Elettronica di valutazione
L'elettronica di elaborazione costituisce l'interfaccia tra il sensore e il livello di controllo. Acquisisce i segnali elettrici grezzi provenienti da un trasduttore, quali tensioni, correnti, impulsi o frequenze. Questi segnali vengono amplificati, filtrati e digitalizzati. Successivamente vengono elaborati matematicamente, normalizzati e convertiti in grandezze fisiche quali massa, portata, pressione o temperatura. L'elettronica di valutazione fornisce i valori misurati solitamente tramite segnali standard (ad esempio 4–20 mA, 0–10 V), interfacce bus di campo o protocolli digitali della tecnologia di controllo. Spesso sono integrate funzioni aggiuntive quali il monitoraggio dei valori limite, algoritmi di dosaggio o di regolazione, calcolo della media o funzioni diagnostiche. Nei sistemi di pesatura e dosaggio, l'elettronica di valutazione è determinante per la risoluzione di misura, la riproducibilità e il tempo di risposta – e quindi per la precisione dei processi gravimetrici.
L'elettronica di elaborazione costituisce l'interfaccia tra il sensore e il livello di controllo. Essa acquisisce i segnali elettrici grezzi del trasduttore, li amplifica, li filtra e li digitalizza, per poi calcolarne il valore utilizzando curve caratteristiche lineari, ad esempio
y = a · x + b
in grandezze fisiche. Gli effetti dinamici sono spesso rappresentati da semplici modelli di filtro come gli elementi PT1
T · dy/dt + y = K · u
oppure tramite algoritmi di controllo PI/PID integrati, ad esempio
u(t) = Kp · e(t) + Ki · ∫ e(t) dt + Kd · de(t)/dt
viene preso in considerazione. In questo modo, l'elettronica di elaborazione fornisce segnali di uscita standardizzati e supporta operazioni di dosaggio, pesatura e regolazione con elevata precisione e riproducibilità.
- y è la grandezza di ingresso (ad es. massa, portata, pressione o temperatura) espressa in unità fisiche.
- x è la grandezza in ingresso (ad esempio tensione, corrente o un segnale digitale grezzo del sensore).
- a è il fattore di amplificazione o la pendenza della curva caratteristica; descrive il rapporto tra il segnale di ingresso e la grandezza fisica.
- b è l'offset, ovvero il punto zero; corregge uno spostamento del punto zero e sposta la curva caratteristica verso l'alto o verso il basso.
- u è la grandezza di ingresso (ad es. segnale del sensore o grandezza di riferimento).
- y è la grandezza in uscita dopo il filtro o l'elemento di trasmissione (segnale livellato o ritardato).
- T è la costante di tempo dell'elemento PT1; descrive la velocità con cui il sistema reagisce alle variazioni dell'ingresso.
- K è il guadagno statico dell'elemento PT1 (rapporto tra tensione di ingresso e uscita in condizioni stazionarie).
- dy/dt è la derivata temporale della grandezza iniziale y e descrive la velocità con cui y varia nel tempo.
- u(t) è la grandezza di regolazione del regolatore (ad es. il valore di regolazione di una valvola, il valore di riferimento della velocità, la portata).
- e(t) è la differenza di regolazione, ovvero la differenza tra il valore di riferimento e il valore effettivo.
- Kp è il coefficiente proporzionale; determina l'intensità con cui il regolatore reagisce direttamente allo scostamento istantaneo e(t).
- Ki è il coefficiente di integrazione; esso pondera l'errore integrato nel tempo e garantisce l'eliminazione degli scostamenti di regolazione persistenti.
- Kd è il coefficiente differenziale; reagisce alla velocità di variazione dell'errore e smorza le variazioni rapide o le oscillazioni.
- ∫ e(t) dt è l'integrale della differenza di regolazione nel tempo e rappresenta l'andamento cumulativo dell'errore.
- de(t)/dt è la derivata temporale della differenza di regolazione e descrive la velocità con cui varia l'errore.