Elettronica: Sensori e Dispositivi

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Questions and Answers

Cosa determina il passaggio di portatori minoritari dalla banda di valenza a quella di conduzione?

La presenza di un campo magnetico

Un campo elettrico applicato

Un quanto energetico sufficiente (correct)

L'aumento della temperatura ambientale

Qual è l'effetto dell'aumento dell'illuminamento sulla giunzione del fotodiodo?

Riduce la corrente di polarizzazione inversa

Non ha effetti sulla corrente

Fissa la corrente a un valore costante

Aumenta l'intensità dei portatori (correct)

Qual è la relazione che esprime la corrente in un fotodiodo?

$I = I L + I 0 (e^{-qV/kT})$

$I = I L - I 0 (e^{qV/kT} - 1)$

$I = I 0 (1 - e^{-qV/kT})$

$I = -I L + I 0 (e^{qV/kT} - 1)$ (correct)

Come funziona un estensimetro a resistenza?

Sfrutta la variazione della resistenza per deformazioni elastiche Signup and view all the answers

Che cos'è il 'gauge factor' in un estensimetro?

Una costante che rappresenta la sensibilità di un estensimetro Signup and view all the answers

Qual è la funzione principale di un inductosyn?

Sostituire il solenoide nello statore Signup and view all the answers

Qual è la principale applicazione dei tachimetri elettronici?

Fornire una sequenza di impulsi Signup and view all the answers

Quale dispositivo è utilizzato all'interno di un tachimetro elettronico per abilitare il conteggio?

Un generatore di clock Signup and view all the answers

Cosa contiene il rotore della dinamo tachimetrica?

Un avvolgimento indotto Signup and view all the answers

Qual è la frequenza di funzionamento menzionata per il circuito?

8 kHz Signup and view all the answers

Qual è uno degli svantaggi della costruzione della dinamo tachimetrica?

Può causare attriti ed eccentricità Signup and view all the answers

Che tipo di tensione eseguono gli impulsi provenienti dall’encoder?

Una tensione proporzionale alla frequenza Signup and view all the answers

Qual è un aspetto critico dei sensori di velocità nei sistemi automatizzati?

Fornire misurazioni rapide e accurate Signup and view all the answers

Qual è l'output di un encoder assoluto rispetto a una posizione iniziale?

La posizione assoluta Signup and view all the answers

Cosa rappresenta una variazione in un codice binario puro durante il passaggio da un numero all'altro?

Un cambiamento simultaneo di più cifre Signup and view all the answers

Qual è una caratteristica fondamentale degli encoder incrementali?

Contano gli impulsi per valutare lo spostamento Signup and view all the answers

Quale affermazione riguardo ai resolver è corretta?

Le tensioni sono proporzionali a sen(q) e cos(q) Signup and view all the answers

Qual è la risoluzione di un encoder con 10 tracce?

1024 impulsi per giro Signup and view all the answers

Qual è la funzione principale del circuito elettronico nei resolver?

Rivelare le ampiezze relative delle tensioni Signup and view all the answers

Quali sono le caratteristiche delle tensioni indotte nei resolver?

Dipendono dalla posizione reciproca dei solenoidi Signup and view all the answers

Qual è un vantaggio degli encoder assoluti rispetto a quelli incrementali?

Non si perdono informazioni sulla posizione Signup and view all the answers

Qual è la definizione di offset in un trasduttore?

Il valore non nullo della variabile di uscita quando la variabile d'ingresso è nulla. Signup and view all the answers

Qual è la temperatura massima per la termocoppia tipo K?

+1100 °C Signup and view all the answers

Cosa indica la linearità di un trasduttore?

La deviazione tra la retta teorica e la curva reale. Signup and view all the answers

Qual è il valore massimo di non linearità accettabile per un buon sensore?

0.1% Signup and view all the answers

Qual è la caratteristica principale dei PTC (Resistori a Coefficiente di Temperatura Positivo)?

Mostrano una crescita rapida della resistenza oltre una certa temperatura. Signup and view all the answers

Che cosa rappresenta l'isteresi in un trasduttore?

L'area tra due curve che indica un'imprecisione di misura. Signup and view all the answers

Qual è l'intervallo di temperatura tipico di funzionamento per i NTC?

-50 °C fino a 150 °C Signup and view all the answers

Qual è il valore di riferimento di un termistore NTC a 25 °C, comunemente indicato come R25?

100 Signup and view all the answers

Qual è la formula per calcolare la sensibilità di un trasduttore?

$S = rac{∆U}{∆I}$ Signup and view all the answers

Cosa si intende per tempo di risposta di un trasduttore?

Il tempo necessario per raggiungere il valore di regime corrispondente all'ingresso. Signup and view all the answers

Qual è la resistività dei metalli oltre i -200 °C?

Varia linearmente con la temperatura. Signup and view all the answers

Cosa rappresenta la temperatura di Curie nei PTC?

Il punto di cambiamento repentino della resistenza. Signup and view all the answers

Cosa rappresenta la risoluzione in un trasduttore?

Il rapporto tra la minima variazione di uscita e il fondo scala. Signup and view all the answers

Quale conduttore è utilizzato nella termocoppia tipo J?

Ferro Signup and view all the answers

Qual è l'effetto di un coefficiente angolare elevato in un trasduttore?

Maggiore sensibilità e minore range di funzionamento. Signup and view all the answers

Quale materiale è comunemente usato per la costruzione delle Pt100?

Platino Signup and view all the answers

Qual è l'importanza di far lavorare la dinamo tachimetrica a vuoto?

Evitare misurazioni falsate dalle cadute di tensione Signup and view all the answers

Che tipo di tensione è prodotta da un avvolgimento in una dinamo tachimetrica?

Tensione continua con ondulazione Signup and view all the answers

Qual è la relazione che lega la tensione continua in uscita alla velocità di rotazione della dinamo?

$V = k Φ n$ Signup and view all the answers

Quale materiale è utilizzato per la costruzione delle spazzole nelle dinamo tachimetriche?

Polvere di argento Signup and view all the answers

Quale errore è rappresentato dalla formula $ ext{errore di linearità} ε=δV/ VM$?

Scostamento massimo rispetto al valore di fondo scala Signup and view all the answers

Qual è il principio di funzionamento della termocoppia?

Produce d.d.p. in base a una differenza di temperatura Signup and view all the answers

Cosa determina la corrente in un circuito chiuso da una termocoppia?

La differenza di temperatura tra i due metalli Signup and view all the answers

Quale delle seguenti affermazioni è vera riguardo agli scostamenti nella caratteristica di un tachimetro in corrente continua?

Sono dovuti a dissimmetrie costruttive e cadute di tensione Signup and view all the answers

Study Notes

Introduzione ai Trasduttori

I trasduttori sono dispositivi che trasformano le variazioni di una grandezza fisica (non necessariamente elettrica) in un'altra grandezza, usualmente di natura elettrica (tensione, frequenza o corrente).
Sono composti da due parti principali: un sensore e un convertitore.

Sensore

Il sensore è un dispositivo che rileva le variazioni di una grandezza fisica modificando una delle proprie caratteristiche fisiche.

Convertitore

Il convertitore è un circuito elettronico che trasforma le variazioni di un parametro del sensore in una variazione di una grandezza elettrica.

Parametri caratteristici dei sensori

I parametri caratteristici di un sensore sono descritti nel data-sheet e sono essenziali per ottenere un buon funzionamento.
Questi includono i parametri caratteristici del sensore stesso, gli schemi dettagliati di utilizzo e i circuiti di prova per verificare le caratteristiche del sensore.

Tipi di Trasduttori

Analogici: I loro segnali di uscita variano in modo continuo, mantenendo una corrispondenza biunivoca con il valore misurato.
Digitali: I loro segnali di uscita sono composti da uno o più segnali digitali che possono assumere solo due livelli di tensione identificati come 0 e 1.

Trasduttori Attivi e Passivi

Attivi: forniscono un segnale di uscita utilizzabile direttamente da circuiti di elaborazione senza consumare energia. Esempi: celle fotovoltaiche e termocoppie.
Passivi: richiedono un'alimentazione esterna per convertire la grandezza fisica in una grandezza elettrica. Esempi: potenziometri.

Caratteristica di Trasferimento

Rappresenta il legame tra la variabile d'ingresso (da misurare) ed il segnale di uscita del trasduttore.
I trasduttori lineari presentano una caratteristica di trasferimento lineare (rappresentata da una retta).

Linearità

Rappresenta la deviazione tra la caratteristica teorica (retta) ed il comportamento reale (curva) del trasduttore.
Un buon sensore deve avere una non-linearità inferiore allo 0.1%.
Una linearità perfetta significa che la variazione d'uscita è proporzionale alla variazione d'ingresso.

Range di Funzionamento

Indica l'intervallo di valori che la grandezza da misurare può assumere per un funzionamento corretto del trasduttore.
Il range di funzionamento comprende la zona lineare del trasduttore e può essere seguito da zone di saturazione.

Isteresi

Rappresenta l'area racchiusa tra le due curve della caratteristica di trasferimento a causa degli effetti di isteresi.
L'isteresi rappresenta una imprecisione di misura.

Sensibilità

Rappresenta il rapporto tra la variazione della grandezza d'uscita e la variazione della grandezza d'ingresso che la provoca..

Tempo di risposta

Tempo impiegato dal trasduttore per raggiungere il valore di regime in uscita corrispondente al valore d'ingresso.

Risoluzione

Rapporto percentuale tra la minima variazione rilevante della grandezza d'uscita e il valore massimo della scala.

Ripetibilità

Capacità di un sensore di fornire sempre gli stessi valori d'uscita in corrispondenza dello stesso valore d'ingresso.

Classificazione dei Trasduttori (in base alle caratteristiche fisiche)

Resistivi: sfruttano variazioni di resistenza (fotoresistori, termoresistori, sensori di posizione).
Capacitivi: sfruttano variazioni di capacità (sensori di umidità).
Elettroacustici: convertono segnali sonori in grandezze elettriche (microfoni).
Elettrodinamici: si basano sulla forza elettromotrice per misurare velocità (dinamo tachimetrica).
Elettromagnetici: sfruttano l'induttanza elettrica per rilevare angoli di rotazione.
Magnetostrittivi: si basano sulla variazione della permeabilità magnetica.
Piezoelettrici: sfruttano l'originarsi di una polarizzazione elettrica in presenza di sollecitazioni meccaniche.
Semiconduttori: sfruttano le caratteristiche della giunzione dei semiconduttori (fotodiodi, fototransistor).

Sensori di Posizione (a Potenziometro)

Utilizzano un reostato per convertire la posizione in una variazione di resistenza.
La misura di resistenza consente la misurazione indiretta dello spostamento.

Encoder Incrementali

Generano un treno di impulsi in base al numero di zone trasparenti o scure intercettate.
Il conteggio degli impulsi consente di determinare la rotazione compiuta dal disco.

Encoder Assoluti

Le zone chiare e scure rappresentano una parola in codice binario che corrisponde univocamente alla posizione del disco.
Hanno una risoluzione maggiore rispetto agli encoder incrementali.

Resolver

Trasduttore per la misura di spostamenti angolari in campo robotico e macchine utensili. Utilizza due solenoidi, uno fisso e uno rotante.
Le tensioni prodotte sono sinusoidali e proporzionali a sen(θ) e cos(θ), permettendo di ricavare la posizione angolare.

Inductosyn

Versione lineare del resolver, utilizzano una scala o regolo con un circuito stampato a greca.
La greca rappresenta il solenoide del resolver.

Sensori di Velocità

Usati per misurare velocità lineare o angolare.
Si utilizzano dispositivi elettromeccanici (dinamo tachimetriche) o tachimetri elettronici.
I tachimetri elettronici, basati su encoder, contano impulsi per determinare la velocità.

Tachimetri a corrente continua

Basati su generatori piccoli in corrente continua.
Usati per misurare la velocità di rotazione.

Sensori di Temperatura

Termocoppie: misurano la differenza di temperatura tra due giunzioni di metalli diversi, producendo una d.d.p.
Termoresistori: la resistività dei metalli varia con la temperatura; in un range di temperatura (quasi) lineare, la variazione di resistività (p) con la temperatura (T) è descritta approssimativamente da un'equazione quadratica.
PTC (Positive Temperature Coefficient): hanno un'unica caratteristica Resistenza-Temperatura.
NTC (Negative Temperature Coefficient): manifestano una diminuzione della resistenza elettrica con l'aumento della temperatura.
PT100/PT1000: termoresistenze in platino (Pt).

L'effetto Hall

Il fenomeno, scoperto da Edwin Hall, misura una tensione quando si fa passare una corrente elettrica attraverso un materiale in presenza di un campo magnetico.
L'effetto Hall è usato in sensori di velocità e in molti altri casi.

Strain Gauge

Sono usati per misurare gli sforzi.
Si usano diversi metodi, spesso basati su misura di spostamento.
Gli Strain gauge di tipo elettrico misurano tipicamente le deformazioni mono o bidimensionali.

Sensori Piezoelettrici

Misurano la carica elettrica che compare sulla superficie dei cristalli speciali (quarzi, topazi, sale di Rochelle) in presenza di uno stress meccanico.
Utilizzati in accelerometri.

Sensori Ottici

Usano la luce per rilevare variazioni fisiche. Ad esempio, un fotodiodo genera corrente il cui valore varia proporzionalmente alla luce che lo colpisce.
Possono funzionare variando la corrente in polarizzazione inversa..

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