Riassunto Finale Misure meccaniche e termiche

Filtri

I filtri permettono la cancellazione selettiva di una parte del segnale in ingresso. Sono caratterizzati da ordine e frequenza di taglio: l'ordine esprime la derivata nella zona di transizione (non deve essere troppo pendente né poco pendente), la frequenza di taglio è quella frequenza a cui si ha un decremento di 3dB sul segnale. Possono essere: passa alto, passa basso (anti-aliasing), passa banda, reiettore di banda.

Trasduttori di spostamento

A contatto

Misurano lo spostamento relativo tra statore e tasto sonda.

• A resistenza elettrica (potenziometrici): sono basati sul principio del partitore di tensione. Un cursore si sposta su una resistenza permettendo di variare la tensione. Sono alimentati sia in CC che in CA. Possono essere a spire o a strato. Se a spire, la loro risoluzione dipende dalla meccanica del sistema: le spire della resistenza hanno un loro spessore e su tutto questo spessore il trasduttore fornisce lo stesso valore di spostamento. Se a strato, la loro risoluzione è teoricamente infinita. La lettura viene eseguita tramite un voltmetro, con resistenza molto maggiore della resistenza del potenziometro. Dato il loro ingombro, per distanze maggiori di 1m sono realizzati a filo (se isolante permette anche di non avere loop di massa).
• Lineari: attenzione al saltellamento. Portata ridotta.
• Angolari: problema di allineamento e zona morta. Attenzione alla coppia di spunto. Dispositivo per non far sovrapporre il cavo.
• Induttivi: sono alimentati in CA. Possono essere utilizzati con il circuito a ponte. Presentano 2 avvolgimenti. La misura avviene tramite la variazione di riluttanza del circuito. Richiedono demodulatore + FPB. Possono usare il ponte di Wheatstone. L'alimentazione è sugli stessi fili della misura. Non c'è contatto tra il tasto sonda e gli avvolgimenti. Possono avere tasto sonda libero (non da effetto di carico ma lo posso perdere) o a molla (non lo perdo ma devo stare attento all'effetto di carico dovuto al precarico della molla). Prestazioni migliori di quelli potenziometrici. Bisogna prestare attenzione al saltellamento del tasto sonda.
• LVDT: sono costituiti da 3 avvolgimenti e sono alimentati in CA. Richiedono demodulatore + FPB. I circuiti secondari sono collegati in controserie. Il guadagno è dato dal rapporto spire. Possibili anche LVDT DC-DC. No ponte di Wheatstone. Il guadagno dipende dal rapporto spire. La variante per le misure angolari è RVDT.

A non contatto

• A correnti parassite: sono alimentati in CA. Richiedono demodulatore + FPB. Possono usare il ponte di Wheatstone. Il campo di misura dipende dal diametro della sonda. Il valore restituito è una media della misurazione su tutto il profilo. Le correnti parassite modificano il valore dell'induttanza creando un campo elettromagnetico. È meglio avere un circuito in risonanza. Il cavo è parte integrante del trasduttore. Generalmente si usa un abaco per determinare la profondità a cui arrivano le correnti parassite. Vengono utilizzati principalmente per la diagnostica di macchine rotanti (>1000Hz).
• Capacitivi: presentano un dielettrico. Legame capacità-dielettrico lineare. Sono alimentati in CA. Richiedono demodulatore + FPB. Possono usare il ponte di Wheatstone. Possono mettere entrambe le armature a bordo dello stesso elemento. Generalmente si usano degli anelli di guardia per contenere il campo elettrico. Il cavo è parte integrante del trasduttore. Sono molto sensibili e stabili ma hanno elevata impedenza e risentono di umidità e sporcizia. Generalmente sono usati per misurazioni di livello e di coppia.
• Laser a triangolazione: sono basati sulla diffusione. Possono usare il ponte di Wheatstone (circuito a mezzo ponte). Un diodo laser emette un fascio luminoso a bassa potenza che fa variare la resistenza di un fotorilevatore in base all'angolazione con cui vi arriva. Fanno misure puntuali. Non possono misurare la distanza zero e su superfici nere o porose, lucide o fluidi fermi. Sono utilizzati per misure di livello, spessore, posizionamento bracci robotici e vibrazioni (metodo interferometrico). Il raggio laser è visibile.
• Encoder digitali: restituiscono un valore direttamente digitale, non hanno bisogno di una scheda di acquisizione. Sono basati sul principio di I/O luce/buio. Se ho un albero che gira molto veloce campiono a bassa frequenza (se no intaso l'encoder), se gira lento posso campionare ad alta frequenza.
• Incrementali: non dicono di che angolo è ruotato il trasduttore, servono altre 2 piste: una per determinare la posizione (con solo una tacca) una per determinare il verso. Non vanno bene per bracci robotici.
• Assoluti: hanno un disco codificato con n piste che vengono lette contemporaneamente. Il numero di settori angolari è 2. Utilizzo il codice Gray: permette di avere un errore al massimo pari alla risoluzione perché da un settore angolare al successivo cambia una sola pista.

Prontezza

Caratteristica di uno strumento di misura legata al tempo necessario affinché questo risponda a una variazione della grandezza in esame. Importante quando la grandezza da acquisire è un suono o una vibrazione. Lo strumento insegue le variazioni della grandezza con un certo grado di approssimazione. Il segnale viene modulato e sfasato. Per definire la prontezza si valuta la risposta dello strumento a segnali semplici e poi tramite PSCE si ottiene la risposta ad ogni segnale. Uno strumento è pronto quando il segnale è solo modulato e sfasato e non viene distorto. Si ottiene così una FT, un numero complesso che moltiplicato per lo spettro del segnale in ingresso restituisce lo spettro del segnale in uscita. Questa ha un modulo e una fase: il modulo deve essere costante (≠0) e la fase deve essere 0, 180° o proporzionale all'ordine dell'armonica. Non esiste uno strumento pronto in assoluto ma solo strumenti pronti su una determinata banda passante. La banda di interesse del fenomeno deve essere interamente contenuta nella banda passante dello strumento. L'obiettivo è quello di valutare il comportamento dinamico di uno strumento e lo si fa tramite due approcci:

Metodi analitici

• HP: La scomposizione del segnale in sinusoidi ben si presta alla rappresentazione di segnali periodici. La risposta a ogni componente armonica è ottenibile come somma di risposte a segnali semplici. I segnali semplici sono: sinusoide, rampa, gradino e impulso.
• Creo un modello: strumento lineare → equazione differenziale a coefficienti costanti. Allora l'equazione generale è: dove D corrisponde a moltiplicare per i. Uno strumento è pronto quando q e q hanno la stessa forma.
• È allora possibile definire l'ordine di uno strumento:
  • Ordine zero: q segue perfettamente q_i. Non oscillano. Nella realtà non esistono perché questi non hanno costante di tempo (non c'è τ) per andare a regime e non considerano le inerzie. In prima approssimazione il potenziometro potrebbe essere di ordine zero.
  • Primo ordine: Non oscillano. La determinazione del comportamento dello strumento si traduce nella determinazione di k e τ. Presentano quindi un tempo.