OFFSET NELLA CARATTERISTICA DI TRASFERIMENTO DI UN TRASDUTTORE

1. 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 corretto dai circuiti di condizionamento del segnale a valle del trasduttore.

2. Altre caratteristiche dei trasduttori temperatura 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. 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. 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 Test di ripetibilità eseguito sullo strumento di misura A Test di ripetibilità eseguito sullo strumento di misura B

3. 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

4. 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

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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

9. 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.