Appunti di Elettronica ed Elettrotecnica - classe quinta

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sezione_23a

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sezione_23a [2016/01/10 17:53] – modifica esterna 127.0.0.1sezione_23a [2017/02/13 13:30] – [Premessa] admin
Linea 1: Linea 1:
-====== 23A - Trasduttori e condizionamento dei segnali parte prima ======+====== 21A (era 23A) - Trasduttori e condizionamento dei segnali parte prima ======
  
 ===== Premessa ===== ===== Premessa =====
  
-Molti degli argomenti trattati nell'unità 23 sono affrontati anche nel corso di Tecnologia e Progettazione di Sistemi Elettrici ed Elettronici. Alcuni argomenti già svolti in tale corso saranno solo accennati.+Molti degli argomenti trattati nell'unità 21 sono affrontati anche nel corso di Tecnologia e Progettazione di Sistemi Elettrici ed Elettronici. Alcuni argomenti già svolti in tale corso saranno solo accennati.
  
 ===== 1 Nozioni di base ===== ===== 1 Nozioni di base =====
Linea 40: Linea 40:
   * 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   * 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: 
  
-$$V_(OFS)=V_t(x_1) quad , quad A = V_(oMAX)/(V_t(x_2)-V_t(x_1))$$+`V_(OFS)=V_t(x_1) quad , quad A = V_(oMAX)/(V_t(x_2)-V_t(x_1))`
  
  
Linea 59: Linea 59:
 Nei conduttori metallici la resistività aumenta con la temperatura e per un conduttore vale: Nei conduttori metallici la resistività aumenta con la temperatura e per un conduttore vale:
  
-$$R(T)=R(0)(1+alpha T)$$+`R(T)=R(0)(1+alpha T)`
  
 dove R(0) è la resistenza a 0°C e α il coefficiente di temperatura (positivo). Il materiale con le migliori caratteristiche, cioè buona linearità in un campo molto grande di temperature, è il platino. La //tabella 1// fa riferimento a una termoresistenza Pt100 (al platino con 100 Ω di resistenza a 0°C) con i valori di resistenza in un range da -100 a 800 °C ((nell'ultima colonna è riportata la sensibilità che, variando poco, indica una buona linearità nel range considerato)). I difetti di questi trasduttori sono: dove R(0) è la resistenza a 0°C e α il coefficiente di temperatura (positivo). Il materiale con le migliori caratteristiche, cioè buona linearità in un campo molto grande di temperature, è il platino. La //tabella 1// fa riferimento a una termoresistenza Pt100 (al platino con 100 Ω di resistenza a 0°C) con i valori di resistenza in un range da -100 a 800 °C ((nell'ultima colonna è riportata la sensibilità che, variando poco, indica una buona linearità nel range considerato)). I difetti di questi trasduttori sono:
Linea 71: Linea 71:
 La corrente - costante nell'ipotesi V<sub>+</sub> = V<sub>-</sub> - vale: La corrente - costante nell'ipotesi V<sub>+</sub> = V<sub>-</sub> - vale:
  
-$$I=V_R/(R_0 + R)$$+`I=V_R/(R_0 + R)`
  
 di conseguenza la tensione in uscita vale: di conseguenza la tensione in uscita vale:
  
-$$V_O=- (Delta R)/(R_0 + R) V_R$$+`V_O=- (Delta R)/(R_0 + R) V_R`
  
 ==== Resistori NTC e PTC ==== ==== Resistori NTC e PTC ====
Linea 89: Linea 89:
 Il sensore **AD590** della Analog Devices si comporta come un generatore di corrente dove: Il sensore **AD590** della Analog Devices si comporta come un generatore di corrente dove:
  
-$$I = k·T$$+`I = k·T`
  
 dove k = 1 (μA)/K e la corrente in μA coincide con la temperatura in gradi Kelvin. Le principali caratteristiche di questo sensore sono: dove k = 1 (μA)/K e la corrente in μA coincide con la temperatura in gradi Kelvin. Le principali caratteristiche di questo sensore sono:
Linea 111: Linea 111:
 Il sensore **LM35** della National è un componente a tre terminali ((i package è tipo transistor)) che produce una tensione proporzionale alla temperatura: Il sensore **LM35** della National è un componente a tre terminali ((i package è tipo transistor)) che produce una tensione proporzionale alla temperatura:
  
-$$V=k·T$$+`V=k·T`
  
 con k = 10 mV/°C. Le principali caratteristiche sono: con k = 10 mV/°C. Le principali caratteristiche sono:
Linea 150: Linea 150:
 I **fotodiodi** sfruttano il fenomeno per cui una giunzione PN polarizzata inversamente  genera una corrente se esposta alla radiazione luminosa((il fenomeno è dovuto alle cariche minoritarie che si generano grazie all'apporto energetico della radiazione luminosa)). Per tensioni inverse maggiori di 1 Volt vale: I **fotodiodi** sfruttano il fenomeno per cui una giunzione PN polarizzata inversamente  genera una corrente se esposta alla radiazione luminosa((il fenomeno è dovuto alle cariche minoritarie che si generano grazie all'apporto energetico della radiazione luminosa)). Per tensioni inverse maggiori di 1 Volt vale:
  
-$$I = - (I_L + I_0)$$+`I = - (I_L + I_0)`
  
 dove I<sub>L</sub> è la corrente proporzionale al flusso luminoso e I<sub>0</sub> la corrente di fuga del diodo. La //figura 22// mostra la caratteristica di un fotodiodo((corrente e tensione sono inverse e si lavora nel terzo quadrante)). Le caratteristiche principali dei fotodiodi sono: dove I<sub>L</sub> è la corrente proporzionale al flusso luminoso e I<sub>0</sub> la corrente di fuga del diodo. La //figura 22// mostra la caratteristica di un fotodiodo((corrente e tensione sono inverse e si lavora nel terzo quadrante)). Le caratteristiche principali dei fotodiodi sono:
Linea 174: Linea 174:
 Nei conduttori di sezione circolare vale la relazione: Nei conduttori di sezione circolare vale la relazione:
  
-$$R= rho l/S$$+`R= rho l/S`
  
 dove ρ è la resistività, //l// la lunghezza e //S// la sezione. Se il conduttore è sottoposto a trazione //l// aumenta mentre //S// diminuisce e l'effetto complessivo è un aumento della resistenza. I **trasduttori estensimetrici** (o **estensimetri**) sfruttano questo fenomeno traducendo piccole deformazioni in variazioni di resistenza. Dal momento che queste deformazioni sono spesso proporzionali alle forze che le hanno generate gli esetensimetri possono essere utilizzati per misurare la forza, il peso, la coppia e la pressione. dove ρ è la resistività, //l// la lunghezza e //S// la sezione. Se il conduttore è sottoposto a trazione //l// aumenta mentre //S// diminuisce e l'effetto complessivo è un aumento della resistenza. I **trasduttori estensimetrici** (o **estensimetri**) sfruttano questo fenomeno traducendo piccole deformazioni in variazioni di resistenza. Dal momento che queste deformazioni sono spesso proporzionali alle forze che le hanno generate gli esetensimetri possono essere utilizzati per misurare la forza, il peso, la coppia e la pressione.
Linea 180: Linea 180:
 La //figura 25a// mostra schematicamente come è realizzato un estensimetro: un sottile filo metallico, ripiegato per aumentare la sensibilità, è disposto su un materiale isolante e flessibile; le deformazioni in direzione orizzontale vengono rilevate ai reofori con una variazione di resistenza. Vale: La //figura 25a// mostra schematicamente come è realizzato un estensimetro: un sottile filo metallico, ripiegato per aumentare la sensibilità, è disposto su un materiale isolante e flessibile; le deformazioni in direzione orizzontale vengono rilevate ai reofori con una variazione di resistenza. Vale:
  
-$$(Delta R)/R = K_E (Delta l)/l$$+`(Delta R)/R = K_E (Delta l)/l`
  
 dove K<sub>E</sub> esprime la sensibilità dell'estensimetro((quelli a semiconduttore hanno sensibilità maggiore di quelli metallici ma sono più costosi e fragili)). dove K<sub>E</sub> esprime la sensibilità dell'estensimetro((quelli a semiconduttore hanno sensibilità maggiore di quelli metallici ma sono più costosi e fragili)).
Linea 190: Linea 190:
 Se, come in figura, un solo estensimetro è sollecitato, vale la relazione: Se, come in figura, un solo estensimetro è sollecitato, vale la relazione:
  
-$$V_O ~~ (K_E V_a)/4 cdot (Delta l)/l$$+`V_O ~~ (K_E V_a)/4 cdot (Delta l)/l`
  
 se si deformano entrambi la tensione raddoppia. La relazione è approssimata ma accettabile perché le varizioni di resistenza sono contenute rispetto al valore della resistenza stessa. se si deformano entrambi la tensione raddoppia. La relazione è approssimata ma accettabile perché le varizioni di resistenza sono contenute rispetto al valore della resistenza stessa.
sezione_23a.txt · Ultima modifica: 2020/07/03 15:56 da 127.0.0.1