Capacitivi / Induttivi 1 / 27
Trasduttori capacitivi
e induttivi
Capacitivi / Induttivi 2 / 27
Trasduttori Capacitivi e Induttivi
• Capacità– Funzionamento dei trasduttori capacitivi
– Trasduttori di posizione, di distanza, di presenza…
– Circuiti ausiliari
– Linearizzazione
• Induttanza– Funzionamento dei trasduttori induttivi
– Trasduttori di posizione a variazione di riluttanza
– Trasduttori di presenza a correnti parassite
• Effetto trasformatorico– Trasformatori differenziali
Capacitivi / Induttivi 3 / 27
Capacità di un condensatore a facce piane
C = S / d
• è la permettività dielettrica del materiale interposto fra le armature
• S potrebbe essere modificato mediante lo scorrimento delle armature
• d potrebbe essere modificato dallo spostamento delle armature (problema: è al denominatore!!)
Capacitivi / Induttivi 4 / 27
Trasduttori di posizione capacitivi
C = S / d S potrebbe essere modificato
mediante lo scorrimento delle armature, l’una sull’altra, che modifica la “superficie utile”
Si possono avere scorrimenti per traslazione e per rotazione.
Il processo è utilizzato per realizzare trasduttori di posizione “lineare” ed “angolare”.
Capacitivi / Induttivi 6 / 27
Campo di misura: traslazione
minmax
minmax
nom
L2
π2C
rr
rr
xrr
xrr
xL
C2π2
C nom
minmax
minmax
Capacitivi / Induttivi 7 / 27
Campo di misura: rotazione
Capacitivi / Induttivi 9 / 27
H
rr
rrC
rr
Hrr
C
minmax
minmax00
minmax
minmax
002
2
Trasduttore di livello capacitivo ad immersione
Capacitivi / Induttivi 10 / 27
H
rr
rrC
rr
Hrr
C
minmax
minmax00
minmax
minmax
002
2
1010minmax
minmax1
11100minmax
minmax
1100minmax
minmax
1010
hHrr
rrhC
hhHrr
rrC
hhrr
rrC
hHhhhH
Trasduttore di livello capacitivo ad immersione
Capacitivi / Induttivi 11 / 27
H
hChC
Hrr
rrC
hHrr
rrhC
1
0
101
minmax
minmax00
1010minmax
minmax1
11
Trasduttore di livello capacitivo ad immersione
il fluido di cui si vuole trasdurre il livello deve
essere isolante ed avere una permettività 1
molto maggiore di quella del vuoto 0
Capacitivi / Induttivi 12 / 27
Trasduttore di livello capacitivo
d
SC
dLa presenza di un piano a potenziale nullo determina la nascita di un conduttore immagine posto simmetricamente rispetto al piano neutro ed a potenziale opposto a quello dell’elettrodo principale.
Anche in questo caso si evitano gli effetti di bordo usando una armatura schermo equipotenziale a quella principale ed estranea al circuito di misura.
Capacitivi / Induttivi 13 / 27
Rilevatore di presenza capacitivo
0
S
C
d
SC
l’oscillatore collegato alla armatura ha potenza ridotta e riesce ad oscillare solo se caricato da impedenze di valore superiore ad un valore critico: l’aumento del valore della capacità ne arresta la libera oscillazione e tale evento viene rilevato per segnalare la presenza di un azionatore entro la distanza di attivazione.
Capacitivi / Induttivi 14 / 27
d diminuisce all’aumentaredella pressione nella camera principale pertanto la capacità aumenta
per rilevare la “pressione assoluta” nella camera secondaria si realizza un “vuoto spinto” per cui la permettività da considerare
è la del vuoto.
Trasduttore di pressione capacitivo
C = S / d
Capacitivi / Induttivi 15 / 27
C = S / d d diminuisce all’aumentare
della differenza fra la pressione nella camera principale e quella nella
secondaria.
è legato alla pressione del fluido nella camera secondaria.
Trasduttore di pressione capacitivo
Capacitivi / Induttivi 16 / 27
Convertitore C / V e linearizzazione reciprocale
2
1
1
2
1
1
C
CV
Cj
CjVVout
2
1
2
1
C
CVVR
C out
la necessità di permettere la
circolazione della i - impone la
presenza di R :
Capacitivi / Induttivi 17 / 27
Trasduttori induttivi
e trasformatorici
Capacitivi / Induttivi 18 / 27
Autoinduzione e riluttanza
RRR 21
N
i
NiNL
iL
N
H
iNH
L , coefficiente di autoinduzione o, brevemente, induttanza, è funzione (inversa) della riluttanza del circuito magnetico:
R , riluttanza del circuito magnetico, è fortemente dipendente dal contributo
del traferro: R = R fe + 2 R 0 con R 0 = d0 / 0 S
Capacitivi / Induttivi 19 / 27
Trasduttori a variazione di riluttanza
R , riluttanza del circuito magnetico, è fortemente dipendente dal contributo
del traferro: R = R fe + 2 R 0 con R 0 = d0 / 0 S
L , coefficiente di autoinduzione o, brevemente, induttanza, è funzione (inversa) della riluttanza del circuito magnetico:
RRR 21
N
i
NiNL
iL
N
H
iNH
Capacitivi / Induttivi 20 / 27
Trasduttori a fem indotta
td
dHNv
td
dv
N
H
out
out
RR 1
il flusso magnetico è funzione della riluttanza del circuito magnetico e le variazioni di riluttanza possono indurre una tensione all’uscita del dispositivo:
Il trasduttore, di tipo attivo, non è adatto per rilevare posizioni dato che la fem di uscita è provocata dalla derivata temporale della riluttanza.
Capacitivi / Induttivi 21 / 27
Trasduttori a correnti parassite (“proximity”)
il trasduttore ha una bobina che viene alimentata da un oscillatore
l’oscillatore collegato alla bobina ha potenza ridotta e riesce ad oscillare solo se non deve erogare una potenza superiore ad un valore critico.l’oscillatore collegato alla bobina ha potenza ridotta e riesce ad oscillare solo se non deve erogare una potenza superiore ad un valore critico: le correnti di Foucoult che circolano nell’azionatore eventualmente presente provocano una dissipazione supplementare di potenza che arresta la libera oscillazione: tale evento viene rilevato per segnalare la presenza di un “azionatore” entro la distanza di attivazione.
Capacitivi / Induttivi 22 / 27
Trasformatore differenziale LVDT
Capacitivi / Induttivi 23 / 27
Trasformatore differenziale LVDT
Capacitivi / Induttivi 24 / 27
Trasformatore differenziale LVDT
021 IMMjVout
00
00 LjR
VI
Capacitivi / Induttivi 25 / 27
Trasformatore differenziale LVDT
00
0
21 V
j
RL
MMVout
Capacitivi / Induttivi 26 / 27
Frequenza di alimentazione LVDT
)()( 210
0
00
00
21 xMxM
j
RL
VV
j
RL
MMVout
Capacitivi / Induttivi 27 / 27
Specifiche LVDT
Capacitivi / Induttivi 28 / 27
Condizionamento LVDT
Capacitivi / Induttivi 29 / 27
Condizionamento LVDT