I trasduttori nei sistemi di acquisizione dati

I trasduttori elettrici

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I trasduttori o sensori sono dispositivi essenziali in un sistema di controllo o di acquisizione dati. Pensiamo, ad esempio, al controllo della temperatura dell’acqua in un radiatore, della luminosità in un ambiente o della umidità in una serra.

In tutti i casi, vi è una grandezza fisica da controllare e questa deve essere rilevata da dispositivi capaci di fornire in uscita una grandezza elettrica (resistenza, capacità, tensione, corrente, ecc.) proporzionale al valore della grandezza fisica da rilevare.

Il segnale di uscita dal trasduttore non sempre può essere utilizzato direttamente, ma spesso dovrà essere adattato alle caratteristiche del circuito al quale dovrà essere applicato. Se si tratta poi di un sistema di controllo a microprocessore, il segnale del trasduttore (se analogico) dovrà essere convertito in un segnale digitale prima di poter essere acquisito.

Schema acquisizione dati
Schema generale di un sistema di acquisizione dati

Un circuito di condizionamento, interposto tra trasduttore e convertitore A/D, ha il compito di adattatare l’uscita del trasduttore alle caratteristiche del convertitore analogico-digitale e, in generale svolge le seguenti funzioni:

  • convertire il segnale di uscita del trasduttore in un segnale di tensione, eseguendo pertanto una conversione che, a seconda del tipo di trasduttore, sarà temperatura/tensione, pressione/tensione, umidità/tensione, ecc.
  • modificare opportunamente la pendenza della caratteristica di uscita del trasduttore, Questo si rende necessario, ad esempio, se la grandezza di uscita risulta decrescente al crescere della grandezza fisica rilevata;
  • linearizzare la caratteristica ingresso/uscita del trasduttore, ovvero rende proporzionale il segnale di uscita rispetto alla grandezza in ingresso;
  • regolare l’offset, ovvero ottenere, idealmente, una uscita nulla (0 volt) quando l’uscita del trasduttore ha ampiezza minima;
  • regolare il fattore di scala, cioè rende l’uscita massima del trasduttore compatibile con il massimo valore di ingresso ammissibile per il convertitore A/D;
  • limitare la larghezza di banda del segnale di uscita del trasduttore;
  • separare galvanicamente il trasduttore dal sistema di acquisizione, spesso richiesto da specifiche di sicurezza;
Sensori

I trasduttori sono classificabili in molti modi ma ai fini dell’acquisizione una suddivisione essenziale è quella tra i trasduttori:

  • Analogici. Il segnale di uscita è in questo caso un segnale continuo cioè esso varia con continuità all’interno di un range di valori delimitato da un massimo e minimo. All’interno di tale range, l’uscita potrà quindi assumere tutti gli infiniti valori reali. Questo tipo di trasduttori dovrà interfacciarsi con il sistema di acquisizione digitale attraverso un convertitore A/D;
  • Digitali. Il segnale di uscita assume due soli livelli, compatibili con i sistemi digitali e potranno pertanto essere direttamente interfacciati con i sistemi di acquisizione digitali.

Nei prossimi articoli andremo ad esaminare le principali tipologie di trasduttori appartenenti a queste due grandi categorie, con qualche riferimento a sensori disponibili commercialmente.