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Lezione 5
Trasduttori attivi:
piezoelettrici
termocoppie
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Trasduttori attivi
• Effetto piezoelettrico
–
–
–
–
Effetto diretto e inverso
Sensori di forza, trasduttori di accelerazione, …
Comportamento stazionario e dinamico
Circuiti ausiliari: elettrometro, amplificatore di carica
• Effetto termoelettrico
– Effetto Peltier, Effetto Thomson, Effetto Seebeck
– Termocoppie
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Effetto piezoelettrico
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Materiali piezoelettrici
Cristallini:
quarzo Si O2
sali di Rochelle NaKC4 H4 O6
Ceramici:
PZT : titanato-zirconato di piombo
Polimeri:
PVF2 : polifluoruro di vinile
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Effetto piezoelettrico
“inverso”
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Attuatore piezo
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Effetto piezoelettrico “diretto assiale”
Q = F da
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Effetto piezoelettrico
“diretto trasversale”
Q = F dt
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PZT Titanato-Zirconato di Piombo
q > q Curie
q < q Curie
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PZT Titanato-Zirconato di Piombo
Polarizzazione ed orientamento permanente dei dipoli
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Sensore di forza
F
q  da p  da
S
F
Q  da
S  da F
S
Q  n  da F
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Trasduttori di accelerazione
F=ma
Q = da F = da m a
Attivi - 13 / 29
Q = da F = da m a
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Trasduttori di accelerazione
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Trasduttori di accelerazione
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Modello elettrico della cella piezo
V (t )
Q(t )
V (t ) 
Cp
Q(t ) d
V (t ) 

F (t )
Cp
Cp
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Modello elettrico della cella piezo
V (t )
  C p Ru
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Elettrometro
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Elettrometro
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Amplificatore di carica
C R
1

CR
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Effetto
termoelettrico
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Effetto Seebeck
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Effetto Seebeck
Il valore massimo del coefficiente di Seebeck viene
raggiunto dalla coppia "cromo-costantana" che presenta,
alle alte temperature, un coefficiente di Seebeck pari a
58 mV/°C.
Attivi - 24 / 29
Effetto Peltier - Effetto Thomson
coefficiente di Peltier ( alla temperatura di 100 °C )
p = + 8 mV/°C per la coppia "rame-platino"
p = - 30 mV/°C per la coppia "costantana-platino
Attivi - 25 / 29
Effetto Peltier - Effetto Thomson
"coefficiente di Thomson" :
 = 8 mV/°C per il rame
 = - 23 mV/°C per la costantana.
Attivi - 26 / 29
Limite sup. campo di funzionamento
la coppia W-Re / W-Re
(tungsteno95% - renio5% / tungsteno74% - renio26%)
può operare fino a 2300°C.
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Funzione di conversione

V  a  T1  T2   b  T  T2
2
1
2

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Funzione di conversione

V  a  T1  T2   b  T1  T2
2
2

V  a T  b (T1  T2 )(T1  T2 )
V  a T  b T (T1  T2 )
V  a T  b T (T1  T2  T2  T2 )
V  a T  b T (T1  T2 )  b T (2T2 )
V  a T  b T 2  2b T2 T
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Funzione di conversione

V  a  T1  T2   b  T1  T2
2
2

V  a T  b (T1  T2 )(T1  T2 )
V  a T  b T (T1  T2 )
V  a T  b T (T1  T2  T2  T2 )
V  a T  b T (T1  T2 )  b T (2T2 )
V  a T  b T 2  2b T2 T
V  a  2b T2  T  b T 2
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Funzione di conversione

V  a  T1  T2   b  T1  T2
2
2

V  a T  b (T1  T2 )(T1  T2 )
V  a T  b T (T1  T2 )
V  a T  b T (T1  T2  T2  T2 )
V  a T  b T (T1  T2 )  b T (2T2 )
V  a T  b T 2  2b T2 T
V  a  2b T2  T  b T 2
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Collegamento dell’utilizzatore
Attivi - 32 / 29
Collegamento dell’utilizzatore
Attivi - 33 / 29
Collegamento dell’utilizzatore
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Collegamento dell’utilizzatore
V  a  2b T2  T
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Collegamento dell’utilizzatore
V  a  2b T2  T
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Creazione del riferimento T2
V  a  2b T2  T
è necessario un sistema di riferimento che metta a
disposizione un “serbatoio di calore” a temperatura T2
conosciuta e fissa!
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Collegamento dell’utilizzatore
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Collegamento dell’utilizzatore
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Collegamento dell’utilizzatore
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Creazione del riferimento T2
V  a  2b T2  T
è necessario un sistema di riferimento che metta a
disposizione un “serbatoio di calore” a temperatura T2
conosciuta e fissa!
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Collegamento dell’utilizzatore
Attivi - 42 / 29
Collegamento dell’utilizzatore
Attivi - 43 / 29
Correzione del riferimento T1
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Conduttori compensati