Sensore | Tipi di sensore
Consideriamo un sistema di misurazione. È composto da un dispositivo di ingresso che rileva l'ambiente o il contesto per generare un'uscita, un blocco di elaborazione del segnale che elabora il segnale dal dispositivo di ingresso e un dispositivo di uscita che presenta il segnale all'operatore umano o macchinario in una forma più leggibile e utilizzabile.
La fase iniziale è il dispositivo di ingresso, che è principalmente ciò di cui discuteremo in questo capitolo.
Sensore
Un sensore è un dispositivo che risponde a qualsiasi cambiamento in fenomeni fisici o variabili ambientali come calore, pressione, umidità, movimento, ecc. Questo cambiamento influenza le proprietà fisiche, chimiche o elettromagnetiche dei sensori, che vengono poi elaborate in una forma più utilizzabile e leggibile. Il sensore è il cuore di un sistema di misurazione. È il primo elemento che entra in contatto con le variabili ambientali per generare un'uscita.
Il segnale prodotto dal sensore è equivalente alla quantità da misurare. I sensori vengono utilizzati per misurare una caratteristica specifica di qualsiasi oggetto o dispositivo. Ad esempio, un termocoppia, una termocoppia rileverà l'energia termica (temperatura) in uno dei suoi giunti e produrrà un'uscita equivalente in voltaggio che può essere misurata da un voltmetro.
Tutti i sensori devono essere tarati rispetto a un valore di riferimento o standard per una misurazione accurata. Di seguito è riportata la figura di una termocoppia.
Si noti che un trasduttore e un sensore non sono la stessa cosa. Nell'esempio sopra citato della termocoppia. La termocoppia agisce come un trasduttore, ma i circuiti o componenti aggiuntivi necessari come il voltmetro, un display, ecc. insieme formano un sensore di temperatura.
Quindi il trasduttore converte solo l'energia da una forma all'altra e tutto il lavoro rimanente viene svolto dai circuiti aggiuntivi collegati. Questo dispositivo completo forma un sensore. Sensore e trasduttore sono strettamente correlati tra loro.
Caratteristiche dei sensori
Un buon sensore dovrebbe avere le seguenti caratteristiche
Alta sensibilità: la sensibilità indica quanto l'uscita del dispositivo cambia con una variazione unitaria dell'ingresso (quantità da misurare). Ad esempio, la tensione di un sensore di temperatura cambia di 1mV per ogni 1oC di variazione di temperatura, quindi la sensibilità del sensore si dice sia di 1mV/oC.
Linearità: l'uscita dovrebbe cambiare linearmente con l'ingresso.
Alta risoluzione: la risoluzione è la più piccola variazione dell'ingresso che il dispositivo può rilevare.
Minore rumore e disturbo.
Basso consumo di energia.
Tipi di sensori
I sensori sono classificati in base alla natura della quantità che misurano. Di seguito sono elencati i tipi di sensori con alcuni esempi.
Classificazione dei sensori
In base alla quantità misurata
Temperatura: Termoresistenza (RTD), Termistor, Termocoppia
Pressione: Tubo Bourdon, manometro, diaframmi, misuratore di pressione
Forza/torque: Gauge di deformazione, cella di carico
Velocità/posizione: Tacimetro, codificatore, LVDT
Luce: Fotodiodo, Resistenza dipendente dalla luce
E così via.
(2) Sensori attivi e passivi: In base al requisito di alimentazione, i sensori possono essere classificati come attivi e passivi. I sensori attivi sono quelli che non richiedono una fonte di alimentazione esterna per il loro funzionamento. Generano l'energia all'interno di sé stessi per operare e quindi sono chiamati di tipo autogenerante. L'energia per il funzionamento è derivata dalla quantità misurata. Ad esempio, un cristallo piezoelettrico genera un'uscita elettrica (carica) quando sottoposto ad accelerazione.
I sensori passivi richiedono una fonte di alimentazione esterna per il loro funzionamento. La maggior parte dei sensori resistivi, induttivi e capacitivi sono passivi (come resistenze, induttori e condensatori sono chiamati dispositivi passivi).
(3) Sensori analogici e digitali: Un sensore analogico converte la quantità fisica misurata in forma analogica (continua nel tempo). Termocoppia, RTD, Gauge di deformazione sono chiamati sensori analogici. Un sensore digitale produce un'uscita in forma di impulso. Gli encoder sono un esempio di sensori digitali.
(4) Sensori inversi: Esistono alcuni sensori capaci di rilevare una quantità fisica per convertirla in un'altra forma e anche di rilevare la forma del segnale di uscita per ottenere la quantità nella forma originale. Ad esempio, un cristallo piezoelettrico, quando sottoposto a vibrazioni, genera una tensione. Allo stesso tempo, quando un cristallo piezoelettrico è sottoposto a una tensione variabile, inizia a vibrare. Questa proprietà li rende adatti per l'uso in microfoni e altoparlanti.
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