Trasduttori e loro classificazione

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I trasduttori sono dispositivi che trasformano grandezze fisiche in segnali elettrici, essenziali per misurare fenomeni come temperatura e pressione. Si distinguono in attivi e passivi, e possono essere potenziometrici, ottici, di prossimità, di pressione, tachimetrici o di temperatura. Gli interruttori di finecorsa sono un esempio di trasduttori di contatto utilizzati in ambito industriale.

Riassunto

Schema

Definizione e Classificazione dei Trasduttori

Un trasduttore è un dispositivo che converte una grandezza fisica in un segnale elettrico misurabile. Questa conversione permette di quantificare fenomeni fisici come temperatura, posizione, velocità, pressione, tra gli altri. I trasduttori si classificano in base al tipo di grandezza fisica che convertono e al metodo di conversione. I trasduttori primari trasformano direttamente una grandezza fisica in un segnale elettrico, mentre i trasduttori secondari richiedono un trasduttore primario per convertire una grandezza fisica in un'altra prima di generare un segnale elettrico. Inoltre, i trasduttori possono essere attivi, generando un segnale elettrico senza bisogno di alimentazione esterna, o passivi, che necessitano di una sorgente di alimentazione esterna e modificano parametri come resistenza, induttanza o capacità in risposta a variazioni della grandezza fisica. I trasduttori possono produrre segnali di tipo digitale, che rappresentano la grandezza fisica in forma di codice binario o segnali ON/OFF, o analogico, che riflettono variazioni continue della grandezza fisica.

Vari trasduttori su tavolo in legno chiaro: microfono dinamico, termocoppia, sensore di pressione, disco piezoelettrico e fotodiodo.

Parametri Caratteristici dei Trasduttori

I trasduttori sono definiti da parametri che ne descrivono le prestazioni e l'accuratezza. La transcaratteristica è la relazione funzionale tra il segnale di ingresso (la grandezza fisica) e il segnale di uscita (il segnale elettrico), e la sua linearità è essenziale per garantire misurazioni precise. La portata specifica il range operativo del trasduttore, mentre il valore di fondo scala rappresenta il massimo valore misurabile. La risoluzione indica la minima variazione della grandezza fisica che il trasduttore è in grado di rilevare. La sensibilità, invece, è definita come il rapporto tra la variazione del segnale di uscita e la variazione della grandezza fisica in ingresso. Questi parametri sono cruciali per la selezione di un trasduttore adatto a una specifica applicazione, assicurando che il dispositivo possa operare entro i limiti richiesti e con la precisione necessaria.

Trasduttori Potenziometrici e Encoder Ottici

I trasduttori potenziometrici sono dispositivi che misurano spostamenti lineari o angolari attraverso la variazione di resistenza elettrica. Un cursore si muove lungo un elemento resistivo, modificando la tensione in uscita in proporzione allo spostamento. Gli encoder ottici, d'altra parte, sono trasduttori di posizione che utilizzano la luce per codificare movimenti lineari o rotativi. Questi dispositivi possono essere incrementali, fornendo informazioni relative al movimento, o assoluti, che forniscono una posizione univoca indipendentemente dalla posizione di partenza. Gli encoder ottici incrementali generano impulsi quando un fascio di luce viene interrotto da un disco o una lastra forata, mentre gli encoder assoluti producono un codice binario unico per ogni posizione, permettendo la determinazione immediata della posizione assoluta.

Trasduttori di Prossimità e di Pressione

I trasduttori di prossimità sono dispositivi che rilevano la presenza o la distanza di un oggetto senza contatto fisico. Possono utilizzare diverse tecnologie, come ultrasuoni, che emettono onde sonore ad alta frequenza e rilevano il loro riflesso, o induttivi, che sfruttano le variazioni di un campo elettromagnetico causate dalla presenza di oggetti metallici. I trasduttori di pressione, invece, convertono la pressione meccanica in un segnale elettrico. Questi dispositivi possono utilizzare estensimetri, che sono elementi sensibili alla deformazione e cambiano la loro resistenza elettrica quando sono sottoposti a pressione, o altre tecnologie come celle di carico piezoelettriche o sensori capacitivi.

Dinamo Tachimetrica e Trasduttori di Temperatura

La dinamo tachimetrica è un trasduttore che misura la velocità angolare convertendo l'energia meccanica in energia elettrica attraverso il principio di induzione elettromagnetica. La tensione generata è proporzionale alla velocità di rotazione del rotore. Per quanto riguarda i trasduttori di temperatura, questi possono essere suddivisi in termoresistenze, termistori e termocoppie. Le termoresistenze, come i termistori a coefficiente di temperatura positivo (PTC) o negativo (NTC), variano la loro resistenza in funzione della temperatura. Le termocoppie, composte da due metalli diversi uniti in un punto, generano una tensione elettrica quando esposte a una differenza di temperatura, sfruttando l'effetto Seebeck, e sono adatte per un ampio intervallo di temperature.

Trasduttori di Contatto: Interruttori di Finecorsa

Gli interruttori di finecorsa sono trasduttori di contatto che agiscono come interruttori meccanici. Questi dispositivi sono attivati dal movimento fisico di un componente e, a seconda della loro configurazione, possono essere normalmente chiusi (NC) o normalmente aperti (NA). Quando attivati, aprono o chiudono un circuito elettrico. Sono comunemente impiegati in ambito industriale per controllare la posizione di macchinari o componenti in movimento, offrendo un mezzo affidabile per garantire la sicurezza e la precisione nei processi automatizzati.

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Trasduttori e loro classificazione

Definizione di trasduttore

Conversione di grandezze fisiche in segnali elettrici

I trasduttori sono dispositivi che convertono le grandezze fisiche in segnali elettrici misurabili

Classificazione dei trasduttori

Trasduttori primari e secondari

I trasduttori primari convertono direttamente le grandezze fisiche in segnali elettrici, mentre i trasduttori secondari richiedono un trasduttore primario per convertire una grandezza fisica in un'altra prima di generare un segnale elettrico

Trasduttori attivi e passivi

I trasduttori attivi generano un segnale elettrico senza bisogno di alimentazione esterna, mentre i trasduttori passivi necessitano di una sorgente di alimentazione esterna e modificano parametri come resistenza, induttanza o capacità in risposta a variazioni della grandezza fisica

Trasduttori digitali e analogici

I trasduttori digitali rappresentano la grandezza fisica in forma di codice binario o segnali ON/OFF, mentre i trasduttori analogici riflettono variazioni continue della grandezza fisica

Parametri dei trasduttori

Transcaratteristica e linearità

La transcaratteristica è la relazione funzionale tra il segnale di ingresso e il segnale di uscita di un trasduttore, e la sua linearità è importante per garantire misurazioni precise

Portata e valore di fondo scala

La portata indica il range operativo del trasduttore, mentre il valore di fondo scala rappresenta il massimo valore misurabile

Risoluzione e sensibilità

La risoluzione indica la minima variazione della grandezza fisica che il trasduttore è in grado di rilevare, mentre la sensibilità è il rapporto tra la variazione del segnale di uscita e la variazione della grandezza fisica in ingresso

Tipi di trasduttori

Trasduttori potenziometrici

I trasduttori potenziometrici misurano spostamenti lineari o angolari attraverso la variazione di resistenza elettrica

Encoder ottici

Incrementali e assoluti

Gli encoder ottici incrementali forniscono informazioni relative al movimento, mentre gli encoder assoluti forniscono una posizione univoca indipendentemente dalla posizione di partenza

Funzionamento

Gli encoder ottici utilizzano la luce per codificare movimenti lineari o rotativi, generando impulsi o un codice binario unico per ogni posizione

Trasduttori di prossimità

I trasduttori di prossimità rilevano la presenza o la distanza di un oggetto senza contatto fisico, utilizzando tecnologie come ultrasuoni o induttivi

Trasduttori di pressione

I trasduttori di pressione convertono la pressione meccanica in un segnale elettrico, utilizzando tecnologie come estensimetri, celle di carico piezoelettriche o sensori capacitivi

Dinamo tachimetrica

La dinamo tachimetrica misura la velocità angolare convertendo l'energia meccanica in energia elettrica attraverso il principio di induzione elettromagnetica

Trasduttori di temperatura

Termoresistenze e termistori

Le termoresistenze e i termistori variano la loro resistenza in funzione della temperatura

Termocoppie

Le termocoppie generano una tensione elettrica sfruttando l'effetto Seebeck e sono adatte per un ampio intervallo di temperature

Interruttori di finecorsa

Gli interruttori di finecorsa agiscono come interruttori meccanici attivati dal movimento fisico di un componente, comunemente utilizzati in ambito industriale per controllare la posizione di macchinari o componenti in movimento

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