Docente: Prof. Mauro De Berardis   

Lavori eseguiti dagli alunni della classe Quinta B TIEN  IPSIA Teramo        

Coordinamento: Prof. Mauro De Berardis, Prof. Loreto Giovannucci

Trasduttori di peso e di deformazione

Lavoro eseguito dall'alunno Maurizio Cargini

Generalità sui trasduttori

I trasduttori sono dispositivi che trasformano una grandezza fisica in una grandezza di un altro tipo, generalmente elettrica per poterla misurare o per poterla confrontare con una grandezza della stessa natura. In genere un sistema di misura è costituito da un primo trasduttore d’ingresso che trasforma la grandezza che si vuole misurare in una grandezza d’altro tipo generalmente elettrica. Successivamente è presente un secondo blocco modificatore che amplifica o varia una qualche caratteristica del segnale d’uscita del primo trasduttore affinchè esso costituisca l’ingresso di un secondo trasduttore che lo converta in modo da avere un segnale facilmente leggibile.

Le principali caratteristiche di un trasduttore si possono classificare nel seguente modo:

Sensori per il controllo del peso e della deformazione

I sensori per il controllo di peso della deformazione, si fondano sul principio dell’alterazione provocata da uno sforzo su uno o più resistori, facenti parte di un ponte di misura di tipo estensimetrico.

Questi sensori possono essere rappresentati da fogli plastici o da sottili placche di vetro con serigrafati dei resistori metallici (strain gauges) oppure da celle di carico, posti in opportuni contenitori, capaci di misurare sforzi molto intensi.

Le celle di carico adottano tecniche di misura molto diverse che vanno dai metodi estensimetrici a quelli capacitivi, ottici o magnetici.

Sensori estensimetrici

Si definiscono trasduttori estensimetrici quei sensori che hanno la caratteristica di trasformare una deformazione meccanica in una variazione di resistenza.

In commercio se ne trovano di diverso tipo, come a semiconduttore oppure a resistenza.

Le prime fondamentali caratteristiche che li contraddistinguono sono sintetizzabili in:

-costo relativamente basso;

-disponibilità in una differenziata varietà di configurazioni, dimensioni e materiali;

-capacità di accontentare uno spettro molto vasto di esigenze, quali diversi valori di temperatura e di condizioni di utilizzo.

Le prestazioni tecniche che rendono gli attuali estensimetri degli strumenti di misura insostituibili si possono riassumere nei punti sotto elencati.

Facile applicazione e utilizzo, associati a un buon grado di robustezza.

Sensibilità alla deformazione e buona sensibilità lineare nella gamma delle deformazioni elastiche.

Costruttivamente un estensimetro a trama pellicolare è formato da una griglia e da un supporto. La griglia è costituita da una lega di metalli avente una resistenza appropriata; essa inoltre ha una forma laminata con uno spessore che varia da 0.002 a 0.005 mm. Le leghe utilizzate nella costruzione della griglia sono rame-nickel e nickel-cromo, aventi una giunta di alluminio e ferro (karma). I materiali utilizzati per il supporto sono principalmenti epossidici, polymidi ed epossi-fenolici, con rinforzo di fibra di vetro. Il loro spessore misura mediamente 25 millesimi di millimetri. Le principali funzioni del supporto si possono riassumere nei seguenti punti:

La tabella sotto riporta i materiali del supporto e quelli della griglia utilizzati nella costruzione di estensimetri (Produzione BHL Elettronics)

Le celle di carico rappresentano la parte principale di un sistema di pesatura elettronica. Esse sono costituite da una provetta di materiale elastico (acciaio o alluminio),il quale, a causa di una forza applicata, subisce una deformazione lineare che risulta essere proporzionale alla forza stessa (legge di Hook o dell’elasticità dei materiali). Alla provetta vengono incollati quattro estensimetri, collegati a ponte di Wheastone, che ne seguono fedelmente la deformazione.

Le celle di carico vengono costruite per funzionare in flessione, trazione, compressione e taglio a seconda del tipo di forza applicata e del campo di misura. -

A seconda dello specifico funzionamento delle celle di carico è possibile distinguere diversi tipi di applicazioni.

Le celle di carico cilindriche a compressione vengono utilizzate per impieghi generali e trovano applicazione nella pesatura dei serbatoi, silos, tramogge, nella misura di forza in generale su macchine e apparecchi. Essi si presentano in modo molto compatto e robusto; hanno un elevatissima precisione, un’ ottima protezione contro i getti di acqua e un costo molto contenuto.

Le celle di carico a flessione si presentano in modo molto soddisfacente per il confezionamento alimentare, per dosaggi industriali, bilance da banco, serbatoi, tramogge, contapezzi, piattaforme di pesatura,silos, tiraggi di bilici, convogliatori, misure di forza. Inoltre si presentano come celle a basso profilo, ad altissima precisione, sigillate contro i getti di acqua.

Le celle bidirezionali per carichi fuori centro trovano applicazione nelle bilance da banco, contapezzi, macchine confezionatrici alimentari, dosaggi a peso per prodotti chimici-farmaceutici-plastici, pesatura su nastri trasportatori, tramogge. Questo tipo di celle di carico fornisce costantemente la stessa misura, con una elevatissima precisione, anche se si sposta il punto di applicazione del peso.

Le celle di taglio trovano applicazione comunemente per la pesatura dei serbatoi, silos, tramogge, per la pesatura su pulegge, nastri su rulli. Le celle di carico in questa versione sono caratterizzate dall’ evitare il montaggio di aste di protezzione e antiribaltamento attorno al serbatoio da pesare; sin montano anche sull’asse di rulli mediante cuscinetti a sfera oppure come perno di pulegge.

Le celle di carico a trazione trovano impiego nella pesatura di serbatoi, tramogge, silos appoggiati e/o sospesi, pesatura su nastri trasportatori, monorotaie, dinamometri, tiranti di pese a ponte per conversioni in bilance elettroniche, misure in trazione o compressione. Presentano un’ottima protezione contro i getti di acqua, un’altissima precisione e le dimensioni molto compatte. Nell’utilizzo delle celle di carico è opportuno considerare alcuni fattori molto importanti per sfruttare l’affidabilità. Innanzitutto è necessario, nella progettazione, considerare:

Anche la temperatura riveste un ruolo molto importante. Essa influenza negativamente le misure elettriche basate su resistenze anche se di norma le celle di carico sono compensate per variazioni di temperatura comprese tra –10°C e 60°C.

Elettronica, Telecomunicazioni ed applicazioni

I trasduttori vengono impiegati in moltissime applicazioni dell'Elettronica. Su consiglio del Prof. De Berardis, ho pensato di parlare dell'applicazione dei trasduttori nel campo della telefonia.

L’apparecchio telefonico

L’apparecchio telefonico viene alimentato attraverso una coppia di fili di rame, chiamata doppino, direttamente dalla centrale di commutazione con una tensione continua di 48 V o 60 V.

Il circuito di conversazione comprende due trasduttori elettroacustici, il microfono (M) ed il ricevitore (R), alloggiati in un unico dispositivo detto microtelefono.

In fase di riposo il microtelefono mantiene abbassato il contatto di gancio C, sicché alla linea risulta collegata, attraverso un condensatore di blocco della continua, la sola suoneria S. Questa può venire attivata dalla centrale mediante un segnale alternato di chiamata a 25 Hz. Allorché si solleva il microtelefono, il contatto C si alza, chiudendo il circuito di linea sul microfono.

La presenza di corrente viene sentita dalla centrale come richiesta di servizio.

Il microfono, di tipo a carbone , varia la propria resistenza (@ 100W ) in funzione della pressione acustica esercitata sulla membrana . In questo modo , essendo la tensione di alimentazione costante, si ottiene una modulazione della corrente circolante nella linea, che diviene così la grandezza che trasferisce l’informazione .

Il ricevitore, di tipo elettromagnetico o elettrodinamico, genera vibrazioni della sua membrana in funzione della variazione della corrente, riproducendo in questo modo il segnale acustico .

Sia il microfono che il ricevitore presentano una buona risposta in frequenza fino a 4000 Hz; così viene coperta l’intera banda acustica telefonica, da 300Hz a 3400 Hz .

Nello schema di figura si vede che l’accoppiamento della linea al ricevitore avviene attraverso un trasformatore, che prende il nome di bobina antilocale.

La sua funzione è quella di evitare che chi parla senta la propria voce e il rumore dell’ambiente in cui si trova riprodotti dal ricevitore.Infatti, come si può notare in figura

il segnale di corrente prodotto dal microfono si suddivide in 2 parti (i) che risultano tanto più uguali quanto più la resistenza di adattamento Ra (600W ) si avvicina all’impedenza della linea.

Per tanto, poiché i due avvolgimenti del secondario del trasformatore sono percorsi da correnti di segnali uguali e di verso opposto, non si verifica alcun trasferimento di segnale al primario e quindi al ricevitore. Viceversa il segnale che proviene dalla linea percorre i due avvolgimenti del secondario nello stesso verso per cui viene trasferito sul ricevitore. I due diodi posti in parallelo al ricevitore, detti diodi antishok, tagliano eventuali sovrattensioni della linea, proteggendo chi ascolta dalle scariche di rumore di forti intensità. Alla selezione del numero dell’utente chiamato provvede il disco combinatore, comprendente i contatti D e C .

Quando il disco, dopo essere stato ruotato, torna alla posizione di riposo, C si chiude cortocircuitando la sezione e D commuta provocando un numero di interruzioni della corrente pari alla cifra sezionata (per la cifra 0 gli impulsi sono 10 ). I tipi di commutazione sono di circa 60ms per l’apertura è di circa 40ms per la chiusura del contatto. La frequenza degli impulsi è quindi di 10Hz. Le interruzioni della corrente vengono sentite e decodificate dalla centrale, che provvede a selezionare e a chiamare l’utente desiderato. Nelle moderne centrali elettroniche il codice di chiamata è costituito, anziché da impulsi decadici, da coppie di toni, o frequenze, diverse. Il disco combinatore è sostituito dalla tastiera multifrequenza come in figura

La pressione di un tasto provoca l’invio contemporaneo in linea di due frequenze corrispondenti al numero impostato (ad esempio per il 3 le frequenze sono 697 e 1477Hz). Questa tecnica consente una velocità superiore e una maggiore facilità di selezione. Il doppino di utente all’apparecchio telefonico arriva dapprima alla cassetta di distribuzione, poi, raccolto in cavi con altri doppini, all’armadio ripartilinea, per giungere in fine alla centrale di commutazione. Quest’ultima assolve numerose funzioni: collega l’utente chiamante al chiamato, invia le diverse indicazioni acustiche ( tono di centrale, tono di controllo chiamata, tono di occupato ), registra le informazioni per la tariffazione.

Matematica

In telefonia si utilizzano spesso come unità di misura i decibel (dB): un guadagno o un'attenuazione sono espresse in dB con la formula A=10log(A1/A2)

La funzione logaritmica

Assegnato un numero a, reale positivo e diverso da 1, si dice logaritmo in base a di un numero b reale positivo, l’esponente c a cui si deve elevare la base a per ottenere il numero b e si scrive:

log _ab = c se e solo se a^c= b

La funzione logaritmica, funzione inversa della funzione esponenziale, indicando, come è consuetudine, con x la variabile indipendente e con y la variabile dipendente.

Le proprietà dei logaritmi si ricavano dalle proprietà delle potenze.

Dalle relazioni a⁰ = 1 e a¹ = a,

Si ha: log _a1=0 log _aa=1

log _a(b*c) = log _ab+log _ac

log _a b/c = log _a b - log _ac

log _a b^c = c* log _ab

Inglese

Traduzione

Due tipologie di estensimetro a lamina per coprire le esigenze generali dell'ingegneria per l'analisi dei filtri. Tutti gli estensimetri hanno conduttori integrali di 30mm per alleggerire il danno agli estensimetri a causa dell'eccessivo calore prodotto durante la saldatura e l'installazione. Ci sono degli estensimetri in miniatura usati per misurazioni di punti precisi e per misurazioni di strumentazioni di piccoli componenti. Il rivestimento in poliamide può resistere a temperature fino a 180°C rendendoli ideali per utilizzi a più alte temperature.