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Sensori Piezoresistivi
I sensori piezoresistivi fanno corrispondere ad una deformazione meccanica in ingresso una variazione di resistenza in uscita. La funzione caratteristica per i piezoresistivi è la seguente: δR = ∗L / δL, con δL = lunghezza a riposo, δR0 = resistenza della griglia quando è a riposo, ∗L = fattore di taratura o gauge factor (adimensionale). Anche in questo caso la funzione è una retta. Il principio fisico alla base del suo funzionamento è che allungando una delle dimensioni, la sezione si restringe. Poiché la resistenza è data da R = ρ * A, se la sezione diminuisce e la lunghezza aumenta, la resistenza aumenta. Un esempio di sensore piezo-resistivo è l'enstensimetro, che si può trovare all'interno delle comuni bilance.Sensori Termoresistivi
Sono sensori che variano la resistenza in funzione di una variazione di temperatura in ingresso, sfruttando le proprietà di alcuni metalli e semiconduttori. La variazione di resistenza è data da ΔR = 2.3= ΔT + ΔT + ΔT ...La funzione caratteristica è: α α α1 2 3R 0In questo caso non si tratta di un sensore lineare. Il problema principale è che si misura la resistenza e a partire dall'equazione si dovrebbe trovare la variazione di temperatura corrispondente. Non essendo lineare, questa inversione non è così semplice. Tipicamente, si assume però che per i metalli la relazione è prevalentemente lineare, dunque si può considerare solo che: ΔR = ΔT ΔR = -ΔT = - ., dove , e la resistenza alla temperatura α R R T T R T1 0 0 0 0R 0 = (αΔT + 1)L'equazione finale quindi è: .R R0Esempio: termometri digitali utilizzano sensori termoresistivi come la PT100.FotoresistiviI sensori fotoresistivi sono costituiti da un materiale la cui resistenza varia in funzione della variazione di intensità luminosa che colpisce la superficie attiva.Si basanosensore di prossimità. Questo tipo di sensore sfrutta la variazione della capacità tra due armature per rilevare la presenza di oggetti nelle vicinanze. Quando un oggetto si avvicina alle armature, la capacità aumenta a causa della diminuzione della distanza tra di esse. I sensori capacitivi sono ampiamente utilizzati in diversi settori, come l'automazione industriale, l'elettronica di consumo e l'automotive. Possono essere utilizzati per rilevare la presenza di oggetti, misurare la distanza, rilevare il livello di liquidi e molto altro ancora. Per utilizzare correttamente i sensori capacitivi, è necessario alimentarli con una tensione adeguata e collegarli correttamente al circuito di controllo. Inoltre, è importante considerare l'ambiente in cui verranno utilizzati, in quanto la presenza di umidità o altre sostanze può influenzare le prestazioni del sensore. In conclusione, i sensori capacitivi sono dispositivi molto versatili e utili per rilevare varie grandezze fisiche. Grazie alla loro capacità di rilevare variazioni di capacità, possono essere utilizzati in una vasta gamma di applicazioni.sensore di posizione angolare non a contatto (NCAPS). Dà una variazione di capacità al variare della posizione angolare. Sono costituiti da un piatto che scorre sopra un altro piatto: quando sono allineati la capacità è maggiore e viceversa, quando non allineati, la capacità è minore. Si tratta di un trasduttore di posizione angolare assoluto, è economico, semplice e tipicamente viene utilizzato come sensore di posizione del volante oppure per gli acceleratori.
I sensori induttivi si basano sulla variazione dell'induttanza. L'induttanza si può esprimere come: L = μ₀n²A/l, dove n è il numero di spire, A è l'area e l è la lunghezza relativa. Una variazione di induttanza può dipendere o dalla geometria o dalla variazione della permeabilità magnetica μ. La permeabilità magnetica relativa è la proprietà dei corpi di "attirare" linee di campo.
magnetico. Un esempio di sensore induttivo è LVDT (Linear Variable Differential Transformer), costituito da un avvolgimento primario, due avvolgimenti secondari e un nucleo di materiale ferromagnetico che può scorrere. Il circuito primario genera un flusso magnetico che si accoppia con i due avvolgimenti secondari a seconda della posizione del nucleo: Appunti 53 Se il nucleo si trova allineato con il primo avvolgimento secondario, allora quest'ultimo si accoppierà con tutte le linee di campo magnetico. Analogamente, si verificherà lo stesso se il nucleo si allinea con il secondo avvolgimento secondario. Se il nucleo è centrale, il flusso sui due secondari è lo stesso, così come la tensione indotta su ciascuno e dunque la tensione in uscita è pari a 0. In funzione della posizione del nucleo, si avrà una variazione della tensione in uscita. La trasduzione si basa sul principio della riluttanza variabile, cioè sullavariazione delle linee di campo accoppiate ai due secondari.
3.3.4 Sensori magnetici
Alcuni sensori sfruttano le proprietà di alcuni materiali di indurre nello spazio circostante linee di campo magnetico.
Magnetici ad induzione * = - *d∫∫∫
La legge alla base di questi sensori è quella dell'induzione di Faraday: , in cui E ds B dAdt Asi ha una spira percorsa da corrente che si muove o ruota all'interno di un campo magnetico.
La variazione del flusso di campo magnetico concatenato alla spira genera una tensione proporzionale in uscita.
Per ottenere la variazione si può modificare il movimento relativo tra la sorgente del campo magnetico e la spira, oppure variare la corrente nella sorgente del campo oppure variare l'area racchiusa dalla spira.
Un esempio di sensore magnetico è la dinamo tachimetrica, utilizzata come sensore di velocità elettrodinamico. =
La relazione alla base: .E Blv
La dinamo tachimetrica è
ma ci sarà una magnetizzazione residua. Analogamente nell'altro verso.
Magnetostrittivi
Altro sensore magnetico è il magnetistrittivo. In questo caso abbiamo variazione di proprietà meccaniche in presenza di campi magnetici esterni.
Materiale più usato: nichel.
La struttura dei materiali magnetostrittivi è tale per cui essi sono divisi in domini, cioè in regioni distinte con polarizzazione magnetica uniforme. Quando si applica un campo magnetico, le polarizzazioni dei domini cambiano e, ruotando, provocano una variazione delle dimensioni del materiale.
Nella figura qui sotto è possibile vedere un esempio di sensore di posizione che sfrutta questo principio:
Appunti 54
Abbiamo un filo (rosso) su cui scorre un magnete ad anello. Il magnete applica un campo magnetico nel punto in cui si trova causando una deformazione del filo, che subisce una restrizione. Per conoscere la posizione in cui si trova il magnete, viene inviato un impulso
(sonoro o elettromegnetico) lungo il filo: a causa della restrizione, l'impulso torna al punto da cui è partito. Misurando il tempo trascorso tra l'invio dell'impulso e il suo ritorno, e conoscendo la velocità a cui viaggia l'impulso nel mezzo trasmissivo (nichel), posso quindi ricavare lo spostamento e dunque la posizione x del magnete.
I vantaggi nell'uso di questo sensore è che non c'è contatto fisico e dunque non è sensibile all'usura meccanica. Sono adatti ad applicazioni di lunga durata.
Magnetoresistivi
Un altro sensore magnetico è il magnetoresistivo in cui in presenza di un campo magnetico esterno si ha una variazione di resistenza.
Come funzionano?
Viene fatta scorrere corrente all'interno di un materiale ferromagnetico depositato come film sottile. Quando si avvicina un magnete, questo provocherà una magnetizzazione che avrà una direzione diversa rispetto a quella della corrente.
Tra i due si viene quindi a creare un angolo θ. A seconda di quest'angolo si ha:- θ = 0° → il vettore di magnetizzazione sarà parallelo alla corrente
- θ = 90° → il vettore di magnetizzazione sarà perpendicolare alla corrente
- θ = 0° → tra il vettore di magnetizzazione e la corrente c'è un angolo θ
- R = R cos θ quando θ = 0°
- R = 0 quando θ = 90°
è in grado di determinare la velocità di rotazione sulla base della variazione dimagnetizzazione. I magneti possono anche essere collegati direttamente al sensore anzichè al corpo.
Effetto Hall
In fisica, con effetto Hall, si intende la formazione di una differenza di potenziale sulle facce opposte di un conduttore elettrico dovuto ad un campo magnetico perpendicolare alla corrente elettrica che scorre nel conduttore.
Come funziona?
All’interno di un conduttore viene fatta scorrere della corrente (in figura rappresentata dalla carica) e immerso in un campo magnetico B. Quando una particella carica positivamente entra con velocità v nel campo magnetico B, è soggetta alla forza
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