’ingresso e il momento in cui il sistema

raggiunge il 5% del valore di regime; in questo

intervallo il sistema non risponde e quindi tale tempo

deve essere più piccolo possibile.

t90: tempo di salita → è il tempo che il sistema

impiega per passare dal 10% al 90% del valore di

regime.

N.B.: esiste anche un tempo morto dell’impianto,

inteso come tempo che intercorre tra la lettura su di

uno strumento e la lettura sul medesimo strumento

nel ciclo di acquisizione dati.

t90t0

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Tempo di risposta

Il tempo di risposta diventa importante quando dobbiamo misurare una

grandezza variabile in condizioni dinamiche.


• t1: tempo morto (dead time) = t0

• t3: costante di tempo (time constant) = t90

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Sensibilità (sensitività, guadagno)

La sensibilità (o sensitività, guadagno) è definita analiticamente come la

derivata dell’uscita qo rispetto l’ingresso qi, e si può misurare come il rapporto

tra la variazione dell’uscita Δqo sulla variazione dell’ingresso Δqi.

A parità di variazione della grandezza in ingresso, lo strumento più sensibile

fornisce in uscita un segnale più grande.

Sensibilità = dqo/dqi ~ Δqo/Δqi

Sensibilità lineare → Δqo/Δqi = K (costante) Sensibilità non lineare


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Nello studio della qualità di uno strumento può assumere rilievo anche l’effetto

che gli ingressi non desiderati, quali interferenze o modifiche di parametri non

controllati, possono avere sulla sensibilità.

Gli effetti negativi sulla sensibilità più

frequenti sono:

- Deriva dello zero (Zero Drift):

presenza di una lettura non nulla anche

in mancanza di segnale in ingresso (off-

set).

- Deriva della sensibilità (Sensitivity

drift): la sensibilità varia rispetto

all’andamento nominale, che si verifica

solo in determinate condizioni (ad

esempio, di temperatura ambiente).


29



(TD = Turndown)

(TD = Turndown)

30

Isteresi (hysteresis)

L’isteresi indica la tendenza di uno strumento di esibire valori di lettura diversi

in corrispondenza dello stesso misurando, quando questo è fatto variare per

valori crescenti o decrescenti.

L’isteresi è valutata come la massima

differenza fra i valori della grandezza d’uscita

corrispondenti al medesimo misurando,

quando si considerano tutti i possibili valori

entro il campo di misura, ed ogni valore viene

raggiunto, prima partendo dall’estremo

inferiore, poi partendo dall’estremo superiore.


31

Risoluzione (Resolution)

La risoluzione è definita come la minima variazione della grandezza in uscita

che il trasduttore può fornire a fronte di una variazione della variabile in

ingresso, valutata rispetto alla massima escursione che la stessa grandezza può

assumere in uscita.

R = ΔGout min / ΔGout FS

R: risoluzione

ΔGout min: variazione minima in uscita;

ΔGout FS: differenza tra fondo scala e valore di inizio scala (range).

Minore è la risoluzione, maggiore è la qualità dello strumento.


32

Risoluzione (Resolution)

Nelle misure reali si presentano almeno due fonti in grado di limitare la

risoluzione di uno strumento:

Limitazioni strumentali: derivano dalla struttura interna dello strumento di

misura e ne limitano la capacità a reagire a piccole variazioni del misurando. Le

fonti di queste limitazioni sono il principio di funzionamento, la struttura fisica o

la perfezione nella realizzazione (ad esempio: rumori di fondo dell’elettronica,

bloccaggio per l’attrito tra componenti mobili, deformazione di parti mobili).

Limitazioni di lettura: derivano dalla capacità di leggere le piccole variazioni sul

visualizzatore dello strumento di misura. Le fonti di queste limitazioni

dipendono sia dalla struttura della scala, che derivanti dalla capacità di lettura

dell’operatore (ad esempio: numero di cifre significative, errore di parallasse,

lunghezza della gradazione e dimensione dell’indice, esperienza dell’operatore

nel leggere l’indice nella scala graduata).


33

Ripetibilità (Repeatability)

La ripetibilità indica il grado di concordanza tra i risultati di misure ripetute dello

stesso misurando, effettuate in condizioni estremamente controllate di misura e

in un breve intervallo temporale.

La ripetizione di una misura, anche se effettuata lasciando immutate le

metodologie di misura impiegate, non produce valori uguali, ma affetti da una

certa dispersione a causa di fonti di errore casuale non controllabili

dall’operatore.

Queste ultime sono un naturale effetto dell’impossibilità pratica di controllare

alla perfezione tutte le infinite fonti di influenza di una misura. Quello che è

fondamentale, nella pratica, è che le discordanze non siano così ampie da

rendere la misura non significativa.


34

Riproducibilità (stabilità, long term stability)

La riproducibilità è il valore che stima il grado di concordanza delle misurazioni

fatte di un identico misurando al variare di uno o più parametri controllabili di

prova.

Il concetto è molto simile e spesso intercambiabile con quello di stabilità di una

misura ovvero la stima della dispersione delle misure di una stessa grandezza

su un lungo periodo temporale.

La riproducibilità può quindi essere intesa come capacità dello strumento di

fornire la stessa misura anche quando impiegato in condizioni diverse da quelle

strettamente nominali, facendo così intervenire tutte le modifiche della

condizione di misura che possono presentarsi nell'uso normale (ad esempio, al

variare di temperatura, umidità, pressione atmosferica, … ).


35

Riproducibilità (stabilità, long term stability)

Cerabar – trasduttore pressione relativa


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Riproducibilità vs. Ripetibilità

La procedura per la determinazione della riproducibilità è simile a quella per la

definizione della ripetibilità, ma prevede che l’intervallo di tempo che intercorre

fra le due ripetizioni della prova sia sufficientemente lungo da far variare le

condizioni di impiego.

La riproducibilità permette di stimare l’incertezza prodotta in una certa

operazione di misura da cause accidentali frequenti.

Esempio:

Le norme ISO sulla taratura dei dinamometri richiedono che nel corso della

valutazione della riproducibilità il sensore, che è uno strumento portatile, venga

smontato e riposto almeno una volta nel suo imballo come se dovesse essere

trasportato, prima della ripetizione delle misure.


37

Precisione (Precision)

La precisione è una misura del grado di dispersione dei dati attorno al valore

della media campionaria, ovvero la deviazione standard (o varianza).

La precisione è una caratteristica globale che considera la dispersione di valori

prodotta da variazioni casuali non ripetibili e comprende simultaneamente tutti

gli elementi trattabili in termini statistici.

La dispersione dei dati attorno al valore medio viene spesso modellata

attraverso delle funzioni di densità di probabilità limitate allo scopo di poter

definire il valore massimo di perturbazione della misura.


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Bias

Con il termine bias si intende lo scarto del valore medio di una serie di misure

ripetute dal valore vero o valore atteso della grandezza fisica misurata.

Pertanto, se la precisione costituisce una stima dell’influenza dell’errore

casuale, il bias coincide con l’errore sistematico dello strumento.


Valore

«reale»Valore medio

misurato

Grado di dispersione

(precisione)

Bias

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Accuratezza (Accuracy)

L’accuratezza è la caratteristica che definisce la capacità dello strumento di

fornire una singola lettura vicina al valore effettivo della grandezza misurata.

L’accuratezza, pertanto, prende in considerazione sia la precisione che il bias,

inglobandoli in un unico parametro.

L’accuratezza è valutata come il massimo scostamento tra il valor medio,

desunto attraverso una o più misure, dal valore reale o, per meglio dire, da

quello assunto come riferimento. L’accuratezza indica quindi l'errore di misura.

Anche l’accuratezza, come la precisione, è una caratteristica globale.

Nel caso di strumento calibrato, l’errore di bias può essere considerato nullo: in

questo caso, quindi, accuratezza e precisione coincidono.


40

Accuratezza (Accuracy)

L’errore può essere espresso in termini di percentuale della lettura attuale o del

fondoscala dello strumento.

Nella definizione «mista» la percentuale del fondoscala viene adottata per

definire il campo di linearità in prossimità dello zero, dove l'errore percentuale

sulla lettura potrebbe essere alto, mentre l’errore percentuale viene adottato per

la rimanente porzione del campo di lavoro.

Errore lineare Errore sul fondo scala Errore «misto»


41

Classe di precisione (Precision Class)

La classe di precisione Cp esprime un valore che rende confrontabile

l’accuratezza di strumenti diversi e si esprime come rapporto tra errore di

misura e fondoscala dello strumento:

Cp = |xm-xv|/P*100

xm: valore misurato

xv: valore «reale»

P: fondoscala

Gli indici di precisione rappresentano i limiti di errore percentuale, ovvero i limiti

della distribuzione rettangolare espressi ad un livello di confidenza del 100%,

che uno strumento, appartenente a tale classe, non deve superare, su tutto il

campo di misura, nelle condizioni di riferimento indicate dal costruttore.


42

Classe di precisione (Precision Class)

La tabella riporta varie classi di strumenti e il loro campo tipico di applicazione.


Classe Errore a fondo scala Applicazioni

5 ±5,00% Strumenti normali.

2.5 ±2,50% Strumenti normali.

1.5 ±1,50% Strumenti di precisione.

1.0 ±1,00% Strumenti di precisione per collaudi e verifiche.

0.5 ±0,50% Strumenti di precisione per misure di laboratorio.

0.3 ±0,30% Strumenti di precisione per misure di laboratorio.

0.2 ±0,20% Strumenti di grande precisione per misure di laboratorio.

0.1 ±0,10% Strumenti campione.

0.05 ±0,05% Strumenti campione.

43

Turn-down (rangeability)

Il turn-down (TD) o rangeability è il rapporto tra il fondoscala e il minor valore,

normalizzato all’unità, per il quale sono valide determinate caratteristiche di

accuratezza e precisione dello strumento.

Un valore elevato di rangeability è pertanto indice di applicabilità del sensore in

un ampio campo di misura.

Ad esempio:

Un sensore di pressione differenziale con TD 20:1, con fondo scala di 1 bar e

accuratezza dell’1% sul valore istantaneo, misura, con tale accuratezza,

pressioni comprese tra 1 bar e 50 mbar.


44

Turn-down (rangeability)

Prowirl (misuratore portata Von Karman)


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Accuratezza di riferimento (reference accuracy): include la non linearità (DIN EN

61298-2 3.11), l’isteresi (DIN EN 61298-2 3.13) e la non ripetibilità (DIN EN 61298-2

3.11). Viene calcolata in accordo con la DIN EN 60770.

I trasduttori: esempio scheda tecnica

46

I trasduttori: esempio scheda tecnica


Performance totale: include le non linearità dovute all’isteresi, la non

riproducibilità, e le variazioni di temperatura del punto di zero.

Tutte le specifiche si applicano al range di temperatura [-10; 60°C].

47

Definizioni


Agenda


Elemento sensibile

48

Esempio

Si consideri l’utilizzo di un trasduttore per la misura di pressione assoluta e

differenziale.

Produttore: Emerson;

Modello Rosemount 2051T in line pressure transmitter;

I trasduttori: esempio applicativo

49

Esempio

1. Pressure range:

Lo strumento è disponibile in diverse versioni che offrono range misurabili

differenti.


50

Esempio

1. Pressure range. Ipotizziamo di scegliere il range n°2 (URL=150 psi, LRL=0 psi).

La tabella ci dice anche che il campo di lavoro (span) minimo è pari a 1.5 psi

(100:1 del fondoscala).


51

Esempio

2. Tempo di risposta. Tempo totale di risposta pari a 100 ms (con protocollo HART),

di cui 60 ms di tempo morto.


52

Esempio

3. Accuratezza: nel termine sono presenti la linearità, l’isteresi e la ripetibilità.

Dipende anche dal range di misura.

Esempi:

Span = 15 psi (10:1)

Accuratezza ± 0.01125 psi

Span = 150 psi (1:1)

URL = 150 psi


Span 50 psi (3:1)

URL = 150 psi


Strumento P8

Span = 15 psi (10:1)



53

Esempio

4. Riproducibilità (Long term stability).

Esempi:

URL 150 psi

Riproducibilità ± 0.1500 psi per 2 anni

Strumento P8

URL 150 psi

Riproducibilità ± 0.1875 psi per 5 anni


54

Esempio

5. Influenza della temperatura ambiente sull’errore di misura (bias).

Esempi:

URL 150 psi, span 150 psi (1:1)

Bias ± 0.450 psi

Strumento P8

Bias ± 0.225 psi


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Esempio

Si consideri l’utilizzo di un trasduttore di pressione per la misura della pressione

di un olio idraulico ad alta pressione all’uscita di una pompa.

Produttore: Gefran;

Modello Gefran KS;


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Esempio


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Caratteristiche dello strumento

1. Campo di misura:

Lower Range Limit (LRL): 1 bar;

Upper Range Limit (URL): 1000 bar;

2. Tempo di risposta:

Costante di tempo: < 1 ms

3. Isteresi:

+0,1% Fondo Scala (valore tipico); + 0,15% Fondo Scala (max.);

4. Ripetibilità:

±0,025% Fondo Scala (valore tipico); +/- 0,05% Fondo Scala (max.)

5. Riproducibilità (stabilità):

<0,2% Fondo Scala all’anno

6. Accuratezza a temperatura ambiente (tiene conto di non linearità, isteresi,

ripetibilità, zero offset e span offset in accordo alla IEC 61298-2):

< ± 0,5% Fondo Scala


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