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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.
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”.
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.
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.