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| sezione_21a [2017/02/13 13:32] – creata admin | sezione_21a [2017/02/13 14:14] – [4 Scala e offset nel condizionamento di un trasduttore analogico] admin |
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| La //figura 1// mostra lo schema a blocchi di un sistema di acquisizione dati: | La //figura 1// mostra lo schema a blocchi di un sistema di acquisizione dati: |
| * la grandezza - spesso non elettrica e tipicamente analogica - viene trasformata in una grandezza elettrica - un segnale che la rappresenta - da un dispositivo detto **trasduttore**. Il segnale in uscita dal trasduttore è in genere analogico e spesso una tensione (ma non sempre, può essere una corrente o un segnale digitale come nel caso degli encoder) | * la grandezza da acquisire - non elettrica e tipicamente analogica - viene trasformata in un segnale elettrico da un dispositivo detto **trasduttore**((il segnale in genere è analogico e spesso una tensione (ma non sempre, può essere una corrente o un segnale digitale come nel caso degli encoder) )) |
| * il segnale del trasduttore deve essere adattato per renderlo compatibile con i dispositivi che devono utilizzarlo; questo significa filtrare, amplificare e traslare il segnale. Ad esempio potrebbe essere necessario eliminare la componente continua e i disturbi e portare il segnale in un range predefinito (valori tipici sono 0 ÷ 5 V e 4 ÷ 20 mA). Questa serie di operazioni prende il nome di **condizionamento del segnale**((alle volte il condizionamento del segnale è integrato nel trasduttore stesso)) | * il segnale del trasduttore deve essere adattato per renderlo compatibile con i dispositivi che devono utilizzarlo; questo significa filtrare, amplificare e traslare il segnale. Ad esempio potrebbe essere necessario eliminare la componente continua e i disturbi e portare il segnale in un range predefinito (valori tipici sono 0 ÷ 5 V e 4 ÷ 20 mA). Questa serie di operazioni prende il nome di **condizionamento del segnale**((alle volte il condizionamento del segnale è integrato nel trasduttore stesso)) |
| * l'elaborazione del segnale è in genere affidata ad un dispositivo elettronico digitale; è necessario allora convertire il segnale con un **convertitore analogico/digitale (A/D o ADC)** | * il segnale viene convertito in digitale da un **convertitore analogico/digitale (A/D o ADC)** per permetterne l'elaborazione con un dispositivo elettronico digitale |
| * i dispositivi digitali presentano numerosi vantaggi rispetto a quelli analogici e in particolare permettono di elaborare e memorizzare in maniera rapida ed efficiente le informazioni. Tipicamente si tratta di microcontrollori, computer, PLC, DSP (trattati nella materia di Sistemi Automatici); trattandosi di dispositivi programmabili e specializzati è possibile utilizzarli in maniera molto versatile e realizzare controlli sofisticati, come quello ad anello chiuso di //figura 2// | * i dispositivi digitali (microcontrollori, computer, PLC, DSP) presentano numerosi vantaggi rispetto a quelli analogici e in particolare permettono di elaborare e memorizzare in maniera rapida ed efficiente le informazioni; trattandosi di dispositivi programmabili e specializzati è possibile utilizzarli in maniera molto versatile e realizzare controlli sofisticati, come quello ad anello chiuso di //figura 2// |
| * nell'esempio di //figura 2// il sistema di controllo deve agire sul processo da controllare e per far questo si rende necessario trasformare il segnale in uscita dal dispositivo di elaborazione da digitale ad analogico con un **convertitore digitale/analogico (D/A o DAC)** | * nell'esempio di //figura 2// il sistema di controllo deve agire sul processo da controllare e per far questo si rende necessario trasformare il segnale in uscita dal dispositivo di elaborazione da digitale ad analogico con un **convertitore digitale/analogico (D/A o DAC)** |
| * intervenire sul processo richiede una potenza adeguata; è necessario allora uno stadio di **amplificazione di potenza** che porti il segnale, che ha un contenuto energetico molto basso, ad un livello adeguato | * intervenire sul processo richiede una potenza adeguata; è necessario allora uno stadio di **amplificazione di potenza** che porti il segnale, che ha un contenuto energetico molto basso, ad un livello adeguato |
| * l'**attuatore** infine trasforma la grandezza elettrica di potenza in un altra grandezza fisica in modo da modificare il processo. Esempi di attuatori sono: un motore, un'elettrovalvola, un elemento riscaldante, un diffusore audio | * l'**attuatore** trasforma la grandezza elettrica di potenza in un altra grandezza fisica e di fatto modifica il processo; esempi di attuatori sono: un motore, un'elettrovalvola, un elemento riscaldante, un diffusore audio |
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| Questa sezione si occupa dei trasduttori e del condizionamento del segnale. | Questa sezione si occupa dei trasduttori e del condizionamento del segnale. |
| Quando utilizziamo un trasduttore ci interessa: | Quando utilizziamo un trasduttore ci interessa: |
| * che la transcaratteristica sia invertibile, cioè che ad un valore dell'uscita corrisponda un solo valore in ingresso (ad esempio nella //figura 3// il range in cui è utilizzabile il sensore è limitato al valore x<sub>max</sub>) | * che la transcaratteristica sia invertibile, cioè che ad un valore dell'uscita corrisponda un solo valore in ingresso (ad esempio nella //figura 3// il range in cui è utilizzabile il sensore è limitato al valore x<sub>max</sub>) |
| * la sua sensibilità elevata, intesa come rapporto tra la variazione dell'uscita e la corrispondente variazione dell'ingresso | * che abbia una sensibilità elevata, intesa come rapporto tra la variazione dell'uscita e la corrispondente variazione dell'ingresso |
| * che abbia possibilmente un comportamento lineare perché in questo caso la sensibilità è costante su tutto il range di ingresso e la taratura è estremamente semplice (bastano solo due punti per individuare la caratteristica di trasferimento((spesso i sensori sono progettati per avere un comportamento lineare - almeno in un determinato range di valori - o vengono resi lineari con appositi circuiti di linearizzazione))) | * che abbia un comportamento lineare perché in questo caso la sensibilità è costante su tutto il range di ingresso e la taratura è estremamente semplice (bastano solo due punti per individuare la caratteristica di trasferimento((spesso i sensori sono progettati per avere un comportamento lineare - almeno in un determinato range di valori - o vengono resi lineari con appositi circuiti di linearizzazione))) |
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| ===== 4 Scala e offset nel condizionamento di un trasduttore analogico ===== | ===== 4 Scala e offset nel condizionamento di un trasduttore analogico ===== |
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| Se il trasduttore è lineare e produce un segnale in tensione il condizionamento spesso consiste solo nel normalizzare il segnale, cioè portarlo in un range di valori predefinito, ad esempio 0 ÷ 5 Volt. Per far questo occorre: | Se il trasduttore è lineare e produce un segnale in tensione il condizionamento può essere sufficiente normalizzare del segnale, cioè portarlo in un range di valori predefinito, ad esempio 0 ÷ 5 Volt. Per far questo occorre: |
| | * aggiungere un offset per portare a 0 Volt il valore di tensione corrispondente al valore minimo della grandezza acquisita |
| * amplificare il segnale | * amplificare il segnale |
| * aggiungere un offset per portare a 0 Volt il valore di tensione corrispondente al valore minimo della grandezza acquisita | |
| La //figura 7// mostra uno schema di questo semplice sistema di condizionamento. Se `[x_1, x_2]` è il range della grandezza acquisita e `V_t` il segnale del trasduttore sarà necessario imporre: | La //figura 7// mostra uno schema di questo semplice sistema di condizionamento. Se `[x_1, x_2]` è il range della grandezza acquisita e `V_t` il segnale del trasduttore sarà necessario imporre: |
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| `V_(OFS)=V_t(x_1) quad , quad A = V_(oMAX)/(V_t(x_2)-V_t(x_1))` | `V_(OFS)=V_t(x_1) quad , quad A = V_(oMAX)/(V_t(x_2)-V_t(x_1))` |
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| ===== 5 Trasduttori di temperatura ===== | ===== 5 Trasduttori di temperatura ===== |
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