TRASDUTTORI
I trasduttori sono apparecchi in cui una grandezza fisica I (pressione, temperatura, lunghezza………..) che chiameremo
grandezza di ingresso, produce una variazione di una grandezza elettrica O detta segnale di uscita.
Un tale dispositivo puo’ essere caratterizzato da alcuni parametri quali la sensibilita’, la linearita’, la risposta in
frequenza, l’impedenza interna e la stabilita’.
a) Sensibilita’: S=dO/dI
rapporto tra variazione del segnale d’ingresso e quello di uscita.
b) Linearita’:
O= S I con S costante nella zona di linearita’
Se non e’ lineare serve una tabella o curva di taratura per le corrispondenza O—I
c) Risposta in frequenza: quando il segnale di ingresso I(t) e’ una variabile del tempo, tale sara’ anche il segnale di
uscita O(t). Se nel trasduttore ci sono, per esempio, parti meccaniche mobili, queste presentando inerzia, non
riusciranno a seguire fedelmente variazioni troppo rapide di I. Per esprimere cio’ quantitativamente supponiamo che I(t)
sia una funzione sinusoidale di frequenza f. Il segnale di uscita sara’ anch’esso sinusoidale con frequenza f. La
sensibilita’ non sara’ pero’ la stessa a tutte le frequenze (per l’inerzia di cui si diceva) e quindi avremo una S(f).
L’intervallo d’utilizza sara’ quello dove S(f) e’ praticamente costante.
d) Impedenza interna: per il teorema di Thevenin, un trasduttore per quanto complesso ciruitalmente possa essere,
potra’ essere assimilato a un generatore O (proporz. a I) e ad una impedenza interna Z in serie al generatore. La
conoscenza di Z è indispensabile quando si vuol collegare un trasduttore a un amplificatore o ad un registratore, perché
è necessario che che quest’ultimi abbiano anchessi un’impedenza di valore vicino a quella del trasduttore
Se il segnale di uscita deve far funzionare un'apparecchio, la potenza trasferita deve essere la massima
possibile. Se il circuito equivalente dell'amplificatore e' costituito da un generatore di tensione E e da un'impedenza Z0 e
quello dello strumento registratore e' Z, la potenza trasferita sara'
I= E/(Z0+Z)
VZ= I•Z
W= VZ • I = E • Z/(Z0+Z) • E/(Z0+Z)
Che e' massima quando Z/(Z0+Z)2 e' massima
ovvero quando
Si annulla la derivata d (Z/(Z0+Z)2 ) / dZ= 0
Cioe' per Z2- Z02 =0
per cui Z= Z0
e) stabilita'
Il trasduttore puo' essere schematicamente diviso in due parti:
-Sensore: elemento a contatto con la grandezza da misurare
-Trasduttore: rileva le variazioni del sensore e le rende adatte alla trasmissione(elabora)
I sensori possono essere:
-meccanici: (molle) rilevano le variazioni della grandezza tramite variazioni geometriche
-elettrici: Danno un segnale di tipo elettrico facilmente amplificabile (molto usati)
-ottici
Gli elementi sensibili dei sensori elettrici possono essere:
1)Elementi a variazione di resistenza: Sfruttano la legge di ohm (R=ρ•l/s). Applicando al conduttore una forza F
esso si allunga di ∆l e la sezione diminuisce leggermente. Entrambi questi fattori influiscono su R.
2) Elementi a variazione di induttanza: Variando la misura del traferro l0 varia la riluttanza e quindi il valore
dell'induttanza, calcolando il valore dell'induttanza si risale alla misura del traferro
3)Elementi a variazione di capacità: Sono sensibili alle variazioni della capacità di un condensatore avente le
armature mobili
4)Elementi ad effetto termoelettrico: Sfruttano il fenomeno per il quale due barrette di materiali differenti fermi tra
loro per le estremità essi generano una f.e.m al variare della temperatura e quindi una corrente che è funzione
della differenza fra il giunto caldo e quello freddo.
5)Elementi ad effetto piezoelettrico: Sfruttano le legge in cui alcuni cristalli asimmetrici (quarzo) elettricamente
isolanti creano una polarizzazione dielettrica alla loro deformazione quindi ad una forza elettromotrice
alternata. Vale anche il fenomeno inverso
6)Elementi ad effetto fotoelettrico: Nelle cellule fotovoltaiche una placca metallica viene ricoperta da un sottile
strato di materiale semiconduttore (selenio, ossido di rame, ossido di cadmio, silicio) e quando una sorgente
luminosa li colpisce danno luogo a una ddp che fa circolare una corrente in un circuito tale corrente è
proporzionale al livello di illuminazione. Le fotoresistenze ad esempio variano la loro resistività al variare
dell'illuminazione.
Trasduttori Attivi e Passivi
Attivo quando l'energia in uscita è fornita tutta o in parte dal segnale di ingresso.
Passivo quando necessita di una fonte di energia secondaria che gi fornisce la maggior parte dell'energia in uscita.
Trasduttori a principio resistivo:
- Potenziometri: Sono costituiti da un elemento resistivo di resistenza totale R ai cui capi viene applicata una Vi
costante (passivi) e sul quale scorre un cursore. La Vu viene prelevata tra il cursore ed uno degli estremi.
Se a vuoto si può facilmente dedurre col principio di Kirkoff:
Di solito i potenziometri sono a spostamento angolare. Ad 1 giro (360°) o a n giri (n*360°) (ad esempio 10 giri) sono
costituiti da un filo avvolto su un supporto toroidale ruotando il cursore striscia sulla parte interna dell'avvolgimento.
Hanno una tensione di uscita discontinuo ? a meno che non siano potenziometri a strato (carbone, plastiche conduttrici)
-Estensimetri: Conduttori resistivi di deformazione. Costituiti da un filo elettrico di lunghezza L e sezione S. La
resistenza varia a seconda della lunghezza e di sezione. Bisogna utilizzare quindi uno strumento che legga con
precisione i valori della resistenza ovvero il Ponte di Wheatstone
Trasformatori Differenziali:
Trasduttori nei quali la tensione indotta al secondario è funzione dell'accoppiamento tra primario e secondario. Il
movimento del nucleo fa si che uno degli avvolgimenti venga più strettamente legato.
La tensione di uscita risulterà essere la differenza tra le tensioni indotte in ciascun avvolgimento secondario. Il un
trasformatore costruito simmetricamente è quindi possibile determinare la posizione del nucleo vicino al centro nel
punto in cui le tensioni di uscita si anullano.
Revolver:
Sono trasduttori di spostamento a principio induttivo. Essi sono formati da uno statore composto da due avvolgimenti
uguali (AB) e (CD) a 90° tra loro alimentati da due tensioni di ugual frequenza ma diversa ampiezza. C'è poi un rotore
con altri due avvolgimenti (EF) e (GH). I quattro estremi dei due avvolgimenti rotorici si collegano al circuito mediante
contatti striscianti. Le due correnti statoriche danno origine ad un flusso alternato che ha direzione fissa rispetto allo
statore formando un angolo che dipende dal rapporto tra l'ampiezza delle due correnti.
