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Extra: | Extra: |
| * [[https://www.omega.com/techref/rtd-measurement-and-theory.html|tecniche di misura per PT100]]: influenza dei cavi di collegamento su R<sub>RTD</sub>, misura a ponte (tensione), collegamento a tre fili (ponte), non linearità della misura a ponte, misura a quattro fili (sorgente di corrente), calcoli |
* [[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 |
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I due parametri sono riportati nei datasheet e nei cataloghi; la R<sub>25</sub> è desumibile anche dal codice colorato riportato sul componente. Dal punto di vista applicativo la scelta del termistore si in base al valore di resistenza richiesto, individuando una R<sub>25</sub> adatta, e alla sensibilità richiesta, con la costante B((vedi anche [[https://www.vishay.com/docs/29053/ntcappnote.pdf|Application note sui termistori NTC di Vishay]])). | I due parametri sono riportati nei datasheet e nei cataloghi; la R<sub>25</sub> è desumibile anche dal codice colorato riportato sul componente. Dal punto di vista applicativo la scelta del termistore si in base al valore di resistenza richiesto, individuando una R<sub>25</sub> adatta, e alla sensibilità richiesta, con la costante B((vedi anche [[https://www.vishay.com/docs/29053/ntcappnote.pdf|Application note sui termistori NTC di Vishay]])). |
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| Extra: |
| * [[http://www.vishay.com/docs/29049/ntcle100.pdf|datasheet]], [[https://www.vishay.com/docs/33001/seltherm.pdf|guida alla selezione]] e [[https://www.vishay.com/docs/29053/ntcappnote.pdf|application note]] di termistori NTC della Vishay |
| * [[http://www.electroyou.it/isidorokz/wiki/dimensionamento-di-un-termostato-con-ntc|approfondimento sui termistori]] da Electroyou.it |
| * linearizzazione a tre punti: |
| * {{ ::linearizzazione.pdf |paragrafo}} di un libro di testo sull'argomento (vedi anche [[http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00685b.pdf|application note]] Microchip) |
| * [[https://docs.google.com/spreadsheets/d/132YTZxIAGM9SaGd2zUapQfLJSI2uN7VRCesj4HvxNWM/edit?usp=sharing|foglio di calcolo]] con un esempio di linearizzazione di una NTC |
| * il calcolo della resistenza R<sub>L</sub> per la linearizzazione a tre punti, dati T<sub>max</sub> e T<sub>min</sub>, si fa calcolano T<sub>media</sub> e i tre valori della resistenza alle tre temperature, poi (uguagliando le variazioni di tensione rispetto a T<sub>media</sub> o usando una formula pratica): |
| * `R_L=(R_(Tmed)(R_(Tmi\n)+R_(Tm\ax))-2R_(T\mi\n)R_(Tm\ax))/(R_(T\mi\n)+R_(Tm\ax)-2R_(Tmed))` |
| * `R_L=R_(Tmed)(B-2T_(med))/(B+2T_(med))` |
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==== Termocoppie ==== | ==== Termocoppie ==== |
* 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}} |
Risorse utili: | Risorse utili: |
* {{ ::condizionamento_e_ponte_di_wheatstone.pdf |esercizi}} sul condizionamento di sensori resistivi a ponte | * {{ ::condizionamento_e_ponte_di_wheatstone.pdf |esercizi}} sul condizionamento di sensori resistivi a ponte |
* [[https://www.omega.com/techref/rtd-measurement-and-theory.html|tecniche di misura per PT100]]: influenza dei cavi di collegamento su R<sub>RTD</sub>, misura a ponte (tensione), collegamento a tre fili (ponte), non linearità della misura a ponte, misura a quattro fili (sorgente di corrente), calcoli | |
* [[http://www.vishay.com/docs/29049/ntcle100.pdf|datasheet]], [[https://www.vishay.com/docs/33001/seltherm.pdf|guida alla selezione]] e [[https://www.vishay.com/docs/29053/ntcappnote.pdf|application note]] di termistori NTC della Vishay | |
* [[http://www.electroyou.it/isidorokz/wiki/dimensionamento-di-un-termostato-con-ntc|approfondimento sui termistori]] da Electroyou.it | |
* linearizzazione a tre punti: | |
* {{ ::linearizzazione.pdf |paragrafo}} di un libro di testo sull'argomento (vedi anche [[http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00685b.pdf|application note]] Microchip) | |
* [[https://docs.google.com/spreadsheets/d/132YTZxIAGM9SaGd2zUapQfLJSI2uN7VRCesj4HvxNWM/edit?usp=sharing|foglio di calcolo]] con un esempio di linearizzazione di una NTC | |
* il calcolo della resistenza R<sub>L</sub> per la linearizzazione a tre punti, dati T<sub>max</sub> e T<sub>min</sub>, si fa calcolano T<sub>media</sub> e i tre valori della resistenza alle tre temperature, poi (uguagliando le variazioni di tensione rispetto a T<sub>media</sub> o usando una formula pratica): | |
* `R_L=(R_(Tmed)(R_(Tmi\n)+R_(Tm\ax))-2R_(T\mi\n)R_(Tm\ax))/(R_(T\mi\n)+R_(Tm\ax)-2R_(Tmed))` | |
* `R_L=R_(Tmed)(B-2T_(med))/(B+2T_(med))` | |
* [[https://www.youtube.com/watch?time_continue=3&v=8xX2SVcItOA|video]] su carico/generatore a corrente costante dal canale EEVBlog di youtube | * [[https://www.youtube.com/watch?time_continue=3&v=8xX2SVcItOA|video]] su carico/generatore a corrente costante dal canale EEVBlog di youtube |
* [[https://akizukidenshi.com/download/ds/aosong/DHT11.pdf|DTH11]], un sensore digitale low-cost ([[https://learn.adafruit.com/dht/overview|qui]] la guida di adafruit per usarlo) | * [[https://akizukidenshi.com/download/ds/aosong/DHT11.pdf|DTH11]], un sensore digitale low-cost ([[https://learn.adafruit.com/dht/overview|qui]] la guida di adafruit per usarlo) |
===== 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 ===== |
* alimentazione in alternata senza elettronica, con svantaggi e vantaggi (range di temperature molto grande ma più complicato nell'utilizzo) | * alimentazione in alternata senza elettronica, con svantaggi e vantaggi (range di temperature molto grande ma più complicato nell'utilizzo) |
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==== Microsyn, syncro e dinamo tachimetrica ==== | ==== Dinamo tachimetrica ==== |
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Sono in disuso soppiantati dagli encoder. | Sono in disuso soppiantati dagli encoder. |