Misure elettriche ed elettroniche

OSCILLOSCOPIO

La sua caratteristica essenziale è quella di visualizzare l’andamento nel tempo dei

segnali elettrici, ma poiché è possibile convertire in grandezze elettriche la maggior

velocità dell’aria,

parte delle grandezze fisiche, come, ad esempio la temperatura, la

l’umidità

la pressione, ecc., si può, di fatto rappresentare visivamente qualunque

grandezza fisica dopo un’opportuna conversione nel segnale elettrico corrispondente.

Questa conversione è effettuata da specifici trasduttori.

Il microfono, ad esempio, è il trasduttore in grado di trasformare la pressione sonora

generata dalla voce umana in segnale elettrico. Si può dire allora che l’oscilloscopio è

in grado di visualizzare la voce umana.

L’oscilloscopio può inoltre effettuare misure di frequenza, di intervalli di tempo.

L’elemento fondamentale dell’oscilloscopio è il tubo catodico,

= tubo a raggi catodici), costituito da un’ampolla di vetro entro

detto anche CRT (Catode Ray Tube

la quale è stato fatto il vuoto spinto, cioè è stata tolta tutta l’aria.

Al suo interno è presente, ad un estremo, il cannone elettronico subito seguito dalle lenti di

mentre all’altra

focalizzazione, quindi dalle placche di deflessione verticali e orizzontali,

estremità vi è lo schermo sul quale si formano le immagini.

e l’anodo

Tra il catodo, che corrisponde al cannone elettronico, che si trova sullo schermo, è

applicata una d.d.p. (EAT) di circa 15KV in continua che è ricavata dalla tensione di rete alternata a

230V, tramite il trasformatore di alimentazione, raddrizzata ed elevata da un dispositivo

moltiplicatore di tensione fatto a diodi e condensatori.

Il catodo, costituito da un cilindretto di nickel, coperto esternamente da una vernice in grado di

emettere elettroni se riscaldato, è cavo, ed al suo interno c’è un vermiglione di tungsteno, alimentato

a 6,3V dal trasformatore di alimentazione, che diventa incandescente.

Il cilindretto, riscaldato indirettamente dal vermiglione, emette elettroni che vengono controllati da

un cilindro cavo più grande, detto cilindretto di Wehnelt.

Gli elettroni, uscendo sotto forma di fascio da un foro, vengono focalizzati da un sistema di due o tre

sullo schermo dove si trova l’anodo.

lenti elettroniche determinando un puntino luminoso

Il pennello elettronico, così venutosi a formare, può essere deflesso da un sistema di placche di

deflessione orizzontali e verticali costituite da coppie di superfici metalliche caricate con una d.d.p.

bilanciata rispetto a massa dell’ordine delle centinaia di Volt.

Il pennello, costituito da elettroni, cioè da cariche elettriche negative, è attratto dalla placca a

potenziale positivo e respinto da quella a potenziale negativo e devia dalla traiettoria rettilinea

secondo lo schema. attratto dal potenziale positivo dell’anodo,

Quando il pennello elettronico arriva sullo schermo,

colpisce una superficie interna coperta di sostanze fluorescenti, le quali, emettono luce che appare

all’esterno del tubo.

Se il pennello elettronico è stato ben focalizzato, al centro dello schermo si determina un puntino

luminoso, detto spot.

Applicando alle placche di deflessione orizzontale un segnale elettrico a dente di sega, il pennello

viene deviato da sinistra a destra lentamente e, una volta arrivato all’estrema destra,

elettronico a capo e così via, determinando sullo schermo l’immagine di una riga luminosa

ritorna rapidamente

orizzontale.

Per evitare di vedere la traccia di ritorno, l’oscillatore a dente di sega genera anche un segnale

impulsivo di valore negativo, detto di blanking, in corrispondenza della discesa improvvisa del

dente di sega, che, applicato al cilindro di Wehnelt lo interdice spegnendo la traccia di ritorno.

 Il segnale da esaminare è applicato all’ingresso Y - input dello strumento per mezzo di

una boccola BNC dove un deviatore permette di scegliere fra tre opzioni:

 DC per una connessione diretta che consente la visione del segnale integralmente

 AC per una connessione tramite condensatore che consente di vedere soltanto la componente

alternata

 GND per la verifica del livello di riferimento di massa

 L’attenuatore d’ingresso ha il compito di ridurre la tensione del segnale da visualizzare al

valore di circa 1 volt, quando questo fosse maggiore.

 E' un attenuatore compensato, costituito da un partitore resistivo con dei condensatori in

parallelo di valore regolabile in fase di taratura iniziale, e che hanno il compito di rendere

l’attenuazione del segnale indipendente dalla frequenza al fine di non distorcerlo.

 E' seguito dall’amplificatore verticale con ingresso sbilanciato rispetto a massa ed uscita

bilanciata che a sua volta pilota le placche di deflessione verticale.

 regola a scatti la posizione dell’attenuatore compensato ed il

Una manopola Volt/div

guadagno dell’amplificatore verticale, mentre una manopola, spesso interna alla precedente,

consente una regolazione continua, ma fuori taratura.

 Un’altra manopola, anch’essa agente sull’amplificatore verticale, regola il livello di

Y–pos,

riferimento verticale del segnale sullo schermo.

 La frequenza dell’oscillatore a dente di sega è regolata a scatti, da una manopola Time/div

che consente di visualizzare segnali a frequenza molto diversa fra loro.

 La posizione orizzontale del segnale sullo schermo è regolata da una manopola X–pos,

mentre un’altra manopola, che aumenta di 5 o 10 volte il guadagno dell’amplificatore

orizzontale, consente praticamente di allargare l’immagine.

 L’amplificatore orizzontale, sbilanciato in ingresso e bilanciato in uscita, come quello

verticale, pilota le placche di deflessione orizzontale.

 Un deviatore all’ingresso dell’amplificatore orizzontale, consente di pilotare l’asse

orizzontale con segnale esterno accessibile dall’ingresso X-input.

 Il circuito di trigger svolge il compito di sincronizzare il dente di sega con il segnale

d’ingresso consentendo di avere una immagine ferma sullo schermo e permettendo la scelta

dell’istante d’inizio dell’immagine.

 Anche in questo caso è consentito un ingresso esterno di trigger detto trigger - input, a

mezzo di un deviatore.

 La manopola intensity agisce sul potenziale negativo del cilindretto di Wehnelt nel senso che

rendendolo ancor più negativo interdice il pennello elettronico che riducendosi di intensità

rende meno luminoso lo schermo o viceversa.

 La manopola focus agisce invece sul potenziale della lente elettronica consentendo una

migliore messa a fuoco dell’immagine sullo schermo.

 La formazione dell’immagine sullo schermo è dovuta all’applicazione del segnale

all’amplificatore verticale mentre il dente di sega deflette il pennello in orizzontale, ottenendo

dalla composizione delle due deflessioni, l’immagine del segnale richiesta.

 Un terzo ingresso, Z–input, applicato al cilindretto di Wehnelt, consente di interdire il

pennello elettronico dando luogo a immagini tratteggiate.

 detto è riferito ad un solo canale dell’oscilloscopio, che invece di norma ne ha

Tutto quanto

due, denominati CH A e CH B.

 Pur avendo due canali, gli oscilloscopi, di solito hanno un solo cannone elettronico che

descrivendone prima una e poi l’altra

alternativamente determina le due tracce sullo schermo

senza che l’occhio per la rapidità con cui ciò avviene, se ne possa accorgere.

 Quanto descritto è riferito ad un oscilloscopio analogico, ma oggi sono molto numerosi gli

strumenti totalmente digitali, con memoria di schermo e che si presentano in tutto e per tutto

eguali ad un computer in cui le manopole sono state sostituite da pulsanti.

I Trasduttori

Un trasduttore è definito, genericamente, come un dispositivo che converte una grandezza fisica in

un’ altra; in particolare, un trasduttore elettrico, del tipo di quelli impiegati in biomedica, converte

un segnale non elettrico in un segnale elettrico ad esso proporzionale.

Quindi nel nostro campo i trasduttori:

 operano la trasformazione del segnale di origine biologica in un segnale utile (generalmente

elettrico) per le successive elaborazioni, rappresentazioni ed interpretazioni.

 rappresentano l’elemento critico di ogni strumentazione biomedica perché caratterizzano l

’interfaccia tra strumentazione ed organismo biologico.

Catena di misura

La struttura base di una catena di misura o sistema sensoriale è formata dai seguenti elementi:

 Sensore

 Trasduttore

 Condizionatore di segnale

: è l’elemento posto in contatto con il mondo esterno, in grado di

Sensore modificare il suo stato in

relazione al valore assunto da una determinata grandezza fisica, già presente nel mondo esterno o in

essa indotta da un opportuno stimolo. Un qualsiasi sensore è sensibile a più grandezze ma la sua

variazione di stato è più significativa in relazione ad una specifica grandezza, le altre producono

nella maggior parte dei casi variazioni indesiderate della grandezza da misurare

Trasduttore: converte il segnale in uscita dal sensore in un segnale elettrico ( tensione.

corrente,variazione di resistenza elettrica, frequenza)

l’informazione proveniente dal sensore, già parzialmente

Condizionatore di segnale:converte

elaborata dal trasduttore, in una forma tale da adattarsi al sistema di acquisizione; tipiche operazioni

effettuate dal circuito di condizionamento sono il filtraggio dei disturbi,la conversione e

l’amplificazione del segnale generato dal trasduttore.

Il segnale d’uscita della catena di misura può essere di tipo analogico o digitale.

Classificazione

Trasduttori attivi: sono quelli per cui è prevista una alimentazione, dunque per i quali l’ energia in

uscita è ottenuta da una sorgente ausiliaria modulata dal segnale oggetto della misura ( es:

potenziometri-trasduttori di spostamento resistivi o termoresistenze).

sono quelli per i quali l’energia di uscita è fornita dal segnale stesso in

Trasduttori passivi:

ingresso ( es: termocoppia dove la tensione in uscita è causata dalla temperatura alla giunzione)

Trasduzione primaria-secondaria: esempio trasduttore di pressione a menbrana:

la trasduzione primaria coincide con lo spostamento del diaframma a causa della pressione;

la trasduzione secondaria trasforma lo spostamento in segnale elettrico.

Principali parametri di un trasduttore

 Funzione di trasferimento

 Campo di misura

 La risoluzione

 La linearità

 La sensib