Attivi - 1 / 29 Lezione 5 Trasduttori attivi: piezoelettrici termocoppie

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Lezione 5

Trasduttori attivi: piezoelettricitermocoppie

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Trasduttori attivi

• Effetto piezoelettrico– Effetto diretto e inverso

– Sensori di forza, trasduttori di accelerazione, …

– Comportamento stazionario e dinamico

– Circuiti ausiliari: elettrometro, amplificatore di carica

• Effetto termoelettrico– Effetto Peltier, Effetto Thomson, Effetto Seebeck

– Termocoppie

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Effetto piezoelettrico

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Materiali piezoelettrici

Cristallini:

quarzo Si O2

sali di Rochelle NaKC4 H4 O6

Ceramici:

PZT : titanato-zirconato di piombo

Polimeri:

PVF2 : polifluoruro di vinile

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Effetto piezoelettrico“inverso”

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Attuatore piezo

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Effetto piezoelettrico “diretto assiale”

Q = F da

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Effetto piezoelettrico“diretto trasversale”

Q = F dt

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PZT Titanato-Zirconato di Piombo

Curie Curie

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PZT Titanato-Zirconato di Piombo

Polarizzazione ed orientamento permanente dei dipoli

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Sensore di forza

FdSS

FdQ

S

Fdpdq

aa

aa

FdnQ a

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Trasduttori di accelerazione

F = m a

Q = da F = da m a

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Q = da F = da m a

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Trasduttori di accelerazione

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Trasduttori di accelerazione

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Modello elettrico della cella piezo

pC

tQtV

)()(

)()(

)( tFC

d

C

tQtV

pp

)(tV

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Modello elettrico della cella piezo

)(tV

up RC

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Elettrometro

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Elettrometro

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Amplificatore di carica

RCRC

1

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Effetto termoelettrico

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Effetto Seebeck

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Effetto Seebeck

Il valore massimo del coefficiente di Seebeck viene raggiunto dalla coppia "cromo-costantana" che presenta, alle alte temperature, un coefficiente di Seebeck pari a 58 V/°C.

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Effetto Peltier - Effetto Thomson

coefficiente di Peltier ( alla temperatura di 100 °C ) = + 8 mV/°C per la coppia "rame-platino"

= - 30 mV/°C per la coppia "costantana-platino

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Effetto Peltier - Effetto Thomson

"coefficiente di Thomson" : = 8 V/°C per il rame = - 23 V/°C per la costantana.

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Limite sup. campo di funzionamento

la coppia W-Re / W-Re (tungsteno95% - renio5% / tungsteno74% - renio26%) può operare fino a 2300°C.

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Funzione di conversione

22

2121 TTbTTaV

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Funzione di conversione

TTbTbTaV

TTbTTTbTaV

TTTTTbTaV

TTTbTaV

TTTTbTaV

TTbTTaV

22

221

2221

21

2121

22

2121

2

)2()(

)(

)(

))((

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Funzione di conversione

22

22

221

2221

21

2121

22

2121

2

2

)2()(

)(

)(

))((

TbTTbaV

TTbTbTaV

TTbTTTbTaV

TTTTTbTaV

TTTbTaV

TTTTbTaV

TTbTTaV

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Funzione di conversione

22

22

221

2221

21

2121

22

2121

2

2

)2()(

)(

)(

))((

TbTTbaV

TTbTbTaV

TTbTTTbTaV

TTTTTbTaV

TTTbTaV

TTTTbTaV

TTbTTaV

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Collegamento dell’utilizzatore

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Collegamento dell’utilizzatore

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Collegamento dell’utilizzatore

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Collegamento dell’utilizzatore

TTbaV 22

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Collegamento dell’utilizzatore

TTbaV 22

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Creazione del riferimento T2

è necessario un sistema di riferimento che metta a disposizione un “serbatoio di calore” a temperatura T2 conosciuta e fissa!

TTbaV 22

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Collegamento dell’utilizzatore

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Collegamento dell’utilizzatore

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Collegamento dell’utilizzatore

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Creazione del riferimento T2

è necessario un sistema di riferimento che metta a disposizione un “serbatoio di calore” a temperatura T2 conosciuta e fissa!

TTbaV 22

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Collegamento dell’utilizzatore

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Collegamento dell’utilizzatore

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Correzione del riferimento T1

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Conduttori compensati