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Capacitivi / Induttivi 1 / 27 Trasduttori capacitivi e induttivi Capacitivi / Induttivi 2 / 27 Trasduttori Capacitivi e Induttivi • Capacità – – – – Funzionamento dei trasduttori capacitivi Trasduttori di posizione, di distanza, di presenza… Circuiti ausiliari Linearizzazione • Induttanza – Funzionamento dei trasduttori induttivi – Trasduttori di posizione a variazione di riluttanza – Trasduttori di presenza a correnti parassite • Effetto trasformatorico – Trasformatori differenziali Capacitivi / Induttivi 3 / 27 Capacità di un condensatore a facce piane C=eS/d • e • S • d è la permettività dielettrica del materiale interposto fra le armature potrebbe essere modificato mediante lo scorrimento delle armature potrebbe essere modificato dallo spostamento delle armature (problema: è al denominatore!!) Capacitivi / Induttivi 4 / 27 Trasduttori di posizione capacitivi C=eS/d S potrebbe essere modificato mediante lo scorrimento delle armature, l’una sull’altra, che modifica la “superficie utile” Si possono avere scorrimenti per traslazione e per rotazione. Il processo è utilizzato per realizzare trasduttori di posizione “lineare” ed “angolare”. Capacitivi / Induttivi 6 / 27 Campo di misura: traslazione rmax rmaxrmin rmin 2π 2π x L C nom 2 2 CxC nom ee x rmax rmaxrmin rmin L Capacitivi / Induttivi 7 / 27 Campo di misura: rotazione Capacitivi / Induttivi 9 / 27 Trasduttore di livello capacitivo ad immersione rmax rmin 2 H 2 C0 e 0 rmax rmin C0 e 0 rmax rmin rmax rmin H Capacitivi / Induttivi 10 / 27 Trasduttore di livello capacitivo ad immersione H h0 h1 h0 H h1 rmax rminrmax r e 0 hmin C e 1h1 2 0 H 2 C0 rmaxe 0 rmin rmax rmin rmax rmin C e 0 H e 0 h1 e 1h1 rmin rmax rmin r max C0 e 0 H rmax rmin rmax rmin e 0 H e1 e 0 h1 C h1 rmax rmin Capacitivi / Induttivi 11 / 27 Trasduttore di livello capacitivo ad immersione C h1 C0 e 0 rmax rmin rmax rmin rmax rmin rmax rmin e 0 H e1 e 0 h1 H e 1 h1 C h1 C0 1 1 e0 H il fluido di cui si vuole trasdurre il livello deve essere isolante ed avere una permettività e1 molto maggiore di quella del vuoto e0 Capacitivi / Induttivi 12 / 27 Trasduttore di livello capacitivo S C e d d La presenza di un piano a potenziale nullo determina la nascita di un conduttore immagine posto simmetricamente rispetto al piano neutro ed a potenziale opposto a quello dell’elettrodo principale. Anche in questo caso si evitano gli effetti di bordo usando una armatura schermo equipotenziale a quella principale ed estranea al circuito di misura. Capacitivi / Induttivi 13 / 27 Rilevatore di presenza capacitivo S C e 0 S C e d l’oscillatore collegato alla armatura ha potenza ridotta e riesce ad oscillare solo se caricato da impedenze di valore superiore ad un valore critico: l’aumento del valore della capacità ne arresta la libera oscillazione e tale evento viene rilevato per segnalare la presenza di un azionatore entro la distanza di attivazione. Capacitivi / Induttivi 14 / 27 Trasduttore di pressione capacitivo C = e0 S / d d diminuisce all’aumentare della pressione nella camera principale pertanto la capacità aumenta per rilevare la “pressione assoluta” nella camera secondaria si realizza un “vuoto spinto” per cui la permettività da considerare è la e 0 del vuoto. Capacitivi / Induttivi 15 / 27 Trasduttore di pressione capacitivo C=eS/d d e diminuisce all’aumentare della differenza fra la pressione nella camera principale e quella nella secondaria. è legato alla pressione del fluido nella camera secondaria. Capacitivi / Induttivi 16 / 27 Convertitore C / V e linearizzazione reciprocale Vout la necessità di permettere la circolazione della i impone la presenza di R : 1 C1 jC2 V V 1 C2 jC1 1 C1 R Vout V C2 C2 Capacitivi / Induttivi 17 / 27 Trasduttori induttivi e trasformatorici Capacitivi / Induttivi 18 / 27 Autoinduzione e riluttanza L , coefficiente di autoinduzione o, brevemente, induttanza, è funzione (inversa) della riluttanza del circuito magnetico: H N i 1 N Ni 2 H R N R L N i R L i R , riluttanza del circuito magnetico, è fortemente dipendente dal contributo del traferro: R = R fe + 2 R 0 con R 0 = d0 / m0 S Capacitivi / Induttivi 19 / 27 Trasduttori a variazione di riluttanza L , coefficiente di autoinduzione o, brevemente, induttanza, è funzione (inversa) della riluttanza del circuito magnetico: H N i 1 N Ni 2 H R N R L N i R L i R , riluttanza del circuito magnetico, è fortemente dipendente dal contributo del traferro: R = R fe + 2 R 0 con R 0 = d0 / m0 S Capacitivi / Induttivi 20 / 27 Trasduttori a fem indotta il flusso magnetico è funzione della riluttanza del circuito magnetico e le variazioni di riluttanza possono indurre una tensione all’uscita del dispositivo: H 1 R d N vout N H R dt d vout d t Il trasduttore, di tipo attivo, non è adatto per rilevare posizioni dato che la fem di uscita è provocata dalla derivata temporale della riluttanza. Capacitivi / Induttivi 21 / 27 Trasduttori a correnti parassite (“proximity”) il trasduttore ha una bobina che viene alimentata da un oscillatore l’oscillatore collegato alla bobina ha potenza ridotta e riesce ad oscillare solo se non deve erogare una potenza superiore ad un valore critico: critico. le correnti di Foucoult che circolano nell’azionatore eventualmente presente provocano una dissipazione supplementare di potenza che arresta la libera oscillazione: tale evento viene rilevato per segnalare la presenza di un “azionatore” entro la distanza di attivazione. Capacitivi / Induttivi 22 / 27 Trasformatore differenziale LVDT Capacitivi / Induttivi 23 / 27 Trasformatore differenziale LVDT Capacitivi / Induttivi 24 / 27 Trasformatore differenziale LVDT Vout j M 1 M 2 I0 V 0 I0 R0 jL0 Capacitivi / Induttivi 25 / 27 Trasformatore differenziale LVDT M1 M 2 Vout V0 R0 L0 j Capacitivi / Induttivi 26 / 27 Frequenza di alimentazione LVDT Vout V0 M1 M 2 V0 M 1 ( x) M 2 ( x) R0 R0 L0 L0 j j Capacitivi / Induttivi 27 / 27 Specifiche LVDT Capacitivi / Induttivi 28 / 27 Condizionamento LVDT Capacitivi / Induttivi 29 / 27 Condizionamento LVDT
