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| unita_14_1 [2019/10/20 20:00] – admin | unita_14_1 [2019/10/20 20:08] – admin |
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| Extra: | Extra: |
| * [[https://docs.google.com/spreadsheets/d/1jrCvSm2KEZFe-v2ZtT_XSnMnz-KG_26Yiuby3MC40cQ/edit?usp=sharing|foglio di calcolo e grafico con la caratteristica di una Pt100]] | * [[https://docs.google.com/spreadsheets/d/1jrCvSm2KEZFe-v2ZtT_XSnMnz-KG_26Yiuby3MC40cQ/edit?usp=sharing|foglio di calcolo e grafico con la caratteristica di una Pt100]] |
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| /* | |
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| * {{ :pt100.zip |simulazione con Pt100 e circuito di condizionamento (0-100°C -> 0-10 V)}} | * {{ :pt100.zip |simulazione con Pt100 e circuito di condizionamento (0-100°C -> 0-10 V)}} |
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| */ | |
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| In figura una simulazione con ponte linearizzato e stadio invertente per Pt100. | In figura una simulazione con ponte linearizzato e stadio invertente per Pt100. |
| `R_T = R_(25) e ^(B(1/T - 1/298.15))` | `R_T = R_(25) e ^(B(1/T - 1/298.15))` |
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| dove R<sub>25</sub> è la resistenza a 25°C (corrispondenti a 298,15 gradi Kelvin), T è la temperatura misurata (in K) e B è un parametro che caratterizza l'NTC, sempre in K. La relazione tra resistenza e temperatura è dunque esponenziale/*, come mostrato in figura 11*/. In pratica le caratteristiche principali di un NTC sono riassunte dai due parametri: | dove R<sub>25</sub> è la resistenza a 25°C (corrispondenti a 298,15 gradi Kelvin), T è la temperatura misurata (in K) e B è un parametro che caratterizza l'NTC, sempre in K. La relazione tra resistenza e temperatura è dunque esponenziale /*, come mostrato in figura 11*/ . In pratica le caratteristiche principali di un NTC sono riassunte dai due parametri: |
| * R<sub>25</sub>, che indica la resistenza a temperatura ambiente | * R<sub>25</sub>, che indica la resistenza a temperatura ambiente |
| * la costante B, che dipende dal materiale | * la costante B, che dipende dal materiale |
| * bassa precisione | * bassa precisione |
| * comportamento non-lineare | * comportamento non-lineare |
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| | * [[http://www.epcb.it/guida_termocoppie.php]] |
| | * [[https://it.omega.com/prodinfo/termocoppie.html]] |
| | * [[http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-369.pdf|application note della AD]] |
| | * [[https://www.wika.us/upload/DS_IN0023_it_it_54291.pdf|informazioni tecniche (chiare e sintetiche) del produttore wika]] |
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| ==== Trasduttori di temperatura integrati ==== | ==== Trasduttori di temperatura integrati ==== |
| L'unico limite è il range di temperatura, compreso tra -50 e 150 °C. | L'unico limite è il range di temperatura, compreso tra -50 e 150 °C. |
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| Tra i tanti trasduttori integrati in commercio((ne esistono anche con uscita digitale)) due soluzioni classiche sono l'[[https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ad590.pdf|AD590]] e l'[[http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf|LM35]]. Il primo è un sensore in corrente mentre il secondo è in tensione. Entrambi si alimentano con una tensione tra 4 e 30 Volt. L'AD590 fornisce 1μA/K di corrente (273 μA a 0°C) mentre LM35 10mV/°C (0 mV a 0°C). L'AD590 è da preferire quando il sensore è lontano perché presenta una maggiore immunità ai disturbi e non è influenzato da eventuali cadute di tensione. Il secondo, oltre ad essere più economico, è più pratico da usare perché produce un segnale in tensione più facile da utilizzare e proporzionale alla temperatura in gradi Celsius invece che Kelvin. L'LM35 ha bisogno di un alimentazione negativa per temperature inferiori a 0°C (figura 21). Il segnale dell'AD590 può essere facilmente convertito in tensione /*con il circuito di figura 20*/ provocando una caduta di tensione su un resistore di precisione e usando un amplificatore non invertente (la tensione V<sub>ref</sub> serve ad aggiungere un offset per avere 0 Volt a 0 °C). Nella figura seguente la simulazione del circuito dove la Vref è ottenuta con un regolatore LM317 (0V a 0°C e 5V a 100°C). | Tra i tanti trasduttori integrati in commercio((ne esistono anche con uscita digitale)) due soluzioni classiche sono l'[[https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ad590.pdf|AD590]] e l'[[http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf|LM35]]. Il primo è un sensore in corrente mentre il secondo è in tensione. Entrambi si alimentano con una tensione tra 4 e 30 Volt. L'AD590 fornisce 1μA/K di corrente (273 μA a 0°C) mentre LM35 10mV/°C (0 mV a 0°C). L'AD590 è da preferire quando il sensore è lontano perché presenta una maggiore immunità ai disturbi e non è influenzato da eventuali cadute di tensione. Il secondo, oltre ad essere più economico, è più pratico da usare perché produce un segnale in tensione più facile da utilizzare e proporzionale alla temperatura in gradi Celsius invece che Kelvin. L'LM35 ha bisogno di un alimentazione negativa per temperature inferiori a 0°C /* (figura 21) */. Il segnale dell'AD590 può essere facilmente convertito in tensione /* con il circuito di figura 20 */ provocando una caduta di tensione su un resistore di precisione e usando un amplificatore non invertente (la tensione V<sub>ref</sub> serve ad aggiungere un offset per avere 0 Volt a 0 °C). Nella figura seguente la simulazione del circuito dove la Vref è ottenuta con un regolatore LM317 (0V a 0°C e 5V a 100°C). |
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| {{::ad590-lm317.png?400|AD590 e circuito di condizionamento}} | {{::ad590-lm317.png?400|AD590 e circuito di condizionamento}} |
| ===== 4 Sensori estensimetrici ===== | ===== 4 Sensori estensimetrici ===== |
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| Gli estensimetri - o sensori estensimetrici o //strain guage// ma anche //strain gage// - convertono una deformazione meccanica in una variazione di resistenza. Sono realizzati disponendo un conduttore (metallico o semiconduttore((quelli a semiconduttore hanno sensibilità maggiore ma sono più costosi e fragili)) ) a serpentina su un supporto isolante flessibile/* come mostrato in figura 23*/. | Gli estensimetri - o sensori estensimetrici o //strain guage// ma anche //strain gage// - convertono una deformazione meccanica in una variazione di resistenza. Sono realizzati disponendo un conduttore (metallico o semiconduttore((quelli a semiconduttore hanno sensibilità maggiore ma sono più costosi e fragili)) ) a serpentina su un supporto isolante flessibile /* come mostrato in figura 23*/ . |
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| Considerato che nei conduttori di sezione circolare vale la relazione: | Considerato che nei conduttori di sezione circolare vale la relazione: |
| dove il fattore di deformazione K<sub>E</sub> esprime la sensibilità dell'estensimetro e gli altri due termini sono variazioni relative di resistenza e lunghezza. | dove il fattore di deformazione K<sub>E</sub> esprime la sensibilità dell'estensimetro e gli altri due termini sono variazioni relative di resistenza e lunghezza. |
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| Gli estensimetri vengono spesso utilizzati in strutture a ponte/* come mostrato in //figura 25// */. Se usati a coppie o a gruppi di quattro si ha: | Gli estensimetri vengono spesso utilizzati in strutture a ponte /* come mostrato in //figura 25// */. Se usati a coppie o a gruppi di quattro si ha: |
| * un aumento della sensibilità, se le deformazioni dei due estensimetri avvengono in senso opposto | * un aumento della sensibilità, se le deformazioni dei due estensimetri avvengono in senso opposto |
| * la compensazione degli errori causati dalla dipendenza della resistenza dalla temperatura (che coinvolge tutti gli estensimetri) | * la compensazione degli errori causati dalla dipendenza della resistenza dalla temperatura (che coinvolge tutti gli estensimetri) |
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| Nel circuito di figura 25a la tensione V<sub>d</sub>, dipendente dalla deformazione dell'unico estensimetro di resistenza R<sub>x</sub> si ottiene((la dimostrazione nel testo esprime V<sub>d</sub> come differenza tra due potenziali calcolati con un partitore di tensione e sostituisce R0(1+x) al posto di Rx)) come: | Nel circuito /* di figura 25a */ a ponte con un solo estensimetro la tensione V<sub>d</sub>, dipendente dalla deformazione dell'unico estensimetro di resistenza R<sub>x</sub> si ottiene((la dimostrazione nel testo esprime V<sub>d</sub> come differenza tra due potenziali calcolati con un partitore di tensione e sostituisce R0(1+x) al posto di Rx)) come: |
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| `V_d=V_g x/(4+2x)` | `V_d=V_g x/(4+2x)` |
| che è invece lineare. | che è invece lineare. |
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| Nel caso in cui si impieghino due estensimetri che si deformano /*(figura 25b)*/ la sensibilità migliora e si ha: | Nel caso in cui si impieghino due estensimetri che si deformano /* (figura 25b) */ la sensibilità migliora e si ha: |
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| `V_d = V_g/2 x = V_g/2 K_E (Delta l)/l_0` | `V_d = V_g/2 x = V_g/2 K_E (Delta l)/l_0` |
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| Infine se si usano quattro estensimetri che si deformano /*(figura 25c)*/ a coppie in direzioni opposte si ha: | Infine se si usano quattro estensimetri che si deformano /* (figura 25c) */ a coppie in direzioni opposte si ha: |
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| `V_d = V_g x = V_g K_E (Delta l)/l_0` | `V_d = V_g x = V_g K_E (Delta l)/l_0` |
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| Un circuito alternativo è /*quello di figura 25d, detto */il ponte resistivo linearizzato. Questo circuito ha il vantaggio di produrre una tensione riferita a massa - non serve un amplificatore differenziale come nei circuiti a ponte - direttamente proporzionale alla ΔR((si può dimostrare come propone il testo o osservando che il sensore è alimentato con una corrente costante Vg/2R0 (nell'ipotesi V+ = V-) )): | Un circuito alternativo è /* quello di figura 25d, detto */ il ponte resistivo linearizzato. Questo circuito ha il vantaggio di produrre una tensione riferita a massa - non serve un amplificatore differenziale come nei circuiti a ponte - direttamente proporzionale alla ΔR((si può dimostrare come propone il testo o osservando che il sensore è alimentato con una corrente costante Vg/2R0 (nell'ipotesi V+ = V-) )): |
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| `V_O=-V_g/2 x` | `V_O=-V_g/2 x` |
| ==== Celle di carico ==== | ==== Celle di carico ==== |
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| I ponti estensimetrici, disposti opportunamente lungo una trave che si deforma, sono utilizzati per misurare le forze (ad esempio il peso nelle bilance elettroniche); in questo caso il trasduttore completo viene detto **cella di carico**. La figura 26a mostra una cella di carico che sfrutta due estensimetri che si deformano in maniera opposta./*; la figura 26b una trave con un solo estensimetro.*/ | I ponti estensimetrici, disposti opportunamente lungo una trave che si deforma, sono utilizzati per misurare le forze (ad esempio il peso nelle bilance elettroniche); in questo caso il trasduttore completo viene detto **cella di carico**. /* La figura 26a mostra una cella di carico che sfrutta due estensimetri che si deformano in maniera opposta; la figura 26b una trave con un solo estensimetro. */ |
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| Risorse: | |
| * [[http://www.epcb.it/guida_termocoppie.php]] | |
| * [[https://it.omega.com/prodinfo/termocoppie.html]] | |
| * [[http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-369.pdf|application note della AD]] | |
| * [[https://www.wika.us/upload/DS_IN0023_it_it_54291.pdf|informazioni tecniche (chiare e sintetiche) del produttore wika]] | |
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| ===== 5 Trasduttori di posizione e di velocità ===== | ===== 5 Trasduttori di posizione e di velocità ===== |
