Trasduttori e Sensori

Definizione e Funzioni dei Trasduttori

Un trasduttore è un dispositivo che converte una grandezza fisica, quale temperatura, luce, pressione, campo magnetico o composizione chimica, in un segnale di natura differente, solitamente elettrico. Questo processo di conversione è fondamentale per misurare, monitorare, controllare processi industriali, acquisire dati o per la comunicazione delle informazioni. Il termine "trasduttore" si riferisce all'intero sistema di conversione, mentre "sensore" designa l'elemento specifico che rileva e converte la grandezza fisica in segnale elettrico. Sebbene i termini siano spesso usati in modo intercambiabile, è importante notare che un trasduttore può includere, oltre al sensore, anche altri componenti come amplificatori o circuiti di condizionamento del segnale.

Tipologie di Grandezze Fisiche e Segnali

I trasduttori possono rilevare grandezze fisiche sia continue sia discrete. Le grandezze continue, come la temperatura o la velocità angolare, variano in modo fluido e sono rappresentate da segnali analogici che possono assumere un'infinità di valori all'interno di un dato intervallo. Invece, le grandezze discrete, come il conteggio di oggetti o la posizione di un interruttore, assumono valori ben definiti e sono rappresentate da segnali digitali, che possono essere descritti da stati logici o codici binari. La scelta tra trasduttore analogico o digitale dipende dall'applicazione specifica e dalla natura della grandezza fisica da misurare.

Classificazione dei Trasduttori

I trasduttori si classificano in base a diversi criteri. Possono essere attivi, se generano un segnale elettrico senza bisogno di alimentazione esterna, o passivi, se richiedono una fonte di energia esterna. Si distinguono anche in primari, che convertono direttamente la grandezza fisica in segnale elettrico, e secondari, che richiedono un trasduttore primario per la conversione indiretta attraverso una grandezza intermedia. Inoltre, esistono trasduttori analogici, che forniscono un segnale continuo proporzionale alla grandezza misurata, e digitali, che producono un segnale discreto, tipicamente in forma binaria. La risoluzione di un trasduttore, che indica la più piccola variazione della grandezza fisica che può essere rilevata, è determinata dalla sua sensibilità e precisione, indipendentemente dal tipo di segnale che produce.

Principi Fisici dei Sensori

I trasduttori si basano su vari principi fisici per la conversione delle grandezze fisiche in segnali elettrici. I sensori resistivi cambiano la loro resistenza in risposta a fattori come temperatura, luce o deformazione meccanica. I sensori induttivi sfruttano le variazioni di induttanza causate dal movimento di un nucleo magnetico o da cambiamenti nei parametri di un trasformatore. I sensori capacitivi rilevano le modifiche nella capacità elettrica, che possono essere dovute a variazioni geometriche o nelle proprietà dielettriche. I sensori termoelettrici utilizzano l'effetto Seebeck per convertire differenze di temperatura in tensione elettrica. I sensori ad effetto Hall generano una tensione quando esposti a un campo magnetico e a una corrente elettrica. I sensori piezoelettrici producono una tensione elettrica in risposta a sollecitazioni meccaniche. Infine, i sensori fotovoltaici convertono l'energia luminosa in corrente elettrica attraverso l'effetto fotovoltaico in materiali semiconduttori. Questi principi permettono di realizzare sensori specifici per ogni tipo di applicazione, garantendo affidabilità e precisione nelle misurazioni.