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Siamo circondati da dispositivi elettronici di ogni tipo, ma vi siete mai chiesti come fanno a sapere esattamente le operazioni che devono compiere e quando le devono compiere per funzionare correttamente?
Dallo smartphone al frigorifero, da un computer ad un’intera centrale, in ogni campo dell’elettronica, ciò che fa funzionare correttamente i circuiti sono i Sensori, dei dispositivi che acquisiscono le informazioni dal mondo esterno e le trasmettono ai circuiti sotto forma di segnali elettrici.
In questo video vedremo il funzionamento del sensore e del trasduttore, dispositivi usati per tradurre le grandezze fisiche in visualizzazioni di più semplice leggibilità, requisito fondamentale in ogni campo tecnologico.
Jaes, impegnata da oltre 10 anni nel settore delle forniture industriali, è diventata il partner di riferimento per alcune delle più importanti aziende nel campo della produzione industriale automatizzata, fornendo ogni tipologia di sensore e trasduttore.
I sensori e i trasduttori sono in grado di acquisire le informazioni del mondo esterno, e comunemente sono classificati in base al tipo di grandezza fisica che misurano, per esempio:
- un microfono è un sensore del suono
- una termocoppia è un sensore di temperatura
- un fotodiodo è un sensore ottico
- e un misuratore di pressione è un sensore di pressione
Eccetera…
Le grandezze fisiche sono tutte quelle proprietà di un fenomeno o un corpo che possono essere misurate, e quindi essere espresse quantitativamente mediante un numero.
Sensori e i Trasduttori dopo aver rilevato i valori di una grandezza fisica, trasformano le sue variazioni in segnali elettrici.
Ma allora qual è la differenza tra Sensori e Trasduttori?
I sensori si dividono in Attivi o Passivi.
I Sensori Attivi riescono a trasformare una grandezza fisica, direttamente in un segnale elettrico senza bisogno di un’alimentazione esterna.
Al contrario i Sensori Passivi, non producono un segnale elettrico immediatamente utilizzabile, bisogna invece affiancargli un’elettronica alimentata che produrrà il giusto segnale elettrico. L’unione di queste due componenti è proprio il Trasduttore.
Questi segnali vengono poi trasmessi a un controllore, che li legge e li interpretata.
I segnali elettrici standard sono un intervallo di tensione (tipicamente da 0 a 5 Volt, o da 0 a 10 Volt), o di corrente (solitamente da 4 a 20 milliampere).
Vediamo ora i vari Parametri che possono avere Sensori e Trasduttori.
Prima fra tutte è quella chiamata “la caratteristica del trasduttore”:
Sensori e Trasduttori presentano un segnale in entrata e un segnale in uscita. Il segnale in uscita varia al variare del segnale in ingresso ed è legato ad esso mediante una funzione matematica chiamata “funzione di trasferimento del trasduttore” o anche “caratteristica del trasduttore”. y=mx+q
La “funzione di trasferimento del trasduttore” può essere di tipo lineare, quadratica, cubica, esponenziale o logaritmica. I trasduttori più utilizzati possiedono una caratteristica lineare oppure vengono fatti lavorare nell’intervallo dove la caratteristica è più lineare. La Linearità infatti è un altro parametro importante che misura l’errore di non linearità della caratteristica sensore
Un altro dei Parametri fondamentali è il Campo di misura (detto anche range di funzionamento). Che è l’intervallo di valori in entrata cui il trasduttore o il sensore riescono a lavorare senza danneggiarsi.
Il limite superiore assoluto del campo di misura dà anche la portata del trasduttore. Mentre il valore minimo dà la Risoluzione.
Un buon sensore o trasduttore presenta una bassa risoluzione (cioè può rilevare segnali di piccolo valore) e un’alta portata, in modo da avere un Campo di misura molto esteso.
Altra proprietà fondamentale è la Sensibilità:
La sensibilità del trasduttore, è il rapporto fra la variazione della grandezza d’uscita, e quella dell’ingresso che l’ha determinata.
Dallo smartphone al frigorifero, da un computer ad un’intera centrale, in ogni campo dell’elettronica, ciò che fa funzionare correttamente i circuiti sono i Sensori, dei dispositivi che acquisiscono le informazioni dal mondo esterno e le trasmettono ai circuiti sotto forma di segnali elettrici.
In questo video vedremo il funzionamento del sensore e del trasduttore, dispositivi usati per tradurre le grandezze fisiche in visualizzazioni di più semplice leggibilità, requisito fondamentale in ogni campo tecnologico.
Jaes, impegnata da oltre 10 anni nel settore delle forniture industriali, è diventata il partner di riferimento per alcune delle più importanti aziende nel campo della produzione industriale automatizzata, fornendo ogni tipologia di sensore e trasduttore.
I sensori e i trasduttori sono in grado di acquisire le informazioni del mondo esterno, e comunemente sono classificati in base al tipo di grandezza fisica che misurano, per esempio:
- un microfono è un sensore del suono
- una termocoppia è un sensore di temperatura
- un fotodiodo è un sensore ottico
- e un misuratore di pressione è un sensore di pressione
Eccetera…
Le grandezze fisiche sono tutte quelle proprietà di un fenomeno o un corpo che possono essere misurate, e quindi essere espresse quantitativamente mediante un numero.
Sensori e i Trasduttori dopo aver rilevato i valori di una grandezza fisica, trasformano le sue variazioni in segnali elettrici.
Ma allora qual è la differenza tra Sensori e Trasduttori?
I sensori si dividono in Attivi o Passivi.
I Sensori Attivi riescono a trasformare una grandezza fisica, direttamente in un segnale elettrico senza bisogno di un’alimentazione esterna.
Al contrario i Sensori Passivi, non producono un segnale elettrico immediatamente utilizzabile, bisogna invece affiancargli un’elettronica alimentata che produrrà il giusto segnale elettrico. L’unione di queste due componenti è proprio il Trasduttore.
Questi segnali vengono poi trasmessi a un controllore, che li legge e li interpretata.
I segnali elettrici standard sono un intervallo di tensione (tipicamente da 0 a 5 Volt, o da 0 a 10 Volt), o di corrente (solitamente da 4 a 20 milliampere).
Vediamo ora i vari Parametri che possono avere Sensori e Trasduttori.
Prima fra tutte è quella chiamata “la caratteristica del trasduttore”:
Sensori e Trasduttori presentano un segnale in entrata e un segnale in uscita. Il segnale in uscita varia al variare del segnale in ingresso ed è legato ad esso mediante una funzione matematica chiamata “funzione di trasferimento del trasduttore” o anche “caratteristica del trasduttore”. y=mx+q
La “funzione di trasferimento del trasduttore” può essere di tipo lineare, quadratica, cubica, esponenziale o logaritmica. I trasduttori più utilizzati possiedono una caratteristica lineare oppure vengono fatti lavorare nell’intervallo dove la caratteristica è più lineare. La Linearità infatti è un altro parametro importante che misura l’errore di non linearità della caratteristica sensore
Un altro dei Parametri fondamentali è il Campo di misura (detto anche range di funzionamento). Che è l’intervallo di valori in entrata cui il trasduttore o il sensore riescono a lavorare senza danneggiarsi.
Il limite superiore assoluto del campo di misura dà anche la portata del trasduttore. Mentre il valore minimo dà la Risoluzione.
Un buon sensore o trasduttore presenta una bassa risoluzione (cioè può rilevare segnali di piccolo valore) e un’alta portata, in modo da avere un Campo di misura molto esteso.
Altra proprietà fondamentale è la Sensibilità:
La sensibilità del trasduttore, è il rapporto fra la variazione della grandezza d’uscita, e quella dell’ingresso che l’ha determinata.
Lo strumento risulterà essere molto sensibile quando a parità di variazione della grandezza di ingresso, la variazione grandezza di uscita è molto elevata. S = ΔU/ΔI
La Velocità di risposta invece, è il tempo impiegato dal trasduttore per trasformare la variazione di grandezza in entrata nel segnale in uscita. È importante notare che più piccola è la dimensione di un sensore, e più tende a essere veloce la sua risposta.
Vediamo qualche esempio pratico per capire il loro funzionamento.
Prendiamo in esempio una tubatura di cui vogliamo tenerne sotto controllo la pressione, essa oscilla tra i 50 e i 150 PSI, che possiamo approssimare nel sistema internazionale in 345 e 1035 kPa [kilopascal]
Un trasduttore rileva la pressione della tubatura per mezzo del suo sensore, in questo caso un diaframma, che invia un segnale elettronico analogico di pochi millivolt al trasduttore.
Il trasduttore di pressione (opportunamente tarato sull’intervallo minimo e massimo della pressione) linearizza, compensa ed amplifica il segnale, che in questo caso è un range compreso tra 4mA e 20mA [milliampere].
Il segnale viene inviato al controllore logico programmabile (PLC) , ovvero un computer che interpreta la corrente a 20mA in una pressione sulla tubatura di 150 PSI o 1035 kPa, 4 mA in 50 PSI o 345 kPa, e ad esempio 12 mA in 100 PSI o 690 kPa (ovvero il 50% dell’intervallo di pressione).
Ora il controllore potrà determinare la pressione e se necessario la modifica inviando un segnale ad un attuatore, che a sua volta comanda un regolatore di pressione.
Vediamo come secondo esempio i componenti principali di uno smartphone, che contribuiscono al trasferimento della chiamata.
Quando iniziamo una conversazione telefonica, la nostra voce viene registrata da un microfono.
Il microfono non è nient’altro che un trasduttore in grado di convertire le onde di pressione sonora in segnali elettrici.
Una volta trasformata l’onda della nostra voce in segnale elettrico, questo viene ricevuto da un sistema microelettromeccanico (MEMS), che lo interpreta in un codice binario di tanti zeri e tanti uno, digitalizzandolo.
In questo modo la nostra voce può essere facilmente memorizzata ed eventualmente inviata, tramite l’antenna.
Un altro esempio è la termocoppia, un trasduttore di temperatura.
Si tratta di una sonda composta da 2 fili di metalli differenti, dove un’estremità chiamata GIUNTO CALDO, viene posizionata nell’ambiente che si vuole misurare. Mentre l’altra estremità chiamata GIUNTO FREDDO, viene collegata ad uno strumento di misurazione.
La differenza di calore fra le due estremità genera uno spostamento degli elettroni nella parte più fredda, creando una differenza di potenziale con uno specifico voltaggio, da cui lo strumento di misurazione può interpretare la temperatura.
Vediamo ora un encoder rotativo, noto come trasduttore di posizione angolare.
Possiamo notare che al suo interno vi è un disco di codifica scanalato posto sull’albero di rotazione, utilizzato insieme a delle sorgenti di luce e a dei sensori ottici fissi, solitamente dei fotodiodi. Quando l’albero ruota, le sorgenti di luce illuminano il disco di codifica, e la luce trasmessa che riesce a passare attraverso le scanalature incontra dei sensori ottici in grado di produrre (con dei segnali d’uscita) un modello di codice univoco, che determina l’esatta posizione dell’albero.
Per interpretare i segnali di sensori e trasduttori è sempre necessario un PLC un “Controllore logico programmabile”.
Se sei interessato a capire il funzionamento di PLC e DCS guarda i nostri precedenti video.
Se questo video ti è stato utile, faccelo sapere lasciando un like e un commento, inoltre puoi condividerlo, e non dimenticarti di iscriverti al nostro canale.
Ti consigliamo di visitare il nostro sito jaescompany.com per conoscere i nostri prossimi progetti.
La Velocità di risposta invece, è il tempo impiegato dal trasduttore per trasformare la variazione di grandezza in entrata nel segnale in uscita. È importante notare che più piccola è la dimensione di un sensore, e più tende a essere veloce la sua risposta.
Vediamo qualche esempio pratico per capire il loro funzionamento.
Prendiamo in esempio una tubatura di cui vogliamo tenerne sotto controllo la pressione, essa oscilla tra i 50 e i 150 PSI, che possiamo approssimare nel sistema internazionale in 345 e 1035 kPa [kilopascal]
Un trasduttore rileva la pressione della tubatura per mezzo del suo sensore, in questo caso un diaframma, che invia un segnale elettronico analogico di pochi millivolt al trasduttore.
Il trasduttore di pressione (opportunamente tarato sull’intervallo minimo e massimo della pressione) linearizza, compensa ed amplifica il segnale, che in questo caso è un range compreso tra 4mA e 20mA [milliampere].
Il segnale viene inviato al controllore logico programmabile (PLC) , ovvero un computer che interpreta la corrente a 20mA in una pressione sulla tubatura di 150 PSI o 1035 kPa, 4 mA in 50 PSI o 345 kPa, e ad esempio 12 mA in 100 PSI o 690 kPa (ovvero il 50% dell’intervallo di pressione).
Ora il controllore potrà determinare la pressione e se necessario la modifica inviando un segnale ad un attuatore, che a sua volta comanda un regolatore di pressione.
Vediamo come secondo esempio i componenti principali di uno smartphone, che contribuiscono al trasferimento della chiamata.
Quando iniziamo una conversazione telefonica, la nostra voce viene registrata da un microfono.
Il microfono non è nient’altro che un trasduttore in grado di convertire le onde di pressione sonora in segnali elettrici.
Una volta trasformata l’onda della nostra voce in segnale elettrico, questo viene ricevuto da un sistema microelettromeccanico (MEMS), che lo interpreta in un codice binario di tanti zeri e tanti uno, digitalizzandolo.
In questo modo la nostra voce può essere facilmente memorizzata ed eventualmente inviata, tramite l’antenna.
Un altro esempio è la termocoppia, un trasduttore di temperatura.
Si tratta di una sonda composta da 2 fili di metalli differenti, dove un’estremità chiamata GIUNTO CALDO, viene posizionata nell’ambiente che si vuole misurare. Mentre l’altra estremità chiamata GIUNTO FREDDO, viene collegata ad uno strumento di misurazione.
La differenza di calore fra le due estremità genera uno spostamento degli elettroni nella parte più fredda, creando una differenza di potenziale con uno specifico voltaggio, da cui lo strumento di misurazione può interpretare la temperatura.
Vediamo ora un encoder rotativo, noto come trasduttore di posizione angolare.
Possiamo notare che al suo interno vi è un disco di codifica scanalato posto sull’albero di rotazione, utilizzato insieme a delle sorgenti di luce e a dei sensori ottici fissi, solitamente dei fotodiodi. Quando l’albero ruota, le sorgenti di luce illuminano il disco di codifica, e la luce trasmessa che riesce a passare attraverso le scanalature incontra dei sensori ottici in grado di produrre (con dei segnali d’uscita) un modello di codice univoco, che determina l’esatta posizione dell’albero.
Per interpretare i segnali di sensori e trasduttori è sempre necessario un PLC un “Controllore logico programmabile”.
Se sei interessato a capire il funzionamento di PLC e DCS guarda i nostri precedenti video.
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