Sensori resistivi

I sensori resistivi sono una vasta famiglia di sensori che misurano grandezze fisiche molto diverse convertendole tutte in una variazione di resistenza elettrica. Il principio comune è semplice ed elegante: si costruisce un elemento la cui resistenza cambia in funzione della grandezza da misurare, e misurando la resistenza si risale al valore della grandezza. Con questo principio si misurano forza, deformazione, temperatura, posizione, umidità, luce e molto altro, ciascuno con un sensore resistivo dedicato. La resistenza è una grandezza elettrica facile da misurare con precisione, per questo i sensori resistivi sono tra i più diffusi e affidabili. Capire il principio comune dei sensori resistivi aiuta a comprendere come funzionano moltissimi strumenti di misura, e come una grandezza qualsiasi diventa un segnale elettrico misurabile.

Questa pagina spiega il principio comune della variazione di resistenza, i tipi più diffusi di sensore resistivo, e come si legge il segnale. È una guida per il tecnico che vuole capire i sensori.

Il principio comune

Tutti i sensori resistivi condividono lo stesso principio: la resistenza di un elemento sensibile cambia in funzione della grandezza fisica da misurare. La resistenza di un conduttore dipende dal materiale, dalla sua lunghezza, dalla sua sezione e dalla temperatura; costruendo l’elemento in modo che uno di questi fattori sia legato alla grandezza da misurare, si ottiene un sensore. Per esempio, se allungando un filo se ne aumenta la resistenza, il filo diventa un sensore di deformazione; se la resistenza di un materiale dipende dalla temperatura, quel materiale diventa un sensore di temperatura. In tutti i casi, la grandezza fisica viene tradotta in una variazione di resistenza, che poi si misura elettricamente. È questa universalità del principio che rende i sensori resistivi così versatili: cambiando l’elemento sensibile si misura una grandezza diversa, ma il modo di leggere il segnale, cioè misurare una resistenza, resta lo stesso. Questo semplifica l’elettronica e rende i sensori resistivi economici e affidabili.

I tipi più diffusi

Esistono molti tipi di sensori resistivi, ciascuno per una grandezza. Gli estensimetri misurano la deformazione: sono griglie di filo o pellicola che, deformandosi con l’oggetto a cui sono incollate, variano la loro resistenza, e sono alla base della misura di forza, peso e pressione. Le termoresistenze, come le Pt100, e i termistori misurano la temperatura dalla variazione di resistenza con il calore. I potenziometri misurano la posizione: un cursore che scorre su una pista resistiva varia la resistenza in funzione della sua posizione. Alcuni sensori di umidità e i sensori a resistenza per il legno sfruttano il legame tra resistenza e contenuto d’acqua. Le fotoresistenze variano la resistenza con la luce. Ci sono anche sensori resistivi di gas, di pressione e altri. In ogni caso il principio è lo stesso: una grandezza modifica una resistenza. Questa varietà mostra quanto sia potente il principio resistivo come base di misura.

Sensore resistivo	Grandezza misurata
Estensimetro	Deformazione, forza, peso
Termoresistenza	Temperatura
Potenziometro	Posizione

Come si legge il segnale

Poiché tutti i sensori resistivi convertono la grandezza in una resistenza, l’elettronica per leggerli è simile. Nel caso più semplice si fa passare una corrente nota nel sensore e si misura la tensione, da cui si ricava la resistenza. Quando le variazioni di resistenza sono piccole, come negli estensimetri, si usa un ponte di misura, che rileva con precisione le minime variazioni e compensa i disturbi come la temperatura. La lettura va spesso linearizzata, perché la relazione tra grandezza e resistenza non è sempre lineare, e va tarata per convertire la resistenza nel valore corretto della grandezza. Nei sensori moderni tutta questa elaborazione è integrata. Il vantaggio di avere un principio comune è che la stessa base di elettronica serve per tanti sensori diversi. Comprendere che dietro estensimetri, termoresistenze, potenziometri e molti altri c’è lo stesso principio, la variazione di resistenza, aiuta a capire un’ampia parte della sensoristica e della misura.

• Convertono una grandezza in variazione di resistenza.
• Estensimetri, termoresistenze e potenziometri ne sono esempi.
• La resistenza è facile da misurare con precisione.
• Le piccole variazioni si leggono con un ponte.
• La lettura va linearizzata e tarata.

Affidabilità della misura

Per misure affidabili con i sensori resistivi contano la taratura, la compensazione della temperatura, che influenza quasi tutti i sensori resistivi, e la cura dei collegamenti, perché la resistenza dei cavi può sommarsi a quella del sensore. Per i sensori a piccola variazione, come gli estensimetri, il ponte di misura è essenziale. La qualità dell’elemento sensibile e la stabilità nel tempo determinano l’accuratezza. Documentare tipo di sensore, taratura e condizioni rende le misure confrontabili. Nonostante la varietà di grandezze che misurano, i sensori resistivi condividono lo stesso principio robusto e collaudato, che ne fa una delle basi più diffuse e affidabili della misura, presente in innumerevoli strumenti industriali e di laboratorio.

Dalla tecnologia allo strumento: cosa serve in pratica

Questo tema appartiene all’area Tecnologie elettriche e dielettriche del ramo Tecnologie e principi di misura, ed è collegato ai ponti di misura e circuiti di compensazione. Per la strumentazione il riferimento è il Catalogo prodotti.

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