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Introduzione ai Trasduttori e ai Circuiti di Condizionamento
Nel mondo dell'automazione e della strumentazione industriale, la misura di grandezze fisiche come temperatura, pressione, umidità o posizione è fondamentale per il controllo e il monitoraggio dei processi. Questo compito è svolto dai trasduttori, dispositivi che convertono una grandezza fisica in un segnale elettrico leggibile da un sistema di acquisizione o da un controllore.
Tuttavia, i segnali generati dai trasduttori spesso non sono direttamente utilizzabili dai sistemi di elaborazione, poiché possono essere deboli, affetti da rumore o richiedere una conversione in un formato standard. Qui entrano in gioco i circuiti di condizionamento del segnale, che hanno il compito di adattare, amplificare, filtrare e normalizzare i segnali per renderli adatti all'elaborazione elettronica.
L'integrazione tra trasduttori e circuiti di condizionamento è quindi essenziale per garantire misure precise, affidabili e prive di interferenze. In questa trattazione, verranno analizzate le principali tipologie di trasduttori, le loro caratteristiche e il ruolo cruciale dei circuiti di condizionamento nel migliorare la qualità e l'accuratezza dei segnali misurati.
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I trasduttori sono dispositivi in grado di trasformare le variazioni di una grandezza fisica non elettrica (temperatura, intensità luminosa, forza, pressione, posizione, velocità, accelerazione, ecc.) in variazioni di una grandezza elettrica (tensione, corrente, resistenza, capacità, ecc.). Le ragioni che suggeriscono una tale trasformazione risiedono nella più facile misurabilità e memorizzazione di una grandezza elettrica rispetto ad una generica grandezza fisica.
La trasformazione operata dal trasduttore è resa possibile grazie alla presenza, al suo interno, di un particolare componente detto sensore (elemento sensibile). Nei trasduttori di pressione, ad esempio, l'elemento sensibile è costituito da una sottile membrana sulla quale viene applicata la sollecitazione pressoria.
Sulla base della grandezza fisica convertita i trasduttori possono anche classificarsi in primari e secondari. Sono primari quei traduttori che convertono direttamente una grandezza fisica in una elettrica; sono invece secondari quelli in cui la grandezza fisica viene prima trasformata in un'altra grandezza fisica la quale, infine, viene rilevata da un trasduttore primario. Un esempio di trasduttore secondario è il trasduttore di forza. In esso vi è un estensimetro che misura le deformazioni di un corpo elastico le quali sono causate proprio dalla forza applicata e che si vuole rilevare (indirettamente).
Un ulteriore criterio di classificazione dei trasduttori fa riferimento al tipo di grandezza elettrica in uscita dal trasduttore: se si tratta di un segnale di tensione o di corrente dipendente direttamente dalla grandezza fisica applicata all'ingresso del trasduttore questo si dice attivo; se invece la grandezza fisica produce una variazione di resistenza, capacità o induttanza il trasduttore è detto passivo.
I trasduttori passivi devono necessariamente essere inseriti all'interno di un circuito di condizionamento affinché la variazione del relativo parametro elettrico venga associata ad una variazione di tensione, corrente o frequenza del segnale. Trasduttori e sensori, nella letteratura del settore, sono intesi come sinonimi.
I vari tipi di trasduttori risultano caratterizzati, nel loro funzionamento e nelle loro prestazioni, da insiemi diversi di parametri.
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Un segnale da 4 a 20 milliampere è un segnale elettrico analogico utilizzato per trasmettere informazioni da sensori, trasmettitori o altri dispositivi di misurazione a un sistema di controllo. Questo tipo di segnale è ampiamente utilizzato nell'automazione industriale per la sua affidabilità e resistenza alle interferenze.