Tesina sui Sensori e Trasduttori

Sensori e Trasduttori (schema a blocchi):

I dispositivi che permettono di ricavare sottoforma elettrica l’informazione

elettrica contenuta in una grandezza fisica, di diverso genero si chiamo

sensori o trasduttori.

Tra i due termini c’è una piccola differenza anche se spesso si usano come

sinonimi.

Il sensore non ha bisogno di alimentazione esterna, mentre il trasduttore si.

Spesso però vengono usati i due termini in modo indifferente. Ai sensori

vanno quasi sempre associati circuiti di condizionamento e di elaborazioni

di segnali che hanno lo scopo di adattare il segnale fornito dal sensore alle

caratteristiche del circuito successivo.

I circuiti di funzionamento possono servire ad attenuare o amplificare il

segnale elettrico proveniente dal sensore, o a filtrarlo se sono presenti dei

disturbi, o anche a realizzare un adattamento d’impedenza, per impedire ad

esempio un carico eccessivo di corrente.

AFFIDABILITA: indica per quanto tempo il sensore garantisce un buon

funzionamento.

RANGE D’IMPIEGO: è l’insieme dei valori che può assumere la

grandezza in ingresso al sensore.

LINEARITA: tale specifica è rispettata se esiste una relazione determinata

tra il valore della grandezza in ingresso, e il valore della grandezza in

uscita.

Un trasduttore ideale dovrebbe essere lineare ovvero il legame tra il segnale

d’ingresso e il segnale d’uscita è proporzionale.

Il legame tra ingresso ed uscita dovrebbe essere espresso dalla relazione matematica:

y=Ku dove: y=segnale di uscita del trasduttore

u=segnale d’ingesso del trasduttore

Y Rappresentazione grafica della

caratteristica di un trasduttore

lineare ideale

u

Spesso i sensori sono lineari se utilizzati nel corretto range d’impiego,

mentre non sono lineari al di fuori di questo intervallo.

STABILITA: è la capacita di mantenere nel tempo la linearità.

SOGLIA DI SENSIBILITA: è la minima variazione del segnale d’ingresso

apprezzabile da parte del sensore.

RUMORE: segnale indesiderato prodotto dal sensore che si sovrappone

segnale utile.

INSENSIBILITA E DISTURBI: è la capacità del sensore di fornire in

uscita un segnale dipendente solo dalla grandezza da convertire, ignorando

altre grandezze che possono avere effetto sulla sua uscita.

CARATTERISTICHE DINAMICHE: Definiscono il comportamento del

sensore in presenza variazioni della grandezza d’ingresso. In questa

categoria rientrano i tempi di risposta, il tempo di salita, il tempo di

assestamento e la risposta in frequenza.

VITA DEL TRASDUTTORE: è il tempo espresso in ore, o più spesso in

numero di cicli, numero di giri ecc., oltre il quale non è più garantito il

corretto funzionamento del trasduttore.

CLASSIFICAZIONE DEI SENSORI

I sensori possono essere classificati in diversi modi.

a) In base alla grandezza fisica convertita: possiamo avere quindi

sensori di (posizione, velocità, accelerazione, pressione, temperatura,

livello, luminosità, prossimità ed altri ancora.)

b) In base al segnale elettrico generato:

-analogico -digitale

c) In base alla modalità di conversione:

- il sensore si dice diretto se la grandezza fisica viene trasformata in

un segnale elettrico senza passaggi intermedi.

-Il sensore è indiretto quando la grandezza fisica rilevata, viene

convertita in un’altra grandezza che poi dà luogo al segnale elettrico.

(prendiamo ad esempio un galleggiante: il segnale elettrico prodotto

non deriva dal livello del liquido, ma dalla posizione assunta dal

galleggiante a causa del livello misurato.)

d) In base alle caratteristiche circuitali:

I sensori possono essere o attivi o passivi.

-Un sensore si dice attivo quando genera in proprio un segnale

elettrico (fotovoltaiche, termocoppie, dinamo.)

-Un sensore si dice passivo quando utilizzano un alimentazione.

TIPI DI SENSORI

SENSORE DI TEMPERATURA: Esistono due tipi i termistori e le

termocoppie. I TERMISTORI

- sono dispositivi che sfruttano il fenomeno della variazione della

resistenza dei materiali, a seguito della variazione di temperatura.

- I termistori sono dispositivi che convertono una temperatura in una

grandezza elettrica. R 2−R 1

∝= R 1(t 2−t 1)

si chiama coefficiente termico e può essere positivo o negativo.

∝

-Se è positivo la resistenza aumenta all’aumentare della temperatura.

-Se è negativo la resistenza diminuisce al diminuire della

temperatura.

I primi termistori vengono chiamati PTC e i secondi NTC.

SCHEMA ELETTRICO E IMMAGINE DEL TERMISTORE

TERMISTORE

SCHEMA

LE TERMOCOPPIE

Le termocoppie trasformano una differenza di temperatura di temperatura

in una differenza di potenziale. Una termocoppia è costituita da due

conduttori metallici saldati ad una estremità. Il punto di saldatura è

chiamato GIUNTO-CALDO. La differenza di potenziale si preleva sugli

altri due estremità dette GIUNTE-FREDDE.

Le termocoppie sono preferite ai termistori perché hanno una risposta

lineare. Un integrato molto diffuso che prevede sia sensore di temperatura

sia circuito di condizionamento LM35.

Esistono LM135 e LM235. Questi integrati hanno una risposta lineare,

funzionano da 0-150° e danno un coefficiente 10mv|°C. la tensione in

uscita è V=K*T Kappa 10mV°C. quindi la tensione andrà da 0 – 1500 mv

1,5, quando ci saranno 150°C.

CONTROLLO DI POSIZIONE

Per controllo di posizione si intende una serie di interventi avente lo scopo

di mantenere o spostare un oggetto in una posizione prestabilita.

Il controllo di posizione è possibile nel caso di spostamenti lineari o

rotatori.

L’attuatore controllato generalmente è un motore che però non ha una

grande potenza.

Al sensore di posizione fanno corrispondere un segnale elettrico ad ogni

determinata posizione dell’oggetto controllato.

Ogni variazione della posizione viene segnalata dalla corrispondente

variazione della grandezza elettrica in uscita. I sensori di posizione

servono quindi a stabilire lo spostamento di un oggetto, cioè la variazione

di posizione. Possono anche individuare la posizione di un oggetto (sensori

di prossimità).