seconda lezione

M. Casella, a.a. 2009/2010 1M. Casella, a.a. 2009/2010 1

CDL in Tecniche Ortopediche

Misure Elettriche ed Elettroniche

Anno Accademico 2009/2010

Docente Michele Casella

Numero di Crediti 1

SSD ING-INF/07

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II

SSEENNSSOORRII

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II lezione –I sensori:

Importanza, caratteristiche e utilitImportanza, caratteristiche e utilitàà

Sensori di Temperatura: la termocoppiaSensori di Temperatura: la termocoppia

Sensori di Forza: lSensori di Forza: l’’estensimetroestensimetro

Sensore di posizione: il potenziometroSensore di posizione: il potenziometro

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Importanza, caratteristiche e utilitImportanza, caratteristiche e utilitàà

Introduzione e definizioniIntroduzione e definizioni

Classificazione dei sensoriClassificazione dei sensori

Parametri fondamentaliParametri fondamentali

Effetti fisici coinvoltiEffetti fisici coinvolti

Qualche applicazioneQualche applicazione

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Applicazione dei sensoriApplicazione dei sensori• Misure per la determinazione di una grandezza

• Controlli di produzione industriale, robotica, tecnologica

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Tecnologie produzione sensoriTecnologie produzione sensori

• A semiconduttore (dispositivi integrati, funzionamento limitato in temperatura, di basso costo)

Optoelettronica (ambienti particolarmente “rapidi”, vasto range di temperatura ma limite di sensibilità, di costo alto)

• Tradizionale (resistivi, capacitivi, induttivi)

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CosCos’è’è un sensore ?un sensore ?

sinonimi o affini:sinonimi o affini: sensori, rivelatori, trasmettitori, celle, gage, pickup...

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••……Un dispositivo che fornisce una risposta utilizzabile in Un dispositivo che fornisce una risposta utilizzabile in

risposta ad una specifica variabile misuratarisposta ad una specifica variabile misurata (ANSI MC6.1 1975 “Electrical Transducer Nomenclature and Terminology”)••……LL’’elemento primario di una catena di misura che converte elemento primario di una catena di misura che converte

una variabile in ingresso in un segnale adatto alla misurauna variabile in ingresso in un segnale adatto alla misura

(IEC Draft 65/84)••……Uno strumento di misura monoparametrico che transduce Uno strumento di misura monoparametrico che transduce

un parametro fisico in un corrispondente segnale elettrico un parametro fisico in un corrispondente segnale elettrico

con significativa fedeltcon significativa fedeltàà (Wolber e Wise)••……Un trasduttore in ingresso di un sistema di processazione Un trasduttore in ingresso di un sistema di processazione

delldell’’informazioneinformazione (Middelhoek e Noorlag)


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Vista fronte e retro di un sensore...Vista fronte e retro di un sensore...


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ComCom’è’è fatto un sensore ? fatto un sensore ?


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E’ un dispositivo che riceve unriceve un’’informazione mediante un informazione mediante un segnale di ingressosegnale di ingresso costituito da una determinata grandezza fisica (misurando) e la restituisce mediante la restituisce mediante un segnale dun segnale d’’uscita costituito da una grandezza fisicauscita costituito da una grandezza fisicadiversa, più adatta alle successive elaborazioni

Che cosChe cos’è’è un sensore ? un sensore ? CosCos’è’è un sensore ?un sensore ?

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Esistono tanti tipi diversi di sensori !!Esistono tanti tipi diversi di sensori !!

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sensori sensori ““intelligentiintelligenti”” (smart sensors)(smart sensors)

sensori che interagiscono con l’ambiente esterno...forniscono risposte (segnali) “elaborando” in modo intelligente segnali in ingresso..

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I sensori intelligenti in particolare consentono di implementarefunzionalità avanzate come il ““data sheet elettronicodata sheet elettronico””, , l'autoidentificazione, la calibrazione intelligente, la l'autoidentificazione, la calibrazione intelligente, la preelaborazione dei dati, le funzioni di comunicazione per il preelaborazione dei dati, le funzioni di comunicazione per il monitoraggio remoto e la configurazione da remotomonitoraggio remoto e la configurazione da remoto.


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SENSORI ANTI INTRUSIONESENSORI ANTI INTRUSIONE1. I SENSORI ALLE PORTE E FINESTRE E I SENSORI VOLUMETRICI A INFRAROSSI RILEVANO UN TENTATIVO DI INTRUSIONE E LO SEGNALANO ALLA CENTRALE ANTIFURTO

2. LA CENTRALE ANTIFURTO TRASMETTE UN ALLARME ALLA CENTRALE OPERATIVA H24

3. LA CENTRALE OPERATIVA ALLERTA LE FORZE DELL’ORDINE

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SENSORI ANTI INCENDIOSENSORI ANTI INCENDIO

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Differenza!!Differenza!!

SENSORE SENSORE la grandezza di ingresso è di qualsiasi natura, mentre l’uscita èuna grandezza elettrica

TRASDUTTORE TRASDUTTORE converte una converte una

forma di energia in unforma di energia in un’’altraaltra (e.g. altoparlante).

N/B un trasduttore è un sensore, non sempre un trasduttore è solo un sensore (a volte fa qualcosa di più!)

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……Un dispositivo che a Un dispositivo che a seguito di uno seguito di uno stimolo stimolo elettrico, meccanico o elettrico, meccanico o chimicochimico produce un produce un segnale elettricosegnale elettrico

Ai fini del nostro corso un sensore Ai fini del nostro corso un sensore èè......

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Going into depthGoing into depth -- Classificazione dei sensoriClassificazione dei sensoriSulla base della tencnologia e del principio fisico utilizzato (ottico, piezoelettrico,...)

Funzione svolta e grandezza di misurare (m, K, ...)

Particolare settore cui sono destinati

In base al loro comportamento energetico

Sensori passiviSensori passiviGenerano direttamente un segnale elettrico in risposta ad Generano direttamente un segnale elettrico in risposta ad uno stimolo esternouno stimolo esterno

Sensori attiviSensori attiviRichiedono una potenza esterna per funzionare (segnale di Richiedono una potenza esterna per funzionare (segnale di eccitazione)eccitazione)

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Tipi di sensori passiviTipi di sensori passivi

Classi ed esempi Natura del sensore Misurando e applicazioni

Resistore a filo Resistenza variabile in un potenziometro Dimensioni, spostamento

Strain-gage Resistenza variabile con lo sforzo Sforzi, coppie, forze, pressioni

Termometri a resistenza Spira o termistore con variazioni di resistenza

Temperatura, effetti termici, calore irradiato

Cellule fotoconduttive Resistenze variabili con radiazioni incidenti

Relè sensibili alla luce o a radiazioni infrarosse

Misuratori di traferro Variazioni di induttanza con campo magnetico Spessori, spostamenti, pressioni

Sensore a magnetostrizione Proprietà magnetiche variabili con sforzi Suoni, pressioni, forze

Sensore a effetto Hall Interazioni campo magnetico corrente Forza del campo, correnti

Condensatore variabile Variazioni di capacità per lunghezza o area Spostamenti, pressioni

Microfono a condensatore Variazioni capacità per pressione del suono Voce, musica, rumori, vibrazioni

Dielettrico Variazioni nel dielettrico Livelli, spessori

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Tipi di sensori attiviTipi di sensori attivi

Classi ed esempi Natura del sensore Misurando e applicazioni

Sensori ad equipaggio mobile Movimento relativo tra magnete ed equipaggio

Velocità di vibrazione, velocità di spostamento

Termocoppie Metalli diversi a diverse temperature

Temperature, radiazioni, flussi di calore

Sensori piezoelettrici Compressione del quarzo o altro cristallo

Vibrazioni, accelerazioni, suoni, pressioni

Cellule fotovoltaiche Generazione in

semiconduttori di tensione dalla luce solare

Esposizione, luce

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Alcuni parametri fondamentali dei sensoriAlcuni parametri fondamentali dei sensoriSensibilitSensibilitàà

RisoluzioneRisoluzione

Taratura (Calibrazione)Taratura (Calibrazione)

RipetibilitRipetibilitàà

StabilitStabilitàà

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SensibilitSensibilitàà

Rapporto tra la variazione del segnale in uscita al trasduttore e variazione del segnale in uscita al trasduttore e la corrispondente variazione della grandezza in ingressola corrispondente variazione della grandezza in ingresso (es: per la termocoppia rame-costantana circa 45 V/°C ).

RisoluzioneRisoluzione

La risoluzione corrisponde con la pila piùù piccola quantitpiccola quantitàà che può che può essere misurataessere misurata; ovvero con la minima variazione dell'ingresso minima variazione dell'ingresso che provoca un'apprezzabile variazione in uscitache provoca un'apprezzabile variazione in uscita.

Taratura (Calibrazione)Taratura (Calibrazione)

L'operazione di taratura di un trasduttore corrisponde con la la misurazione della grandezza di uscita per valori noti della misurazione della grandezza di uscita per valori noti della grandezza di ingresso al trasduttore stessograndezza di ingresso al trasduttore stesso.

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RipetibilitRipetibilitàà

Attitudine del trasduttore a fornire valori della grandezza in fornire valori della grandezza in uscita poco diversi tra lorouscita poco diversi tra loro, a parita paritàà di segnale di ingressodi segnale di ingresso, nelle stesse condizioni di lavoro.

StabilitStabilitàà

Capacità del trasduttore a conservare inalterate le sue conservare inalterate le sue caratteristiche di funzionamento per un certo intervallo di caratteristiche di funzionamento per un certo intervallo di tempotempo (lungo, medio, breve).

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AffidabilitAffidabilitàà

E’ l’ attitudine del sensore a fornire specificate attitudine del sensore a fornire specificate prestazioni sotto determinate condizioniprestazioni sotto determinate condizioni e per un certo periodo

E’ espressa in termini statistici come la probabilittermini statistici come la probabilitàà che il che il dispositivo funzioni senza guasti per un tempo specificatodispositivo funzioni senza guasti per un tempo specificato(nelle specificate condizioni di utilizzo)

{ } ∫=−=>=−

t

tdtt

etFtTPtR 0)(

)(1)(λ

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Principali effetti fisici coinvoltiPrincipali effetti fisici coinvolti

Variazione di resistenza, capacitVariazione di resistenza, capacitàà induttanzainduttanza

Induzione elettromagneticaInduzione elettromagnetica

Effetto termoelettrico (Seebeck, Peltier) e Effetto termoelettrico (Seebeck, Peltier) e termoresistivo termoresistivo

Effetto piezoelettrico, piroelettrico, Effetto piezoelettrico, piroelettrico, piezoresistivopiezoresistivo

Effetto fotoconduttivo e fotovoltaicoEffetto fotoconduttivo e fotovoltaico

Sistemi ad ultrasuoni Sistemi ad ultrasuoni

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Sensori resistiviSensori resistivi

•• Sensori a grande variazioni di resistenza:Sensori a grande variazioni di resistenza:

(e.g.) Potenziometri (next slide)(e.g.) Potenziometri (next slide)

•• Sensori a piccola variazione di resistenza:Sensori a piccola variazione di resistenza:

estensimetri (piezoresistenze) estensimetri (piezoresistenze)

termoresistenze e termistoritermoresistenze e termistori

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Sensori potenziometrici Sensori potenziometrici

Un potenziometro costituisce un sensore di Un potenziometro costituisce un sensore di posizione o di spostamentoposizione o di spostamento

la resistenza elettrica dipende linearmente la resistenza elettrica dipende linearmente dalla lunghezza del conduttoredalla lunghezza del conduttore

la misura di resistenza si traduce in una la misura di resistenza si traduce in una misura di tensione (V)misura di tensione (V)

potenziometro di rotazione

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Effetti TermoelettriciEffetti Termoelettrici•• Un conduttoreUn conduttore, con una estremit, con una estremitàà posta ad una temperatura posta ad una temperatura T1 e con lT1 e con l’’ altra ad una temperatura T2, altra ad una temperatura T2, diventa sede di un diventa sede di un passaggio di energia dalla parte calda alla parte freddapassaggio di energia dalla parte calda alla parte fredda•• Il gradiente termico (variazione di T) genera un campo Il gradiente termico (variazione di T) genera un campo elettrico che si manifesta con un incremento di tensione elettrico che si manifesta con un incremento di tensione

dTdV aa α=

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Effetto Piezoelettrico (Curie, 1880)Effetto Piezoelettrico (Curie, 1880)• Esiste in cristalli naturalicristalli naturali (quarzo) e in ceramichceramiche e polimeri artificialipolimeri artificialiopportunamente polarizzati (anisotropia del quarzo)

• Consiste nella generazione di carica elettrica da parte di un maConsiste nella generazione di carica elettrica da parte di un materiale teriale cristallino sottoposto ad una sollecitazione meccanicacristallino sottoposto ad una sollecitazione meccanica

• E’ un effetto reversibile:energia meccanica energia elettrica

F = forza applicataF = forza applicata

eeu u = f.e.m. ai morsetti= f.e.m. ai morsetti

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Effetto Piroelettrico Effetto Piroelettrico • Tra i cristalli piezoelettricicristalli piezoelettrici ve ne sono alcuni che presentano un’unica

direzione privilegiata per l’orientamento dei momenti elettrici.

• Consiste nella generazione di un segnale elettrico per

effetto di un flusso di calore (cariche indotte

termicamente).• Contrariamente all’effetto termoelettrico, il segnale viene generato in

risposta ad una variazione di temperatura

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Effetto Piezoresistivo Effetto Piezoresistivo

E’ l’effetto di variazione della resistivitvariazione della resistivitàà di un opportuno materiale quando è soggetto ad una deformazione dovuta soggetto ad una deformazione dovuta ad uno sforzo ad esso applicatoad uno sforzo ad esso applicato (ridotto nei materiali metallici, più consistente nei semiconduttori).E’ formato da un resistore saldato resistore saldato su un substrato portante elasticosu un substrato portante elastico, che viene fissato sull’ oggetto che si deforma.

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Effetto FotoconduttivoEffetto Fotoconduttivo• Determina un passaggio di corrente elettrica in materiali investiti da radiazioni di varia lunghezza d’onda ed è dovuto alla variazione della conduttività di materiali isolanti e semiconduttori.• La radiazione incidente consente il passaggio di elettroni da uno stato di legame ad uno libero (questi non hanno energia sufficiente per uscire dal materiale, i.e. fotoemissione) ma contribuiscono alla conduzione facendo diminuire la resistività.

sensore passivo

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Effetto FotovoltaicoEffetto Fotovoltaico

Conseguente alla conversione dellconversione dell’’energia radiante in energia radiante in energia elettricaenergia elettrica che consente la realizzazione di celle solari.Si presenta nelle giunzioni (p-n) dei semiconduttori, sottoposte a radiazioni che danno luogo alla comparsa di una f.e.m.f.e.m.Illuminando la giunzione si producono coppie elettroni-buche.

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Effetto Doppler (Sistemi ad ultrasuoni)Effetto Doppler (Sistemi ad ultrasuoni)

• Consiste nella variazione di frequenza delle onde variazione di frequenza delle onde

acustiche, ottiche, radio dovuta al moto relativo tra acustiche, ottiche, radio dovuta al moto relativo tra

sorgente e ricevitore delle onde.sorgente e ricevitore delle onde.

kvff =− 21

ff1 1 = frequenza onda incidente = frequenza onda incidente

ff2 2 = frequenza onda = frequenza onda ““riflessariflessa””

v = velocitv = velocitàà media del fluidomedia del fluido

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Effetto Chimico (Sensore Chimico)Effetto Chimico (Sensore Chimico)

BioreceptorBiological sensing element

BioreceptorBiological sensing element

Transducer Signal

Analite

Interfaccia elettronica

Unità di elaborazione

Bio-Sensore

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Effetto inerziale (Accelerometro)Effetto inerziale (Accelerometro)

Principio di funzionamento : rilevazione dell'inerzia di una massa quando rilevazione dell'inerzia di una massa quando viene sottoposta ad una accelerazioneviene sottoposta ad una accelerazione. La massa viene sospesa ad un elemento elastico, mentre un sensore ne rileva lo spostamento rispetto alla struttura fissa del dispositivo. Il sensore trasforma questo spostamento in un segnale elettrico acquisibile dai moderni sistemi di misura.

M. Casella, a.a. 2009/2010 39

Riassumendo: principi fisici/chimici su cui si basano i sensoriRiassumendo: principi fisici/chimici su cui si basano i sensori

Fisici:Fisici:•• TermoelettricoTermoelettrico•• FotoelettricoFotoelettrico•• FotomagneticoFotomagnetico•• ElettromagneticoElettromagnetico•• TermomagneticoTermomagnetico•• Termoottico Termoottico •• FotoelasticoFotoelastico

Chimici:Chimici:•• Trasformazione chimicaTrasformazione chimica•• Trasformazione fisicaTrasformazione fisica•• Processo elettrochimicoProcesso elettrochimico•• SpettroscopiaSpettroscopia

Biologici:Biologici:•• Trasformazione biochimicaTrasformazione biochimica•• Trasformazione fisicaTrasformazione fisica•• Effetto su organismo di Effetto su organismo di

testtest•• SpettroscopiaSpettroscopia

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Alcuni dati di mercatoAlcuni dati di mercato

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Miliar

di d

i do

llari

Senso

ri di

fluss

o

Senso

ri di

pres

sione

Senso

ri di

veloc

ità

Senso

ri ch

imici

Senso

ri bin

ari

Senso

ri di

livell

o

Senso

ri di

tempe

ratu

ra

Senso

ri di

posiz

ione

Senso

ri ga

s di s

caric

o

Senso

ri ot

tici

Mercato mondiale per i sensori più diffusi

1988

1995

Il mercato della Il mercato della ““sensoristicasensoristica”” èè in continuo aumento, e fa molto in continuo aumento, e fa molto ““businessbusiness””

Si stima un mercato complessivo dellSi stima un mercato complessivo dell’’ordine di 20 miliardi di dollariordine di 20 miliardi di dollari

M. Casella, a.a. 2009/2010 41

Dal mercato Dal mercato sensori di vario tipo:sensori di vario tipo:

Sensori domesticiSensori domestici

Sensori in campo automobilisticoSensori in campo automobilistico

Sensori per applicazioni biomedicheSensori per applicazioni biomediche

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Sensori domesticiSensori domesticiForno microondeForno microonde (umidità, temperatura

(termistore, IR), gas)Fornelli Fornelli (temperatura)LavatriceLavatrice (sensori di livello H2O (ottici,

pressione), velocità di rotazione cestello (sensore magnetico), trasparenza acqua, carico, umidità)

FrigoriferoFrigorifero (temperatura, formazione ghiaccio, porta aperta)

Equipaggiamento audio/videoEquipaggiamento audio/video (temperatura cilindro, contagiri nastro, inizo/fine nastro, umidità)

M. Casella, a.a. 2009/2010 43

Sensori applicazioni biomedicheSensori applicazioni biomediche

Pressione sanguignaPressione sanguigna, temperatura, potenziali potenziali elettricielettrici, respirazionerespirazione, movimentomovimento

Variabili chimiche: glucosiglucosio, elettrolitielettroliti, POPO22, PCOPCO22

Variabili emodinamiche (pressionepressione, flussoflusso)RadiazioniRadiazioni, ultrasuoniultrasuoni

M. Casella, a.a. 2009/2010 44

Sensori in campo automobilisticoSensori in campo automobilisticoControllo del motoreControllo del motore (misura dei flussi di

carburante e aria, sensore ossigeno gas di scarico)PressionePressione (olio motore e freni, carburante,

pneumatici)Controllo livelliControllo livelli (olio, carburante)SicurezzaSicurezza (rottura componenti importanti,

interferenze e.m., accelerazione/decelerazione (airbag))

Comfort Comfort (velocità, accelerazione, intensità luce, umidità, odori…)

M. Casella, a.a. 2009/2010 45

Funzionamento di 3 sensori molto comuniFunzionamento di 3 sensori molto comuni

Sensori di Temperatura: la termocoppiaSensori di Temperatura: la termocoppiaSensori di Forza: lSensori di Forza: l’’estensimetroestensimetroSensore di posizione: il potenziometroSensore di posizione: il potenziometro

M. Casella, a.a. 2009/2010 46

...facciamo un balzo indietro (breve ripasso)......facciamo un balzo indietro (breve ripasso)...

CosCos’è’è un Trasduttore:un Trasduttore:

Il trasduttore trasduttore éé un dispositivo in grado di trasformareun dispositivo in grado di trasformare -

trasdurretrasdurre - le variazioni di una grandezza fisica non le variazioni di una grandezza fisica non

elettrica in una corrispondenti variazioni di una grandezza elettrica in una corrispondenti variazioni di una grandezza elettricaelettrica.

I trasduttori vengono collegati con sistemi elettrici per collegati con sistemi elettrici per fornire segnali elettrici indicativifornire segnali elettrici indicativi dello stato del fenomeno percepito.

M. Casella, a.a. 2009/2010 47

A cosa serve un Trasduttore:A cosa serve un Trasduttore:

Consentono di misurare e controllare, Consentono di misurare e controllare, per mezzo di apparecchiature elettroniche, le variazioni subite da grandezze fisiche di natura diversa quali, ad esempio, la la velocitvelocitàà la temperatura, la pressione... la temperatura, la pressione...

M. Casella, a.a. 2009/2010 48

Catena di acquisizione dati Catena di acquisizione dati (di un trasduttore)(di un trasduttore)

SensoreSensore Filtro Filtro CampionamentoCampionamento CondizionamentoCondizionamento ConversioneConversione

SENSORE:

La sua funzione La sua funzione èè quella di acquisire in ingresso una grandezza fisica e di quella di acquisire in ingresso una grandezza fisica e di fornire in uscita una grandezza elettrica (generalmente tensionefornire in uscita una grandezza elettrica (generalmente tensione o corrente).o corrente).

FILTRI:

In un filtro posizionato dopo il sensorevi In un filtro posizionato dopo il sensorevi èè una miglioria nella qualituna miglioria nella qualitàà del del segnale, permettendo (in futuro) un campionamento miglioresegnale, permettendo (in futuro) un campionamento migliore

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CAMPIONAMENTO:

Il circuito di campionamento permette alla parte di circuito intIl circuito di campionamento permette alla parte di circuito interessata di eressata di avere il tempo sufficiente per convertire il segnale campionato.avere il tempo sufficiente per convertire il segnale campionato.

CONDIZIONAMENTO

Questa parte della catena può essere composta da più parti, che non sono sempre presenti (e.g. sommatore di offset positivo o negativo (“normalizza” il segnale)).

CONVERSIONE :

La conversione è la parte della catena di acquisizione dati in cui il dato analogico viene convertito in dato digitale corrispondente. Questa conversione Questa conversione èè eseguita eseguita dal ADC (Convertitore Analogicodal ADC (Convertitore Analogico--Digitale),Digitale), il quale ha in ingresso il dato analogico che è già passato attraverso le fasi precedenti mentre in uscita ha il dato digitale.

SensoreSensore Filtro Filtro CampionamentoCampionamento CondizionamentoCondizionamento ConversioneConversione

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Trasduttori AttiviTrasduttori AttiviSi dicono attivi quando generano una tensione o una corrente in Si dicono attivi quando generano una tensione o una corrente in seguito allseguito all’’applicazione ad essi di una grandezza fisica. Questo tipo applicazione ad essi di una grandezza fisica. Questo tipo di trasduttore, dunque, non necessita di alcuna alimentazione. di trasduttore, dunque, non necessita di alcuna alimentazione.

Esempi di trasduttore attivo:Esempi di trasduttore attivo:TermocoppieTermocoppie

Sensori piezoelettriciSensori piezoelettrici

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La termocoppia (I)La termocoppia (I)

•• Le termocoppie sono trasduttori di temperatura frequentemente Le termocoppie sono trasduttori di temperatura frequentemente

utilizzate in ambito industriale perchutilizzate in ambito industriale perchéé non richiedono circuiti di non richiedono circuiti di

alimentazione.alimentazione.

•• Il principio di funzionamento di una termocoppia Il principio di funzionamento di una termocoppia èè basato basato

principalmente principalmente sullsull’’effetto Seebeckeffetto Seebeck secondo cui due metalli omogenei, secondo cui due metalli omogenei,

chimicamente diversi e saldati alle loro estremitchimicamente diversi e saldati alle loro estremitàà, danno origine ad una , danno origine ad una

corrente di debole intensitcorrente di debole intensitàà (termocorrente) quando le due saldature (termocorrente) quando le due saldature

(giunti) sono mantenute a temperatura diverse.(giunti) sono mantenute a temperatura diverse.

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A

B

C T 1

DT 2

B

•• Se T1 Se T1 ≠≠ T2 ,A e B sono materiali diversi , tra due capi qualsiasi T2 ,A e B sono materiali diversi , tra due capi qualsiasi

del circuito si misura una f.e.m. che dipende dalla natura dei del circuito si misura una f.e.m. che dipende dalla natura dei

conduttori e dalla differenza tra T1 e T2.conduttori e dalla differenza tra T1 e T2.

• Chiudendo il circuito su di un amperometro si ha circolazione di

corrente .Nel caso in cui T1 < T2 , si dice che A è positivo rispetto a B se

il verso della corrente è quello indicato , cioè se nel giunto a temperatura

inferiore si ha passaggio di corrente da A verso B .

La termocoppia (II)La termocoppia (II)-- effetto Seebeck effetto Seebeck --

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La termocoppia (III)La termocoppia (III)

Quindi (come giQuindi (come giàà precedentemente affermato) se si apre una saldatura precedentemente affermato) se si apre una saldatura

della termocoppia e si collega un voltmetro ad alta impedenza agdella termocoppia e si collega un voltmetro ad alta impedenza agli li

estremi liberi, la forza elletromotrice misurata estremi liberi, la forza elletromotrice misurata èè: V = : V = αα ·· ( TC ( TC –– TF)TF)

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Trasduttori PassiviTrasduttori PassiviUn trasduttore passivo e' un dispositivo dotato di un ingresso fUn trasduttore passivo e' un dispositivo dotato di un ingresso fisico, di un segnale isico, di un segnale

elettrico in uscita e di un ingresso elettrico di eccitazione (uelettrico in uscita e di un ingresso elettrico di eccitazione (un'alimentazione).n'alimentazione).

La loro efficienza puo' essere migliorata combinando diversi meLa loro efficienza puo' essere migliorata combinando diversi metalli e le talli e le

caratteristiche d'uscita sono "garantite" dall'alimentazione. Incaratteristiche d'uscita sono "garantite" dall'alimentazione. Inoltre, la loro oltre, la loro

struttura e' semplice, la loro affidabilitstruttura e' semplice, la loro affidabilitàà elevata e la loro sensibilitelevata e la loro sensibilitàà puo' essere puo' essere

regolata, variata, utilizzando serie di giunzioni metalliche. regolata, variata, utilizzando serie di giunzioni metalliche.

Esempi di trasduttori passivi:Esempi di trasduttori passivi:

-- sensori potenziometrici, capacitivisensori potenziometrici, capacitivi

-- estensimetri elettrici a filo,estensimetri elettrici a filo,

-- termometri a resistenza, ...termometri a resistenza, ...

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Sensori potenziometriciSensori potenziometriciI I sensori potenziometricisensori potenziometrici (POTENZIOMETRI) sono dei sistemi fisici di controllo in (POTENZIOMETRI) sono dei sistemi fisici di controllo in

grado di inserire una resistenza variabile (N/B la resistenza vagrado di inserire una resistenza variabile (N/B la resistenza varia al variare della ria al variare della

posizione) in un circuitoposizione) in un circuito--elettricoelettrico

Basati solitamente su un sistema meccanico rotativo (POTENZIOMETBasati solitamente su un sistema meccanico rotativo (POTENZIOMETRI RI

a manopola) oppure scorrevole (POTENZIOMETRI a slitta), i a manopola) oppure scorrevole (POTENZIOMETRI a slitta), i

POTENZIOMETRI forniscono tra i loro terminali una resistenza elePOTENZIOMETRI forniscono tra i loro terminali una resistenza elettrica ttrica

il cui valore il cui valore èè determinato dalla posizione della manopola .determinato dalla posizione della manopola .

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Sensori di temperaturaSensori di temperatura

La temperatura La temperatura èè, probabilmente, uno dei parametri fisici che , probabilmente, uno dei parametri fisici che meglio indica lo stato di un sistemameglio indica lo stato di un sistema

EE’’ noto che la relazione tra processi chimici o fisici e variazionnoto che la relazione tra processi chimici o fisici e variazione e di temperatura e' molto stretta. di temperatura e' molto stretta.

Dispositivi in grado di trasformare la variazione di temperaturDispositivi in grado di trasformare la variazione di temperatura a in tensione o corrente o altroin tensione o corrente o altro

M. Casella, a.a. 2009/2010 57

Sensori di forza (estensimetro)Sensori di forza (estensimetro)

La misura di deformazione (sforzi) viene eseguita mediante dei La misura di deformazione (sforzi) viene eseguita mediante dei trasduttori chiamati ESTENSIMETRItrasduttori chiamati ESTENSIMETRI

Gli estensimetri sono capaci di convertire il segnale di Gli estensimetri sono capaci di convertire il segnale di deformazione in un segnale analogico deformazione in un segnale analogico segnale digitalesegnale digitale

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Come si misurano le deformazioni? (I)Come si misurano le deformazioni? (I)

Legge di Hooke deformazioni elastiche

Corpi che si deformano se soggetti a forze

La forza di richiamo (a seguito della deformazione) è proporzionale allo spostamento x dalla sua condizione di riposo ed ha verso contrario ad esso:

xKF rr−=

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Le misure di deformazioni sono molto più complesse (dell’esempio appena fatto)...ci sono tanti diversi “stati” (condizioni) di tensioni da misurare:

Stati di tensione monoassialeStati di tensione monoassiale

Stato di tensioni pianoStato di tensioni piano

Stato di tensione triassiale Stato di tensione triassiale

Come si misurano le deformazioni? (II)Come si misurano le deformazioni? (II)

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Trasduttori AnalogicoTrasduttori AnalogicoPer trasduttore analogico si intende qualsiasi dispositivo di trPer trasduttore analogico si intende qualsiasi dispositivo di trasduzione che asduzione che presenti un segnale di uscita che puo' assumere pipresenti un segnale di uscita che puo' assumere piùù di due valori (livelli). di due valori (livelli). Esempio: .se il segnale d'uscita di un dispositivo puo' assumereEsempio: .se il segnale d'uscita di un dispositivo puo' assumere tre diversi tre diversi livelli di tensione allora questo dispositivo si dice analogico.livelli di tensione allora questo dispositivo si dice analogico.

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Trasduttori DigitaliTrasduttori DigitaliPer trasduttore digitale si intende qualsiasi dispositivo di traPer trasduttore digitale si intende qualsiasi dispositivo di trasduzione che sduzione che presenti un segnale di uscita che puo' assumere solo due valori presenti un segnale di uscita che puo' assumere solo due valori (livelli). (livelli). Esempio: .se il segnale di uscita di un dispositivo puo' assumerEsempio: .se il segnale di uscita di un dispositivo puo' assumere solo due e solo due livelli di tensione allora questo dispositivo si dice digitale.livelli di tensione allora questo dispositivo si dice digitale.

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seconda lezione

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