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- Trasduttori di temperatura
- Trasduttori di forza
- Trasduttori di pressione
- Reostati e potenziometri
- Piezoelettrici
- Trasduttori di flusso
- Trasduttori di livello
- Trasduttori di umidità
Trasduttori di temperatura
Prefazione
La temperatura e', probabilmente, uno dei parametri fisici che meglio indica lo stato di un sitema. Infatti, e' noto che la relazione tra processi chimici o fisici e variazione di temperatura e' molto stretta. In questo modo, dunque, conoscendo il legame tra temperatura e grandezza da rilevare risulta molto semplice ottenere una misura della grandezza interessata.
Sensori a semiconduttore
I sensori a semiconduttori basano il loro funzionamento su dispositivi al silicio
sensibili alla temperatura. Sono economici e disponibile in un gran numero di forme. Le
tre principali categorie sono: "bulk resistor" (resistenze pesanti);
diodi;
circuiti integrati
.
La forma piu' semplice per i sensori di temperatura e' quella di piccoli pezzi di silicio
pesante. La variazione media della resistenza e' dell'ordine dello 0.7% per grado
centigrado e la linearita' e' di circa 0.5% per le temperature tra i -65º C ed i 200º C.
La resitenza nominale varia tra 10 e 10.000 ohm con tolleranze tra 1% e 20%. La potenza
massima e di 1/4 di Watt. Per quanto riguarda i sensori a giunzione la differenza di
potenziale e' dell'ordine di 2.2 mV per grado centigrado. Gli elementi piu' noti sono i diodi che vengono utilizzati sia singolarmente sia in
configurazioni a ponte.
Alcune soluzioni pratiche
.L'interruttore termico bimetallico e', probabilmente, il trasduttore
elettrico piu' semplice. Questi tipo di dispositivo utilizza una coppia di metalli con
differente coefficiente di dilatazione per ottenere od interrompere un contatto elettrico.
Il termometro a mercurio con segnale elettrico di uscita e' solitamente considerato come un interruttore termico bimetallico. Il suo tempo di risposta varia tra uno e cinque secondi e la sua accuratezza (sensibilta') e' di 0.05º C. A causa della singolare struttura fisica il segnale di uscita e' molto debole ed e' dell'ordine di alcuni mA. Per questo motivo, solitamente, all'uscita di questo trasduttore vengono messi dispositivi amplificatori quali transistor o comparatori.
Le termocoppie sfruttano il principio che la temparatura influenza notevolmente il moto degli elettroni e che questa influenza da varia da metallo a metallo. Data la particolare struttura fisica risultano economiche, robuste e molto veloci e piccole. Gli unici "difetti" di questo tipo di trasduttori sono la non linarita' della conversione e la scarsa potenza del segnale di uscita. Questi problemi, comunque, possono esseri risolti con appropriati circuiti esterni. .
Gli RTD (resistance temperature detector - sensori di temperatura a resistenza variabilie) possono lavorare a temperature variabili tra i -250º C e i +850º C con una accuratezza di 0.001º C. Il "range di funzionamento", comunque, dipende fortemente dal tipo di metallo utillizzato per la trasduzione. La variazione della resistenza, nella maggior parte dei casi, e' d +0.4% per grado centigrado. .
I termistori (resistenze termicamente sensibili), solitamente, lavorano a temperature tra i -100º C e i +450ºC. Alcuni, comunque, possono essere utilizzati anche a temperature superiori ai +1000º C. La variazione media della resistenza e' di -4.5% per grado centigrado. Questo genere di trasduttori e' caratterizzato da una alta sensibilita', da un basso costo, da un andamento esponenziale, da una elevata velocita' di risposta e da una scarsa linearita'. Nonstante cio', grazie alle piu' recenti tecnologie si e' riusciti a migliorare notevolmente il grado di linearita'.
Trasduttori di forza
Tra gli elementi elettrici piu' utilizzati per la misurazione di forze vi sono: .resistenze strain gage; .semicondutori strain gage; .trasduttori piezoelettrici. Il principio su cui si basano tutti questi tipi di trasduttori e' molto semplice e sfrutta il principio che la resistenza offerta da un materiale all'aatraversamento della corrente elettrica e' direttamente proporzionale al quadrato della sua lunghezza. Dunque, e' facile comprendere che applicando un carico variabile ad un capo del trasduttore si puo' far variare la sua lunghezza.
Trasduttori di pressione
Esistono una grande varieta' di trasduttori di presione per quanto
riguarda sia i gas sia i liquidi. tra i piu' comuni vi sono: diaframmi, capsule, mantici,
tubi a manometri, tubi Bourdon ... Essi rilevano la variazione di altre variabili fisiche
quali l'allungamento o lospostamento provocati da una certa pressione. L'uscita di questi
dispositivi viene, poi, accoppiata ad appropriati sitemi elettrici cosi' da ottenere
seganli elettrici elaborabili. Per quanto riguarda i tipi di misurazioni effettuate si
possono distinguere tre categorie differenti: - misuratori di pressione assoluta, ovvero
riferita allo zero (vuoto); - misuratori di pressione relativa, ovvero rierita alla
pressione atmosferica; - misuratori di differenze di pressione, ovvero misuano la
differenza tra due diverse pressioni.
Per quanto riguarda le applicazioni dei divesi tipi di trasduttori bisogna fare molta
attenzone alle specifiche. Alcuni, difatti, funzionano correttamente solo nei gas o solo
nei liquidi. Per quanto riguarda, poi, le misurazioni nei liquidi si deve prestare molta
attenzione a non utilizzare liquidi che possano corrodere od intaccare il trasduttore
stesso. Infine, un ultimo parametro molto importante e' quello della temperatura. Come la
maggior parte dei trasduttori anche questi sono particolarmente sensibili alle sue
variazioni. Qui di seguito vengono citati i piu' comuni trasduttori di pressione.
Reostati e potenziometri
.I reostati ed i potenziometri convertono un moto rettilineo e rotatorio, provocato da un certa pressione, in un segnale elettrico.
Piezoelettrici
.I trasduttori di pressione piezolettrici vengono utilizati per misurazioni ad alta frequenza. Infatti, sono spesso utilizzati per la conversione di segnali sonori (microfono piezoelettrico).
Trasduttori di flusso
Innanzitutto si deve definire cosa si intende pr misurazione di flusso. Un flusso, difatti, e' descritto da massa, volume, turbolenza, intensita', velocita'... SI comprende, dunque, che non e' possibile dare una definizione univoca. Ogni volta, prima di decidere quale genere di trasduttore utilizzare, si dovra' definire chiaramente il parametro da misurare cosi' da poter effettuare la scelta migliore. La maggior parte dei trasduttori di flusso non sono altro che particolari applicazioni dei trasduttori di pressione. Tra di essi, i piu' comuni sono: . i tubi Pitot; . i cantilever; . ihinged(a cardine). Tutti e tre questi tipi sono basati su misuratori di pressione adattati mediante semplici modifiche.
Trasduttori di livello
Un nome piu' appropriato per questo tipo di trasduttori e'
"trasduttori di volume". Il tipo piu' comuni e' quello presente nel serbatoio di
ogni automobile. Alcuni tipi di trasduttori utilizzano il liquido stesso come reostato e
vengono utilizzati per misurare la conduttanza tra due aste immerse nel liquido. Un altro
metodo e' quello di effettuare unrilevamento ottico. La presenza di liquido, ad esempio,
impedisce alla luce di passare. In questo modo si puo' valutare molto precisamente il
livello di liquido. L'unico inconveniente e' dovuto al fatto che anche una minima pendenza
del serbatoiodel liquido puo' sfalsare l'intera misurazione. Diversamente, si puo'
realizzare un trasduttore di livello usandone uno di pressione che rileva la differenza di
pressione tra due zone opposte del contenitore, il fondo e la copertura superiore. un
ulteriore possibilita' e' quella di misurare il livello di liquido indirettamente ovvero
pesando il contenitore e deducendo da esso la quantiita' di liquido contenuto. Infine, un
ultimometodo e' quello acustico. In questo caso si misura il tempo che un certoo eco
impiega a rimbalzare sulla superficie del liquido ed a tornare verso il punto in cui e'
stato generato.
Trasduttori di umidità
I trasduttori di umidita' sono dei particolari trasduttori in grado di rilevare la variazione dell' umidità . Sono costituiti da una pellicola di plastica su cui sono applicate delle lamine d'oro. A seconda dell'umidità, dunque, la plastica si dilata, in modo da rendere possibile il riconoscimento della variazione attraverso la variazione della resistenza offerta dall'insieme delle lamine d'oro. L'unica sostanza che può danneggiare questo tipo di sensore, è il vapore di acetone.