Trasduttori capacitivi e induttivi

Capacitivi / Induttivi
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Trasduttori capacitivi
e induttivi
Capacitivi / Induttivi
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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
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Capacità di un condensatore a facce piane
C=S/d
• 
• 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
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Trasduttori di posizione capacitivi
C=S/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
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Campo di misura: traslazione
Capacitivi / Induttivi
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Campo di misura: traslazione
rmax rmaxrmin
 rmin
2π 2π
x L
C nom
2
2
C xC 


x
nom
rmax rmaxrmin rmin L
Capacitivi / Induttivi
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Campo di misura: rotazione
Capacitivi / Induttivi
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Effetti di bordo - armature “schermo”
C=S/d
S
la variazione della “superficie
utile” viene disturbata da
effetti di bordo che possono
interferire nel legame fra il
misurando e la capacità.
per mascherare questi effetti
si usano armature
supplementari equipotenziali
alle armature principali ed
estranee al circuito di misura
Capacitivi / Induttivi
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Trasduttore di livello capacitivo ad immersione
rmax  rmin
2
H
2
C0   0
rmax  rmin
 rmax  rmin 
C0   0
H
rmax  rmin
Capacitivi / Induttivi
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Trasduttore di livello capacitivo ad immersione
H  h0  h1
 h0  H  h1

 rmax  rmin
r
 rhmin  h 
max
C


2
0 0 H1 1
2
C0 rmax 0 rmin
rmax  rmin
 rmax  rmin 

C
 0 H   0 h1   1h1 

rmin
rmax  rmin 
r

max
C0   0
H
rmax  rmin
 rmax  rmin 
C h1  
 0 H  1   0 h1 
rmax  rmin
Capacitivi / Induttivi
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Trasduttore di livello capacitivo ad immersione
 rmax  rmin 
C h1  
 0 H  1   0 h1 
rmax  rmin
 rmax  rmin 
C0   0
H
rmax  rmin
   1  h1 
C h1   C0 1    1 
  0  H 
il fluido di cui si vuole trasdurre il livello deve
essere isolante ed avere una permettività 1
molto maggiore di quella del vuoto 0
Capacitivi / Induttivi
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Trasduttore di livello capacitivo
S
C 
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
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Rilevatore di presenza capacitivo
S
C 0

S
C
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
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Trasduttore di pressione capacitivo
C =  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


del vuoto.
Capacitivi / Induttivi
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Trasduttore di pressione capacitivo
C=S/d
d

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
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Convertitore C / V
e linearizzazione reciprocale
Vout
la necessità di permettere la
circolazione della i impone la
presenza di R :
1
C1
j C 2


 V
 V
1
C2
jC1
1
C1


 R  Vout   V
C 2
C2
Capacitivi / Induttivi
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Trasduttori induttivi
e trasformatorici
Capacitivi / Induttivi
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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 / 0 S
Capacitivi / Induttivi
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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 / 0 S
Capacitivi / Induttivi
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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
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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
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Trasformatore differenziale LVDT
Capacitivi / Induttivi
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Trasformatore differenziale LVDT
Capacitivi / Induttivi
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Trasformatore differenziale LVDT
Vout  j M 1  M 2 I0

V
0
I 
0
R0  jL0
Capacitivi / Induttivi
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Trasformatore differenziale LVDT
Vout
M1  M 2 

V0
R0
L0 
j
Capacitivi / Induttivi
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Frequenza di alimentazione LVDT
Vout
V0
M1  M 2 

V0 

M 1 ( x)  M 2 ( x )
R0
R0
L0 
L0 
j
j
Capacitivi / Induttivi
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Specifiche LVDT
Capacitivi / Induttivi
28 / 27
Condizionamento LVDT
Capacitivi / Induttivi
29 / 27
Condizionamento LVDT