Settembre 2014
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Automazione e Strumentazione
MISURE DI PRESSIONE
speciale
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dal diaframma e da elettrodi di riferimento fissi.
Dal punto visita circuitale sono possibili confi-
gurazioni a capacità singola o a coppia di capa-
cità che variano in modo opposto (push-pull).
I sensori capacitivi sono spesso utilizzati come
standard secondari, nel campo delle basse pres-
sioni; hanno caratteristiche di
prontezza perché danno segnale
per movimenti piccolissimi della
membrana. Una tipica applica-
zione è data dai microfoni per la
misura di pressione sonora. Nei
sensori di pressione
induttivi
,
invece, la deformazione del dia-
framma indotta dalla pressione
viene rilevata mediante la misura
della variazione di accoppiamento
magnetico tra due induttori che
operano in modo push-pull.
Sensori di pressione ottici e risonanti
Nei sensori di pressione
ottici
la potenza necessa-
ria al funzionamento è molto bassa e si raggiun-
gono quindi velocità di operazione elevate. Le
variazioni dell’indice di rifrazione, usate per le
misure con questi sensori, sono però molto pic-
cole ed inoltre si raggiunge una scarsa densità
degli elementi in un circuito ottico integrato. I
sensori ottici più diffusi si basano sull’interfero-
metro. La deformazione del diaframma indotta
dalla pressione viene rilevata mediante una coppia
LED-fotodiodo che misura la variazione di inten-
sità luminosa.
Nei sensori di pressione
risonanti
una membrana
si flette per effetto di una differenza di pressione
e questo induce degli stress sul risonatore che
causano una variazione della frequenza di riso-
nanza dello stesso. Per misurare la frequenza di
risonanza di un sensore è possibile ricorrere a un
circuito oscillatore elettronico in cui il sensore
determini la frequenza di oscillazione. Tali sen-
sori sono contraddistinti da elevate risoluzione e
precisione, a fronte di costi e complessità realizza-
tiva non trascurabili.
Sensori di pressione ceramici
Pensati per ambienti severi, i trasduttori di pres-
sione e i pressostati con
cellula ceramica
sfrut-
tano la deformazione di tale cellula, dovuta alla
variazione di pressione, che viene rilevata dalle
resistenze del Ponte di Wheatstone serigrafate
sulla ceramica stessa. La variazione della resi-
stenza viene in seguito trattata dal circuito elet-
tronico integrato per fornire un segnale di uscita
analogico o digitale. Le celle ceramiche offrono il
vantaggio di una eccellente stabilità di deriva e di
un’elevata resistenza al sovraccarico.
Sensori di pressione Mems
L’uso di sensori di pressione miniaturizzati re-
alizzati con tecnologia Mems (
Micro Electro-
Mechanical Systems
) si accompagna al crescen-
te uso di silicio nella sensoristica, specie nei set-
tori automotive e medicale. Due i principi di tra-
sduzione adottati. Quello
piezoresistivo
basato su
un diaframma microlavo-
rato in silicio con defor-
mazione rilevata tramite
piezoresistori impianta-
ti, configurati a ponte di
Wheatstone; e quello
ca-
pacitivo
basato su un dia-
framma microlavorato in
silicio con deformazione
rilevata tramite variazione
di capacità.
Sensori di vuoto
I
sensori di vuoto
sono strumenti semplici e robu-
sti, utilizzabili per vuoto fino a 0,1 Pa. Sono costi-
tuiti da un filo conduttore percorso da corrente
all’interno del contenitore sotto vuoto. La tempe-
ratura a cui si porta il filo dipende dalla pressione
presente nell’ambiente, almeno nell’intervallo di
pressioni in cui gli urti con le molecole del gas
sono la principale causa di perdita di calore del
filo. La temperatura è quindi crescente (in modo
non lineare) al diminuire della pressione. Nel
Vacuometro di Pirani
si legge la variazione
di temperatura del filo a partire dalla variazione
di resistenza. Il filo è parte di un ponte di Whe-
atstone che permette di effettuare la misura: nel
ramo opposto è posto un filo del tutto simile, man-
tenuto a temperatura e pressione costante.
Applicazioni speciali
L’applicabilità dei sensori di pressione è molto
vasta. Ne esistono versioni per luoghi con atmo-
sfere esplose (Atex). Nel settore igienico-alimen-
tare vengono usati sensori speciali con un design
per
uso igienico
conforme agli standard
3-A
e
EHEDG
. Anche nel settore
HVAC
e della refri-
gerazione i misuratori di pressione devono ottem-
perare a normative severe relative a materiali,
custodie, guarnizioni e standard costruttivi.
Tra le applicazioni in corso di sviluppo vale la
pena segnalare i sistemi di misura wireless e a
risparmio energetico basati sulla tecnologia
SAW
(Surface Acoustic Wave), ossia sullo sfruttamento
delle onde acustica superficiali e lo studio della
cosiddetta
e-skin
dove sensori di pressione e LED
organici (OLED) potranno migliorare la sensi-
bilità al tocco dei robot ma anche di realizzare
display touch e bendaggi medicinali.
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Dettaglio sensore di pressione
MEMS in un pneumatico
