Trasduttore

Il trasduttore è un dispositivo sempre più centrale nell’industria 4.0, improntata all’innovazione a all’automazione.
È dunque consigliabile per le aziende che puntano all’efficienza capire che cos’è, quali tipi esistono, a cosa servono e a quanto ammontano i costi.

Cosa è un trasduttore

Prima di approfondire l’argomento, è opportuno capire bene cosa è un trasduttore.

Esso viene spesso confuso a livello terminologico con il sensore, benché i significati siano differenti.

Si tratta di un dispositivo in grado di convertire una grandezza fisica in un’altra, generalmente di natura diversa, con la modificazione di alcune caratteristiche che la identificavano.

Dunque l’energia viene trasformata in un’altra forma; quest’energia viene trasmessa da un punto ad un altro con l’alterazione di alcune sue caratteristiche.
Essa può essere: meccanica, elettrica, luminosa, chimica, termica, acustica, elettromagnetica e così via.

Un trasduttore possiede:

• Una grandezza (o segnale) in entrata.
  Essa può essere rappresentata, ad esempio, da: accelerazione, campo elettrico, campo magnetico, densità, forza, livello, peso, pH, portata, posizione angolare, posizione lineare, pressione, radiazione, segnale elettrico, temperatura, velocità, viscosità, umidità.
• Una grandezza (o segnale) in uscita.
  In questo caso, alcuni esempi sono: forza, spostamento, variazione di impedenza o segnale elettrico/elettronico.

Quest’ultima varia al variare della prima, ed è collegata ad essa tramite una formula matematica chiamata caratteristica del trasduttore o funzione di trasferimento del trasduttore.
Essa può essere lineare, quadratica, cubica, esponenziale o logaritmica; la più frequente, attinente ai trasduttori più usati, è quella lineare.

Ciò vuol dire che, tramite tale formula, conoscendo il valore di una delle due grandezze si può ricavare e conoscere quello dell’altra.

Proprio in ciò consiste l’utilità dell’impiego del trasduttore nei sistemi di misura: se non è possibile misurare direttamente una grandezza A (non è conveniente o possibile farlo), essa può essere convertita in una grandezza B più agevolmente misurabile; da essa è possibile poi risalire al valore di A.

Classificando i trasduttori in base all’energia in ingresso e in uscita, si ottengono due macrocategorie:

1. Trasduttori omogenei.
   L’energia in ingresso è della stessa natura (omogenea) di quella in uscita.
2. Trasduttori non omogenei o ibridi.
   La natura delle due energie differisce.

Prendendo invece in considerazione il rapporto tra energia in ingresso e in uscita, questi dispositivi possono essere:

• Passivi (o inerti).
  Quella in uscita è inferiore a quella in ingresso.
  Essi sottraggono energia alla grandezza da convertire e misurare.
• Attivi.
  Quella in uscita è uguale o maggiore all’altra.
  Essi funzionano grazie all’apporto di energia di una sorgente esterna.
  

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A cosa serve

A questo punto si può entrare nel merito e capire a cosa serve un trasduttore.
Va specificato che ogni sua tipologia trova specifiche applicazioni.

Ad esempio, uno ultrasonico serve a misurare la distanza del suono in base alla riflessione.
Viene impiegato in zone caratterizzate da alta temperatura o pressione, in cui altri metodi di misurazione sarebbero inapplicabili.

Un trasduttore di temperatura serve appunto a misurare la temperatura dell’aria e a controllarla.
Nelle applicazioni industriali esso può essere impiegato nel monitoraggio dei ventilatori.

Quello di pressione viene utilizzato per misurare la pressione di una quantità specifica, ad esempio un gas o un liquido, trasformando la pressione in energia elettrica.
Le applicazioni di questo trasduttore riguardano principalmente il rilevamento dell’altitudine, della pressione, del livello o della profondità, del flusso e il test di tenuta.

Questi trasduttori possono essere utilizzati per generare energia elettrica sotto gli interruttori di velocità sulle autostrade o strade dove la forza dei veicoli può essere convertita in energia elettrica.

I trasduttori vengono impiegati per l’automazione a livello industriale in quanto il segnale elettrico è oggi un vettore estremamente versatile per la trasmissione, la memorizzazione o l’elaborazione di informazioni tecniche da inviare agli ingranaggi e alle macchine.

Ciò risulta in linea col processo di sviluppo incentrato sull’industria 4.0.
Quest’innovativo sistema prevede il suo funzionamento attraverso una serie di collegamenti tra le varie macchine e la stessa rete dell’azienda principale.

Ad esempio, i trasduttori incrementali lineari sono utilizzati in ambito industriale sulle macchine operatrici con multiple funzioni: per realizzare posizionamenti a programma, avanzamenti a passi predeterminati, visualizzare misure di lunghezza o spessore.
Vengono solitamente utilizzati insieme a sistemi di conteggio, visualizzazione e controllo.

Tipi di trasduttore: pressione, ultrasuoni, elettrico

Tra i diversi tipi di trasduttore vi è quello di pressione, ad ultrasuoni ed elettrico.
È bene entrarvi in merito e specificarne caratteristiche e funzionamento.

• Trasduttore di pressione.
  Esso si occupa di convertire la pressione in un segnale elettrico analogico.
  Tale conversione viene ottenuta dalla deformazione fisica degli estensimetri connessi alla membrana del trasduttore e cablati in una configurazione a ponte di Wheatstone.
  La pressione applicata al trasduttore produce una flessione del diaframma che a sua volta porta alla deformazione degli estensimetri. La deformazione produrrà un cambiamento della resistenza elettrica proporzionale alla pressione.
  
  Questo dispositivo è largamente utilizzato nell’industria per la regolazione degli impianti. Un esempio è l’utilizzo nella refrigerazione e nel condizionamento dell’aria.
• Trasduttore ad ultrasuoni.
  Si tratta di un dispositivo che converte le onde sonore ultrasoniche oltre la portata dell’udito umano in segnali elettrici a corrente alternata (CA) o a corrente continua (CC); essi vengono quindi trasmessi o registrati.
  Di solito tali dispositivi sono costruiti su cristalli che dimostrano un effetto piezoelettrico, che conducono corrente elettrica in risposta a sollecitazioni meccaniche o vibrazioni.
  
  Il trasduttore ad ultrasuoni, tra le sue applicazioni in ambito industriale, comprende il monitoraggio del livello del fluido in un serbatoio.

• Trasduttore elettrico.
  Esso è un dispositivo che fornisce energia elettrica in uscita. Ciò vuol dire che questi trasduttori convertono una forma di energia in un segnale elettrico.
  Questa energia può essere di diversi tipi: il calore, la luce o il suono.
  Il segnale elettrico invece può essere: la frequenza, la corrente o la tensione.
  
  La produzione di questi segnali può dipendere dagli effetti resistivi, capacitivi e induttivi.
  Le grandezze non elettriche possono essere misurate utilizzando un rilevatore che modifica la grandezza fisica in uno spostamento per attivare il trasduttore.

Differenza tra sensore e trasduttore

La principale differenza tra sensore e trasduttore risiede nel fatto che il primo si occupa di rilevare i cambiamenti fisici, mentre il secondo è funzionale a convertire la grandezza fisica in un segnale.

Dunque il sensore rileva il livello di energia e lo trasforma in un segnale elettrico facilmente misurabile dai contatori digitali.
Il trasduttore trasferisce l’energia nella stessa forma o in un’altra diversa.

Il primo quindi si limita a misurare una quantità e non può, di per sé, dare un feedback al sistema.
Il secondo invece può essere utilizzato a tale scopo.

Inoltre, il sensore funziona sulla base dello stesso, senza ulteriori componenti.
Un trasduttore invece si compone di tre componenti principali: il dispositivo di input, il condizionamento del segnale o il dispositivo di elaborazione e un dispositivo di output.

Invece, il punto in comune tra entrambi risiede nel loro essere dispositivi fisici utilizzati per misurare le grandezze fisiche (come temperatura, spostamento, calore, ecc.) che sono difficili da misurare.

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Prezzi

I prezzi di un trasduttore sono variabili e dipendono da alcuni specifici fattori.

Ad esempio, bisogna valutare caratteristiche come: la potenza di uscita, cioè l’intensità alla quale il trasduttori invia i segnali, o la frequenza.

Nonostante dunque questa variabilità, è possibile fornire un range di prezzo a scopo orientativo.

Il costo di un prodotto appartenente ad una fascia medio-alta, dunque di un trasduttore valido ed efficiente, si aggira tra i 200 e i 600 euro.

Sul mercato sono presenti anche soluzioni appartenenti ad una fascia medio-bassa, o attinenti all’usato, il cui costo è inferiore ai 200 euro.