OFFSET NELLA CARATTERISTICA DI TRASFERIMENTO DI UN TRASDUTTORE
Si verifica quando con un ingresso nullo ho
un’uscita non nulla.
In particolare si definisce valore di offset il valore
di uscita che ottengo ponendo all’ingresso un
valore nullo.
Nell’esempio a fianco, è rappresentato un
trasduttore con un offset di circa 75.
L’offset
viene
condizionamento
trasduttore.
corretto
dai
circuiti
di
del segnale a valle del
Tempo di risposta:
tempo che il trasduttore impiega per raggiungere in uscita il valore di regime
corrispondente al valore d'ingresso.
Es. attesa che il sensore raggiunga la temperatura del corpo da misurare.
Un trasduttore è tanto migliore quanto minore è il suo tempo di risposta.
temperatura
Altre caratteristiche dei trasduttori
tempo
Risoluzione:
E' il rapporto percentuale tra la minima variazione della grandezza di uscita in grado di essere rilevata e il valore massimo
del fondo scala. Un trasduttore è tanto migliore quanto minore è il suddetto rapporto percentuale.
Es. 1V/10V 10% di risoluzione
0.1V/10V 1% di risoluzione
Ripetibilità:
E' la capacità di un sensore di fornire, in tempi diversi, sempre gli
stessi valori di uscita in corrispondenza dello stesso ingresso.
Più precisamente si può dire che la ripetibilità è la variazione nelle
misure eseguite da uno stesso operatore e ripetute sullo stesso
campione nelle stesse condizioni e con lo stesso strumento. La
ripetibilità esprime le variazioni interne dello strumento di misura.
Test di ripetibilità eseguito
sullo strumento di misura A
Test di ripetibilità eseguito
sullo strumento di misura B
Riproducibilità:
variazione delle misure medie dovute a fattori quali gli
operatori, condizioni di temperatura, umidità... La
riproducibilità esprime le variazioni dovute all'intero
sistema di misura.
Test di riproducibilità eseguito da due operatori
diversi sullo stesso strumento di misura
Gli RTD (Resistance Temperature Detector) o termoresistori sono sensori che sfruttano la proprietà dei
materiali di variare la resistenza elettrica in funzione della temperatura.
Svantaggi:
• non linearità (compensabile via hardware o software)
• il loro basso valore di resistenza può determinare elevati errori di misura
• errore di autoriscaldamento (L'effetto Joule determina un limite superiore per l'intensità di corrente di
eccitazione. D’altra parte una corrente troppo bassa fornisce segnali di tensione troppo deboli e quindi troppo sensibili ai disturbi
e al rumore ambiente. La scelta deve essere operata in modo da ottenere un giusto compromesso tra sensibilità e precisione
della misura.
Termometri a resistenza metallica
Vantaggi:
• buona linearità
• ampi intervalli di temperatura di impiego
Es: Pt 100
I termistori (Thermal Resistor) sfruttano le proprietà dei semiconduttori di variare la conducibilità elettrica con la temperatura.
Vantaggi:
• notevole sensibilità
• dimensioni ridotte (una massa termica piccola permette una risposta rapida alle variazioni di temperatura)
• resistenza relativamente elevata
Svantaggi:
• linearità modesta
• campo di lavoro limitato
• il dispositivo è realizzato con materiale che varia le proprie caratteristiche se la temperatura è superiore a quella massima
consentita, determinando la decalibrazione del dispositivo
• i termistori sono più fragili rispetto alle termoresistenze o alle termocoppie
Tipi:
• PTC (Positive Temperature Coefficient), a coefficiente positivo: l’aumento di temperatura determina l’aumento della resistenza
• NTC (Negative Temperature Coefficient), a coefficiente negativo: l’aumento di temperatura determina una diminuzione della
resistenza
Effetto Seebeck
Immaginiamo di avere due fili di due metalli diversi A
e B.
Uniamo le due estremità dei fili. In questo modo
abbiamo creato un circuito chiuso e due giunzioni tra
metalli diversi. Se creiamo una differenza di
temperatura tra le due giunzioni, nel circuito scorrerà
una debole corrente elettrica.
Possiamo utilizzare la differenza di potenziale generata da
questo effetto per misurare le differenze di temperatura delle
due giunzioni.
Se teniamo una delle due giunzioni a temperatura nota,
possiamo usare l’altra giunzione per misure di temperatura
assoluta.
Le termocoppie sono sensori di temperatura utilizzati per temperature molto elevate
(fino a 1800°C)
Vantaggi:
sono dispositivi attivi: generano in uscita una tensione senza la necessità di una
corrente di eccitazione.
Svantaggi:
Per ottenere una trasduzione precisa della temperatura si deve tenere
costante la temperatura Tf del giunto freddo.
Questo è difficile da realizzare perchè il giunto freddo è fisicamente
costituito da due terminali disgiunti fra loro, inoltre si trova normalmente
a lavorare a temperatura ambiente.
Ai morsetti della termocoppia si connettono fili di metallo diverso
(ad esempio fili di rame per collegare il voltmetro) creando nuove
giunzioni generanti di f.e.m. per effetto Seebeck.
S / R: per temperature fino a 1500°C in atmosfera inerte; il loro coefficiente di Seebeck varia poco con la
temperatura quindi hanno buona linearità ma sono poco sensibili
B: adatte a temperature elevate (1700°C) e più robuste meccanicamente delle S / R
J: elevato coefficiente di Seebeck sopra i 540°C; il ferro di cui sono fatte tende ad ossidarsi per cui l’utilizzo in
questo range di temperature è consigliato in ambiente privo di ossigeno.
T: resistenti alla corrosione in atmosfere a forti concentrazioni di umidità; non linearità elevata alle temperature
maggiori di 200°C ove il rame ossida facilmente.
K: largamente impiegate ad alta temperatura (oltre i 550°C) poiché sono molto resistenti in ambienti ossidanti
insieme alle termocoppie di platino. Coefficiente di Seebeck praticamente costante (40μV/°C) nel range di
temperatura 0 - 1000°C ed una più elevata sensibilità rispetto alle termocoppie S/R.
E: coefficiente di Seebeck elevatissimo a cui corrisponde una migliore sensibilità; range di temperatura è piuttosto
limitato.
I sensori di temperatura a semiconduttore sfruttano il fatto che la tensione di una giunzione a semiconduttore
(diodi e transistor) dipende dalla temperatura.
Vantaggi:
La linearità e la sensibilità sono molto buone, costo contenuto
Svantaggi:
ristretto range di temperature in cui possono essere utilizzati (< 150°C), tempo di risposta elevato, fragilità
meccanica
I pirometri sono strumenti utilizzati per la misura di elevate temperature ( > 1000°K) e basati su una misura dell'energia termica
o luminosa irraggiata dal corpo in esame.
Pirometri a radiazione totale e pirometri ottici
Sensori di forza e pressione: estensimetro
Gli estensimetri a resistenza elettrica si basano sull'effetto piezoresistivo: una deformazione del materiale provoca una
variazione di resistenza.
Gli estensimetri metallici sono costituiti da un filo di lega speciale di resistenza elettrica nota e di diametro molto piccolo,
disposto a serpentina su un supporto di resina sintetica. Il supporto viene usato incollandolo sulla superficie del corpo nella
zona in cui si desidera misurare la deformazione.
Questi sensori hanno un largo impiego perchè dalla misura della deformazione si può risalire alla tensione, forza, coppia,
pressione, spostamento e accelerazione.
Se il corpo al quale l’estensimetro viene applicato si deforma, l’estensimetro subisce la stessa deformazione, il filo di cui è
costituito il sensore si allunga o si accorcia, si modifica il valore della resistenza elettrica del filo. Questa variazione avviene a
causa di due fenomeni distinti.
Il dispositivo è molto più sensibile alle dilatazioni lungo la direzione parallela ai tratti lunghi per cui esso andrà montato in modo
che la direzione di maggiore sensibilità coincida con quella della dilatazione da misurare.
Il fatto che l’estensimetro sia sensibile anche alle dilatazioni che avvengono nella direzione parallela ai tratti più corti è un
disturbo nella misura.
C'è il problema di minimizzare gli effetti di
variazioni di resistenza indotte dalla temperatura.
Pertanto vengono applicate leghe a basso
coefficiente di temperatura della resistenza.
