L. Servoli Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici 1 Trasduttori Sono dispositivi, generalmente...

L. Servoli Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici

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Trasduttori

Sono dispositivi, generalmente elettrici o elettronici, che convertono un tipo di energia relativa a grandezze meccaniche e fisiche in segnali elettrici.

Un trasduttore è talvolta definito come un qualsiasi dispositivo che converte dell'energia da una forma ad un'altra, in modo che questa possa essere rielaborata o dall'uomo o da altre macchine.


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Trasduttori

Molti trasduttori sono sia sensori sia attuatori.

Sensori: misurano una quantità fisica (temperatura, livello luminoso, velocità, forza, intensità sonore) e la trasformano in un segnale elettrico.

Attuatori: convertono un segnale elettrico in una grandezza fisica diversa (es. movimento)


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Trasduttori: Temperatura


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Trasduttori


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Trasduttori


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Trasduttori


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Trasduttore reale


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Influenza della risposta dinamica

Sistema controllato


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Influenza della risposta dinamica


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Trasduttori: TemperaturaI trasduttori di temperatura sono di molti tipi perchè devono essere usati in molti ambiti diversi.

Termocoppie: Principio: la giunzione di due metalli diversi genera una differenza di potenziale dell'ordine dei mV se i metalli sono sottoposti a differenze di temperatura.

Coefficienti tipici: 50 V / °C .Intervallo di funzionamento: -270 °C / +2500 °C.Accuratezza: 0.5 ÷ 2 °C.


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Termocoppie:

Tipo J: Ferro/Costantana (lega 55% Rame e 45% Nichel) da – 40 °C a 750 °C. Sens: 51.5 V / °C .Tipo K: Chromel (90% Nichel e 10% cromo) / Alumel (96% Nichel, 2% Manganese e 2% Alluminio) da – 200 °C a 1260 °C. Sens: 40.3 V / °C . Tipo S: Platino / Platino-Rhodio (90% Platino e 10% Rhodio) da 300°C a 1600 °C. Sens: 5.9 V / °C . Tipo T: Rame/Costantana ( 55% Rame e 45% Nichel) da -200 °C a 400 °C. Sens: 40.3 V / °C .


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Curve di risposta ditermocoppie diverse.

Occorre una calibrazione!!

Fondamentale per correlare una

grandezza con un'altra.


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Trasduttori: TemperaturaTermoresistenze: Principio: sono sensori costituiti da un filamento di un unico metallo (tipicamente il Platino o il Nichel), la cui resistenza elettrica (ohm) è, a parita di altre circostanze, unicamente funzione della temperatura a cui si trova il filamento stesso:

R = Ro (1 + αT)

Ro è la resistenza a 0°C, il coefficiente di temperatura (1/°C)T è la temperatura in °C.

Precisione: 0.02 °C – 0.2 °C

PT100

100 a 0°C


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Trasduttori: TemperaturaTermistori: Principio: sono termoresistenze che si suddividono in NTC (negative temperature coefficient) ed in PTC (positive temperature coefficient). I primi diminuiscono la lororesistenza all'aumentare della temperatura, mentre i secondi l'aumentano. Rispetto alle termoresistenze i termistori hanno una sensibilita maggiore; tuttavia essi sono meno lineari delle prime ed hanno un limitato intervallo di temperatura d'impiego (fino a circa 150°C).


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Trasduttori: TemperaturaTermistori: curve di calibrazione.....

NTC

Precisione: 0.1 °C – 0.2 °C

Dipendenza non-linearedella resistenza in funzionedella temperatura Equazione di Steinhart-Hart.

Si vede che la differenza si hasoprattutto a basse temperature.


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Trasduttori: TemperaturaTermometri a radiazione: rileva la temperatura di un corpo misurando la radiazione elettromagnetica che esso emette. Solo la piccola banda degli infrarossi in cui si ha una relazione ben definita energia-temperatura si può usareper scopi di misura (applicazioni industriali).I vantaggi maggiori di questi dispositivi sono la capacita di rilevare la temperatura di un sistema senza la necessita di un contatto fisico tra il sistema ed il trasduttore (fino a 3000°C).


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Trasduttori: TemperaturaTermometri a circuito integrato:

Sono trasduttori che sfruttano la proprieta

delle giunzioni a semiconduttore polarizzate direttamente di variare la tensione ai loro capi

al variare della temperatura.

LM35

Sensibilità 1μA/°K

Tmax

< 150 °C


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Pressione → Deformazione → Variazione di Resistenza → Variazione di Tensione

Sulla superficie di un chip viene applicato un diaframma di silicio contenente 4 resistenze collegate a ponte (Wheatstone).

La misura della grandezza fisica viene data dallo squilibrio di tensione che si crea quando sul dispositivi viene applicata la pressione.

Dopo questo circuito viene inserto un amplificatore chefornisce in uscita una tensione od una corrente variabile.

Trasduttori: Pressione


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Trasduttori: Posizione


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Trasduttori: Posizione


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Trasduttori: Velocità


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Trasduttori: Velocità


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Trasduttori: Accelerometri


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