Trasduttori
Sono dispositivi, generalmente elettrici o elettronici,
che convertono un tipo di energia relativa a grandezze
meccaniche e fisiche in segnali elettrici.
Un trasduttore è talvolta definito come un qualsiasi
dispositivo che converte dell'energia da una forma ad
un'altra, in modo che questa possa essere rielaborata
o dall'uomo o da altre macchine.
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
1
Trasduttori
Molti trasduttori sono sia sensori sia attuatori.
Sensori: misurano una quantità fisica
(temperatura, livello luminoso, velocità,
forza, intensità sonore) e la trasformano
in un segnale elettrico.
Attuatori: convertono un segnale elettrico in una
grandezza fisica diversa (es. movimento)
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
2
Trasduttori: Temperatura
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
3
Trasduttori
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
4
Trasduttori
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
5
Trasduttori
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
6
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
7
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
8
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
9
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
10
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
11
Trasduttore reale
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
12
Influenza della risposta dinamica
Sistema controllato
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
13
Influenza della risposta dinamica
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
14
Trasduttori: Temperatura
I trasduttori di temperatura sono di
molti tipi perchè devono essere usati
in molti ambiti diversi.
Termocoppie:
Principio: la giunzione di due metalli
diversi genera una differenza di potenziale
dell'ordine dei mV se i metalli sono
sottoposti a differenze di temperatura.
Coefficienti tipici:
50 V / °C .
Intervallo di funzionamento: -270 °C / +2500 °C.
Accuratezza:
0.5 ÷ 2 °C.
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
15
Trasduttori: Temperatura
Termocoppie:
Tipo J: Ferro/Costantana (lega 55% Rame e 45% Nichel)
da – 40 °C a 750 °C. Sens: 51.5 V / °C .
Tipo K: Chromel (90% Nichel e 10% cromo) / Alumel
(96% Nichel, 2% Manganese e 2% Alluminio)
da – 200 °C a 1260 °C. Sens: 40.3 V / °C .
Tipo S: Platino / Platino-Rhodio (90% Platino e 10% Rhodio)
da 300°C a 1600 °C. Sens: 5.9 V / °C .
Tipo T: Rame/Costantana ( 55% Rame e 45% Nichel)
da -200 °C a 400 °C. Sens: 40.3 V / °C .
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
16
Trasduttori: Temperatura
Curve di risposta di
termocoppie diverse.
Occorre una
calibrazione!!
Fondamentale per
correlare una
grandezza con un'altra.
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
17
Trasduttori: Temperatura
Termoresistenze:
Principio: sono sensori costituiti da un filamento di un
unico metallo (tipicamente il Platino o il Nichel), la cui
resistenza elettrica (ohm) è, a parita di altre circostanze,
unicamente funzione della temperatura a cui si trova il
filamento stesso:
R = Ro (1 + αT)
Ro è la resistenza a 0°C,
 il coefficiente di temperatura
(1/°C)
T è la temperatura in °C.
Precisione: 0.02 °C – 0.2 °C
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
PT100
100 
a 0°C
18
Trasduttori: Temperatura
Termistori:
Principio: sono termoresistenze che si suddividono in NTC
(negative temperature coefficient) ed in PTC (positive
temperature coefficient). I primi diminuiscono la loro
resistenza all'aumentare della temperatura, mentre i
secondi l'aumentano.
Rispetto alle termoresistenze i
termistori hanno una sensibilita
maggiore; tuttavia essi sono meno
lineari delle prime ed hanno un
limitato intervallo di temperatura
d'impiego (fino a circa 150°C).
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
19
Trasduttori: Temperatura
Termistori:
curve di calibrazione.....
Dipendenza non-lineare
della resistenza in funzione
della temperatura Equazione di
Steinhart-Hart.
NTC
Precisione:
0.1 °C – 0.2 °C
Si vede che la differenza si ha
soprattutto a basse temperature.
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
20
Trasduttori: Temperatura
Termometri a radiazione: rileva la temperatura di un
corpo misurando la radiazione elettromagnetica che esso
emette.
Solo la piccola banda degli infrarossi in cui si ha una
relazione ben definita energia-temperatura si può
usare
per scopi di misura (applicazioni industriali).
I vantaggi maggiori di questi dispositivi sono la
capacita di rilevare la temperatura di un sistema
senza la necessita di un contatto fisico tra il
sistema ed il trasduttore (fino a 3000°C).
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
21
Trasduttori: Temperatura
Termometri a circuito integrato:
Sono trasduttori che sfruttano la proprieta
delle giunzioni a semiconduttore polarizzate
LM35
direttamente di variare la tensione ai loro capi
al variare della temperatura. Sensibilità 1μA/°K
Tmax < 150 °C
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
22
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
23
Trasduttori: Pressione
Pressione → Deformazione →
Variazione di Resistenza
→ Variazione di Tensione
Sulla superficie di un chip viene applicato un diaframma di
silicio contenente 4 resistenze collegate a ponte
(Wheatstone).
La misura della grandezza fisica viene data dallo squilibrio
di tensione che si crea quando sul dispositivi viene
applicata la pressione.
Dopo questo circuito viene inserto un amplificatore che
fornisce in uscita una tensione od una corrente variabile.
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
24
Trasduttori: Posizione
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
25
Trasduttori: Posizione
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
26
Trasduttori: Velocità
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
27
Trasduttori: Velocità
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
28
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
29
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
30
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
31
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
32
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
33
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
34
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
35
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
36
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
37
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
38
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
39
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
40
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
41
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
42
Trasduttori: Accelerometri
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
43
Trasduttori: Accelerometri
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
44
Trasduttori: Accelerometri
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
45
Trasduttori: Accelerometri
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
46
Trasduttori: Accelerometri
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
47
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
48
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
49
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
50
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
51
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
52
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
53
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
54
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
55
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
56
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
57
L. Servoli
Corso Fisica dei Dispositivi
58