Strumenti e attrezzature elettriche ed elettroniche

Strumenti e attrezzature elettriche ed elettroniche (4)

Cos'è il luxmetro, come funziona, come si usa ed i migliori luxmetri in commercio

Che cos'è il luxmetro?

Il Luxmetro è uno strumento che quantifica l'illuminamento di una superficie, misurando il flusso luminoso per unità di superficie. Misura correttamente come la luminosità appare all'occhio umano, il luxmetro deve infatti avere la stessa sensibilità dell'occhio umano per ciascuna lunghezza d'onda della luce e deve eseguire la correzione del coseno per l'incidenza angolare della luce. Il sensore di luce del Luxmetro è costituito da un fotodiodo che converte la luce in un segnale elettrico, un filtro ottico che garantisce la stessa sensibilità dell'occhio umano e un globo diffusore che facilita correzione del coseno.

Ci sono molti vantaggi nell'utilizzo dei Luxmetro. In primo luogo, forniscono una misurazione della quantità di luce disponibile reale, senza la quale si sta semplicemente ipotizzando. In secondo luogo, con un Luxmetro, è possibile vedere e confrontare chiaramente gli impatti delle diverse condizioni di illuminazione. Per fare ciò un Luxmetro utilizza una cellula fotografica per catturare la luce, convertendo questa luce in un flusso di corrente elettrica e, dopo aver misurato questa corrente, consente al dispositivo di calcolare il valore lux della luce catturata.

Riepilogo unità di misura illuminotecniche: Lux, Lumen e Candele

Si identifica quindi un flusso luminoso e l'unità di misura di tale flusso è nota come lux (lx). È uguale a un lumen per metro quadrato e i valori di lux sono direttamente correlati alla luminosità in considerazione della distanza, dell'orientamento e dell'ambiente. Un lumen è la vera irradiazione della luce visibile di una sorgente: equivale a una candela per angolo tridimensionale misurato.

La candela viene invece definita come una sorgente che emette una radiazione monocromatica di frequenza 540 x 12 hertz e la cui intensità energetica in tale direzione è di 1/683 watt.

L'unità di misura rilevata dal Luxmetro è quindi il Lux, pertanto restituisce una misura dell'illuminamento . Il Lux è strettamente legato alla superficie sulla quale viene misurato, anche se si può risalire ai Lumen moltiplicando il valore dei Lux per la superficie in cui questo valore è stato rilevato ( purché la superficie sia sufficientemente ridotta da poter ritenere il valore costante in essa ). Per questo la misurazione del Lux non va confusa con l'intensità luminosa prodotta da una sorgente luminosa, che si misura invece in candele, o con quella della luce riflessa da un oggetto. 

Come funziona un luxmetro?

La maggior parte dei Luxmetri sono costituiti da un corpo, una fotocellula o un sensore di luce e un display. La luce che cade sulla fotocellula o sul sensore contiene energia che viene convertita in corrente elettrica. A sua volta, la quantità di corrente dipende dalla luce che colpisce la fotocellula o il sensore di luce. Il Luxmetro legge la corrente elettrica, calcola il valore appropriato e mostra questo valore sul suo display.

Questo è il principio di funzionamento di base del Luxmetro. I Luxmetri analogici visualizzano i valori su un quadrante di solito con un ago o un puntatore, mentre i luxmetri digitali visualizzano i valori come lettere di numeri. Un contatore Lux può essere portatile o di tipo da banco.

Poiché la luce di solito contiene colori diversi e lunghezze d'onda diverse, la lettura rappresenta gli effetti combinati di tutte le lunghezze d'onda. In genere, i colori standard o le temperature di colore, sono espressi in gradi Kelvin (K). La temperatura di colore standard per la calibrazione della maggior parte dei Luxmetri è di 2856 ° K, una quantità che è più gialla del bianco puro.

Il luxmetro e la curva di visione dell'occhio umano

Come detto, la misura fornita dal luxmetro deve tenere conto della curva di visione dell'occhio umano rispetto alle varie componenti spettrali della luce. Vale quindi la pena un breve ripasso sul funzionamento dell'occhio umano rispetto alle varie lunghezze d'onda della luce.

L'occhio umano distingue i colori della luce secondo due modelli complementari di fisiologia visiva. La teoria tricromatica , introdotta da Thomas Young nel 1802 e perfezionata da Young nel 1912, afferma che ciascuno dei tre tipi di recettori (coni) presenti nell'occhio sono attivati da un certo intervallo di lunghezze d'onda:

  • coni β percepiscono la luce tra i 400 e i 500 nm ed hanno il picco di sensibilità intorno ai 437nm , corrispondente al colore blu-violetto. Vengono detti anche coni S, da short wavelenght sensitive, perché appunto più sensibili alle lunghezze d'onda più corte;
  • coni Y sono sensibili alla luce tra i 450 e i 630 nm ed hanno il picco di sensibilità intorno ai 533nm, lunghezza d'onda corrispondente al colore verde. Vengono detti anche coni M, da middle wavelenght sensitive, perché appunto sensibili alle lunghezze d'onda medie;
  • coni ρ sono sensibili alle luce tra i 500 e i 700 nm ed hanno il picco di sensibilità in corrispondenza del colore rosso, a 564nm. Pertanto vengono detti coni L , cioè long wavelenght sensitive cone.

La teoria tricromatica spiega in maniera parziale la percezione della luce da parte dell'occhio umano, ma non spiega alcuni fenomeni, come ad esempio l'esistenza di coppie di colori complementari come il giallo e il blu o il rosso e il verde che non possono essere percepiti simultaneamente. Così Ewald Hering postulò nel 1878 la teoria dell'opponenza cromatica , che afferma invece che i colori sono percepiti dalle aste e dai coni in modo antagonistico: nero contro bianco, blu contro giallo e rosso contro verde.

Processo di elaborazione del Luxmetro

La maggior parte dei Luxmetri registra la luminosità con un fotorilevatore integrato. Il fotorilevatore è posizionato perpendicolarmente alla fonte di luce per un'esposizione ottimale. I Luxmetri usano un fotorilevatore specifico per questa misurazione. Le letture sono presentate all'utente tramite strumento analogico o digitale. I tipi digitali spesso richiedono input di base da parte dell'operatore e possono salvare le misurazioni e avere un intervallo di rilevamento regolabile.

I fotorilevatori sono composti da selenio o silicio determinano la luminosità dal punto di vista fotovoltaico. La corrente generata è proporzionale ai fotoni ricevuti. I rivelatori a base di silicio devono amplificare la tensione generata dall'esposizione alla luce. I rivelatori a base di selenio convertono i fotoni in una tensione sufficientemente elevata da essere direttamente collegati a un galvanometro, ma hanno difficoltà a determinare misurazioni di lux per sorgenti luminose inferiori a 1.000 lumen.

I fotorilevatori che misurano la luminosità tramite fotoresistenza sono composti da un substrato ceramico con solfuro di cadmio. Una corrente di commutazione elettronica viene fornita alla cella e la resistenza aumenta man mano che vengono rilevati più fotoni per fornire una lettura proporzionale.

Calibrazione del Luxmetro

La calibrazione del Luxmetro è indispensabile per misure utili. Per calibrare un Luxmetro viene utilizzata una lampada standard certificata per la calibrazione con un'intensità luminosa nota. Viene posizionata di fronte allo strumento che è stato orientato per un'illuminazione uniforme sul sensore. Le misurazioni vengono eseguite a cinque diverse distanze per determinare un'illuminazione di riferimento e la media di queste misurazioni viene sommata con il fattore di correzione della lampada di riferimento e il fattore di correzione della risoluzione del misuratore.

La maggior parte dei Luxmetri industriali non fornisce una lettura assoluta, ma fornisce un valore rappresentativo in termini di tolleranza e risoluzione. I luxmetri calibrati in laboratorio invece sono più accurati ma al termine dell'utilizzo dovranno essere ricalibrati. Alcuni produttori raccomandano di rimuovere il coperchio del fotorilevatore alcuni minuti prima di misurare un campione per ridurre la potenziale sensibilità di adattamento nel sensore.

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Che cos'è una termocamera, a cosa serve, come funziona e le tipologie di termocamera

Che cos'è una termocamera, a cosa serve, come funziona e le tipologie di termocamera sul mercato

Una termocamera è un dispositivo che cattura e crea un'immagine di un oggetto usando la radiazione infrarossa emessa dall'oggetto, in un processo chiamato imaging termico. L'immagine creata rappresenta la temperatura dell'oggetto

 

Breve storia della termografia dall'esperimento di Herschel in poi

Sia la radiazione infrarossa che la luce visibile fanno parte dello spettro elettromagnetico, ma a differenza della luce visibile, la radiazione infrarossa non può essere percepita direttamente con gli occhi umani. Il che spiega perché una termocamera non è influenzata dalla luce e può dare un'immagine chiara di un oggetto anche in un ambiente buio.

La tecnologia di base delle termocamere è stata inizialmente sviluppata per i militari. Tuttavia, l'invenzione della termocamera non sarebbe stata possibile senza la storia della termografia, che si può convenzionalmente far risalire al 1800, anno in cui l'astronomo Sir William Herschel scoprì la luce infrarossa, con un esperimento ingegnoso quanto semplice.

Fece infatti passare la luce solare attraverso un prisma, ottenendo così la luce divisa nelle varie bande dello spettro visibile. Passò poi un termometro al mercurio in ciascun colore, per misurare il contributo al calore di ciascun colore. Notò che la temperatura aumentava andando dal blu al rosso ma, aspetto ancora più sorprendente, la temperatura aumentava ancora di più ponendo il termometro oltre il rosso, dove non c'era luce visibile. Questo lasciava teorizzare l'esistenza di un'ulteriore contributo di luce non visibile che era in grado di trasportare ancora più energia, l'infrarosso appunto.

Nel 1860, l'astronomo americano Samuel Pierpont Langley inventò il bolometro che è un dispositivo che misura le radiazioni infrarosse o termiche. E nel 1929, Kálmán Tihanyi, fisico ungherese inventa una telecamera elettronica sensibile agli infrarossi in grado di catturare immagini termiche.

Come funziona una termocamera?

L'imaging termico consiste nel convertire la luce infrarossa in segnali elettrici e creare un'immagine usando tali informazioni. Questa tecnologia era rivoluzionaria qualche anno fa ma oggi è di uso comune in molteplici campi. Ma Come funzionano una termocamera?

Gli standard odierni permettono la misurazione della temperatura tramite la termocamera che mostra gli oggetti più caldi con una tonalità giallo-arancione che diventa più luminosa quando l'oggetto diventa più caldo. Gli oggetti più freddi vengono visualizzati con un colore blu o viola.

La luce infrarossa ha una lunghezza d'onda che inizia a circa 700 nanometri e si estende a circa 1 mm.  Le lunghezze d'onda più corte di questa iniziano ad essere visibili ad occhio nudo. Le termocamere utilizzano questa energia a infrarossi per creare immagini termiche

La telecamera focalizza l'energia a infrarossi su una serie di rivelatori che creano un modello dettagliato chiamato termogramma. Il termogramma viene quindi convertito in segnali elettrici per creare un'immagine termica che possiamo vedere e interpretare.

Le termocamere funzionano come normali fotocamere digitali: hanno un'area di avvistamento, il cosiddetto campo visivo ( FOV, Field Of View ), che in genere può variare tra per un'ottica telescopica e 48° per un'ottica grandangolare

La maggior parte delle ottiche standard ha un FOV di 23°. Più lontano l'oggetto è lontano, più ampia sarà l'area osservata. Ma sta aumentando anche la parte dell'immagine che rappresenta un singolo pixel
Il vantaggio è che la densità di radiazione è indipendente dalla distanza pertanto le misurazioni della temperatura non sono influenzate dalla distanza dell'oggetto da misurare

Quali sono i componenti di una termocamera

L'ottica

La radiazione di calore può essere focalizzata solo con ottiche in germanio, leghe di germanio, sali di zinco o con specchi di superficie. Queste ottiche rivestite rappresentano ancora un fattore di costo significativo nelle termocamere rispetto alle normali ottiche prodotte in grandi volumi per la luce visibile.

Sono progettati come tre lenti sferiche o come disposizioni asferiche di due lenti. Soprattutto per le fotocamere con ottica intercambiabile, ogni ottica deve essere calibrata per ogni singolo pixel per ottenere misurazioni corrette.

Matrice di rilevatori - Focal Plane array (FPA)

In quasi tutti i sistemi termografici utilizzati in tutto il mondo, il cuore di queste telecamere è una matrice di rilevatori detta array sul piano focale (FPA), un sensore di immagine integrato con dimensioni da 20.000 a 1 milione di pixel.

Ogni pixel è un bolometro big micro da 17 x 17 μm 2 a 35 x 35 μm 2. Questi rivelatori termici spessi 150 mm sono riscaldati dalla radiazione termica entro 10 ms a circa un quinto della differenza di temperatura tra temperatura dell'oggetto e del chip.

Questa sensibilità estremamente elevata è ottenuta da una bassissima capacità termica in connessione con un superbo isolamento del circuito di silicio e dell'ambiente esterno. 

Come funziona l'imaging termico

La lente speciale focalizza la luce infrarossa emessa da tutti gli oggetti in vista. La luce focalizzata viene scansionata da una serie di elementi rivelatori a infrarossi.

Gli elementi del rivelatore creano un modello di temperatura molto dettagliato chiamato termogramma. Ci vuole circa un trentesimo di secondo affinché l'array di rivelatori ottenga le informazioni sulla temperatura per realizzare il termogramma. Questa informazione è ottenuta da diverse migliaia di punti nel campo visivo dell'array di rivelatori.

Il termogramma creato dagli elementi del rivelatore è tradotto in impulsi elettrici. Gli impulsi vengono inviati a un'unità di elaborazione del segnale, ovvero un circuito stampato con un chip dedicato che traduce le informazioni dagli elementi in dati per la visualizzazione.

L'unità di elaborazione del segnale invia le informazioni al display, dove appaiono come vari colori a seconda dell'intensità dell'emissione infrarossa. La combinazione di tutti gli impulsi di tutti gli elementi crea l'immagine.

Tipi di dispositivi di imaging termico

La maggior parte dei dispositivi di imaging termico esegue la scansione a una velocità di 30 volte al secondo. Sono in grado di rilevare temperature che variano da -4 gradi Fahrenheit (-20 gradi Celsius) a 3.600°F (2.000°C) e normalmente possono rilevare variazioni di temperatura di circa 0,4°F (0,2°C).

Esistono due tipi comuni di dispositivi di imaging termico nelle termocamere disponibili in commercio:

  • Imaging termico non raffreddato: questo è il tipo più comune di dispositivo per imaging termico. Gli elementi del rivelatore a infrarossi sono contenuti in un'unità che funziona a temperatura ambiente. Questo tipo di sistema è completamente silenzioso, si attiva immediatamente e ha la batteria integrata.
  • Imaging termico raffreddato: questi dispositivi sono più costosi e più suscettibili ai danni causati da un uso intenso, perché questi sistemi hanno gli elementi sigillati all'interno di un contenitore che li raffredda al di sotto di 32 F (zero °C). Il vantaggio di un tale sistema è l'incredibile risoluzione e sensibilità che derivano dal raffreddamento degli elementi. I sistemi con raffreddamento criogenico possono "vedere" una differenza minima di 0,2 F (0,1 C) da più di 300 m di distanza.

Quali sono le applicazioni delle termocamere

Come anticipato l'ambito di applicazione delle termocamere è davvero enorme. Questi dispositivi vengono utilizzati in tutti quei contesti dove il rilevamento della temperatura è fondamentale. Vediamo qualche esempio.

In ambito ambito industriale sono usate per :

  • Riscaldamento di componenti elettrici difettosi;
  • Attrito nei motori o nelle macchine elettriche;
  • Oneri di squilibrio;
  • Perdite o blocchi nei tubi;
  • Collegamenti elettrici errati;
  • Previsione di potenziali incendi o danni;
  • Sovraccarico di circuiti elettrici;
  • Livelli in depositi;
  • Punti critici nei tubi;
  • Reazioni chimiche pericolose.

In edilizia e nelle costruzioni le termocamere trovano impiego per:

  • Efficienza energetica;
  • Perdite di calore;
  • Umidità;
  • Scarso isolamento;
  • Perdite d'acqua;
  • Distribuzione della temperatura negli impianti di riscaldamento.

Nell'ambito della sicurezza, le termocamere sono usate ad esempio per:

  • Rilevamento di esseri viventi in situazioni di emergenza (frana, terremoto …);
  • Rilevazione di possibili incendi;
  • Rilevamento di clandestini sui valichi di frontiera;
  • Perimetro di sicurezza;
  • Infestazioni di animali;
  • Osservazione della fauna selvatica e attività all'aperto.

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Cos'è l'oscilloscopio, come funziona e tipologie di oscilloscopi: analogico, digitale, LCD, USB

Cos'è l'oscilloscopio, come funziona e tipologie di oscilloscopi: analogico, digitale, LCD, USB

Sommario:

 

Cos'è l'oscilloscopio?

L'oscilloscopio è un dispositivo di visualizzazione di grafici di un segnale elettrico. Nella maggior parte delle applicazioni, il grafico mostra come i segnali cambiano nel tempo: l'asse verticale (Y) rappresenta la tensione e l'asse orizzontale (X) rappresenta il tempo. L'intensità o la luminosità del display è talvolta chiamata asse Z.

Gli oscilloscopi possono essere classificati in due categorie principali:

  • oscilloscopi analogici;
  • oscilloscopi digitali.

Contrariamente a un oscilloscopio analogico, un oscilloscopio digitale utilizza un convertitore da analogico a digitale (ADC, Analog to Digital Converter) per convertire la tensione misurata in informazioni digitali. Acquisisce la forma d'onda come una serie di campioni e li conserva fino a quando non accumula abbastanza campioni per descrivere una forma d'onda. L'oscilloscopio digitale quindi ri-assembla la forma d'onda per la visualizzazione sullo schermo.

Gli oscilloscopi digitali possono essere classificati in:

  • oscilloscopi a memoria digitale (DSO, Digital Storage Oscilloscope);
  • oscilloscopi al fosforo digitale (DPO, Digital Phosphor Oscilloscope);
  • oscilloscopi a segnali misti (MSO, Mixed Signal Oscilloscope);
  • oscilloscopi a campionamento digitale.

Un oscilloscopio è costituito da quattro diversi sistemi: il sistema verticale, il sistema orizzontale, il sistema di trigger e il sistema di visualizzazione. Tutti questi sistemi sono utilizzati dall'oscilloscopio per fornire la maggior parte delle informazioni sul segnale e consentire all'utente di determinare l'integrità, la prevedibilità e l'affidabilità di questi segnali per qualsiasi numero di applicazioni.

Cosa misura un Oscilloscopio

Gli oscilloscopi vengono utilizzati per molte misurazioni tra cui:

  • Misure di tensione;
  • Misure di tempo e frequenza;
  • Misurazioni della durata dell'impulso e del tempo di salita;
  • Misure di sfasamento.

Altre tecniche di misurazione comportano l'installazione dell'oscilloscopio per testare componenti elettrici su una catena di montaggio, catturare segnali transitori sfuggenti e molti altri.

Come funziona un oscilloscopio

Gli oscilloscopi digitali rientrano in una delle tre classi: oscilloscopi a memoria digitale (DSO), oscilloscopi al fosforo digitale (DPO) e oscilloscopi a campionamento. Tutti e tre hanno sistemi verticali, orizzontali, di acquisizione e di innesco.

Il sistema verticale è il punto di ingresso per i segnali provenienti dalla sonda. Ottimizza l'ampiezza del segnale in ingresso nell'intervallo di tensione dei circuiti successivi, in particolare il convertitore da analogico a digitale (ADC).

Il sistema di acquisizione comprende gli elementi della base dei tempi (o orizzontale) più gli attuali elementi di digitalizzazione e memorizzazione. Campiona la tensione del segnale, acquisendo numerosi punti dati per visualizzarla. In un oscilloscopio digitale, il sistema orizzontale contiene l'orologio di campionamento, che fornisce a ciascun campione di tensione una coordinata temporale (orizzontale) precisa.

Il clock di campionamento aziona un convertitore da analogico a digitale (ADC) la cui uscita è memorizzata nella memoria di acquisizione. La capacità di questa memoria è nota come lunghezza del record.  Negli ultimi anni sono stati fatti enormi progressi nell'architettura del sottosistema di acquisizione, tra cui innovazioni come la tecnologia di acquisizione DPX ™ utilizzata negli oscilloscopi al fosforo digitale.

Il sistema di trigger rileva una condizione specificata dall'utente nel flusso del segnale in entrata e la applica come riferimento temporale nella registrazione della forma d'onda. Viene visualizzato l'evento che ha soddisfatto i criteri di trigger, così come i dati della forma d'onda che precedono o seguono l'evento.  In ogni caso, è possibile osservare la posizione temporale dell'evento trigger. Il sistema di trigger garantisce che una forma d'onda stabile e coerente venga visualizzata sullo schermo. Il sistema di trigger cerca soglie di tensione, ampiezze di impulsi, combinazioni logiche (su più ingressi) e molte altre condizioni per qualificare un'acquisizione.

Il grafico dell'oscilloscopio

il grafico di un segnale elettrico di un oscilloscopio mostra come il segnale cambia nel tempo. Negli oscilloscopi al fosforo digitale (DPO), l'asse Z può essere rappresentato dalla classificazione dei colori del display.

Un vantaggio chiave di un oscilloscopio è la sua capacità di ricostruire accuratamente un segnale. Migliore è la ricostruzione del segnale, maggiore è l'integrità del segnale.
I diversi sistemi e le capacità prestazionali di un oscilloscopio contribuiscono alla sua capacità di fornire la massima integrità del segnale possibile. Le sonde influiscono anche sull'integrità del segnale di un sistema di misurazione.

Le forme d'onda

Il termine generico utilizzato per un modello che si ripete nel tempo è un'onda. Le onde sonore, le onde cerebrali, le onde dell'oceano e le onde di tensione sono tutti schemi ripetitivi. Un oscilloscopio misura le onde di tensione creandone una rappresentazione grafica.

Fenomeni fisici come vibrazioni, temperatura o fenomeni elettrici come corrente o potenza possono essere convertiti in tensione da un sensore. Un ciclo d'onda è la porzione dell'onda che si ripete. Una forma d'onda di tensione mostra il tempo sull'asse orizzontale e la tensione sull'asse verticale.

Le forme d'onda rivelano molto su un segnale. Ogni volta ci sarà un cambiamento nell'altezza della forma d'onda, si saprà che la tensione è cambiata. Ogni volta che c'è una linea orizzontale piatta si saprà che non ci sono cambiamenti per quel periodo di tempo.

Le linee rette e diagonali significano un cambiamento lineare; un aumento o una caduta di tensione a un ritmo costante. Gli angoli acuti su una forma d'onda indicano un cambiamento improvviso.

Tipi di onde

Possiamo classificare la maggior parte delle onde in questi tipi:

  • Onde sinusoidali;
  • Onde quadrate o rettangolari;
  • Onde a dente di sega e triangolo;
  • Forme del passo e del polso;
  • Segnali periodici e non periodici;
  • Segnali sincroni e asincroni;
  • Onde complesse.

Tipi di oscilloscopi

Oscilloscopio a raggi catodici

Gli oscilloscopi erano originariamente basati su tubi a raggi catodici (CRT), che sono relativamente voluminosi, pesanti, assetati di energia, inaffidabili e costosi.

Oscilloscopi LCD

Proprio come i televisori CRT sono stati in gran parte sostituiti da una più conveniente tecnologia LCD, così molti oscilloscopi CRT sono stati sostituiti da schermi LCD a schermo piatto. Invece di utilizzare fasci di elettroni in movimento per tracciare tracce, gli oscilloscopi LCD utilizzano invece l'elettronica digitale per tracciare una traccia, imitando efficacemente ciò che sta accadendo con la tecnologia più vecchia. Gli oscilloscopi LCD tendono ad essere molto più economici e compatti.

A differenza degli oscilloscopi tradizionali, che utilizzano la tecnologia interamente analogica (visualizzazione di vari segnali sullo schermo che corrispondono esattamente ai segnali che vengono immessi in essi), gli oscilloscopi LCD sono generalmente digitali: usano convertitori da analogico a digitale per trasformare i segnali in ingresso (analogici) in forma numerica (digitale) e poi tracciare quei numeri sullo schermo.

Oscilloscopi USB

Poiché i computer, tablet o smartphone sono già dotati di un display LCD, non è più necessario acquistare un oscilloscopio se non per uso professionale. Esistono aziende che vendono oscilloscopi USB, o cavi equivalenti per dispositivi mobili, che simulano i circuiti in un oscilloscopio tradizionale e visualizzano una traccia sul PC o sullo schermo del cellulare.

 

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Cos'è una saldatrice elettrica o saldatrice a inverter, come funziona, tipologie e parametri di scelta

Saldatrici elettriche e saldatrici a inverter: Principi di funzionamento e parametri di scelta

Le saldatici elettriche sono strumenti tramite i quali è possibile applicare una lavorazione sui metalli definita saldatura ad arco elettrico. La saldatura ad arco è un processo di saldatura che viene utilizzato per saldare i metalli con l'aiuto dell'elettricità per generare calore sufficiente per ammorbidire il metallo e d unirlo con un altro metallo una volta raffreddato.

Questo tipo di saldatura utilizza un alimentatore per creare un arco elettrico tra un asta di metallo a cui è stato inserito un elettrodo e il materiale da lavorare per ammorbidire il metallo. Il principio di funzionamento in un processo di saldatura è dato quindi dal calore generato tra il pezzo in lavorazione e l'elettrodo.

Vediamo un rapido sommario di cosa tratteremo in questo articolo:

Come funziona la saldatrice elettrica

La saldatura ad arco elettrico, come anticipato,si riferisce al processo di utilizzo di un arco elettrico per fondere i materiali con cui si sta lavorando, nonché i materiali di riempimento.

La saldatrice elettrica è formata da un'asta, definita asta di saldatura, che consente di saldare i giunti insieme. Per eseguire la saldatura ad arco è necessario collegare un filo di messa a terra al materiale da saldare. Il materiale di saldatura non è il materiale che si intende saldare insieme.
Un filo diverso, chiamato elettrodo, è ciò che viene inserito nel materiale che si intende saldare. Quando si estrae il cavo dell'elettrodo dal materiale, si crea elettricità.
L'elettricità che si crea tirando il cavo dell'elettrodo è ciò che crea l'arco elettrico.

Quando viene generato l'arco, il materiale che si sta saldando si scioglie e, se vengono utilizzati, i materiali di riempimento contribuiranno a fondere insieme i pezzi di metallo.
Una fonte di alimentazione AC o CC è collegata da un cavo al pezzo da saldare e da un altro cavo all'asta di saldatura che stabilisce un contatto elettrico con l'elettrodo di saldatura.

Un arco viene creato attraverso lo spazio vuoto quando il circuito eccitato con il contatto tra la punta dell'elettrodo e il pezzo da lavorare. L'arco produce una temperatura compresa tra 4000°C e 6000°C sulla punta dell'elettrodo. Questo calore fonde sia il metallo di base che l'elettrodo, producendo un mix di metallo fuso chiamato cratere. Il cratere si solidifica creando il legame di fusione tra i metalli.

Tipi di saldatrici elettriche

Le saldatrici elettriche vengono catalogate in base al tipo di saldatura ad arco che riescono ad eseguire. Esistono tre diversi tipi di saldatura ad arco:

  • Saldatura ad arco in metallo schermato
  • Saldatura ad arco in metallo e gas
  • Saldatura ad arco con tungsteno a gas

Saldatura ad arco schermato (SMAW)

La saldatura ad arco schermato, nota anche come SMAW, che è l'acronimo di Shielded Metal Arc Welding. Si riferisce a un tipo di saldatura ad arco che utilizza un cavo per elettrodo coperto di flux, ovvero un agente di pulizia chimica che serve per purificare.  Quando l'arco elettrico viene generato, il flux si disintegrerà.
Quando il flux si disintegra emette dei vapori che proteggeranno la saldato da qualsiasi particella contenuta nell'aria che potrebbe contaminare la saldatura indebolendola.

Poiché questo tipo di saldatura è relativamente semplice, può essere utilizzata per molti progetti che prevedono una saldatura.

Saldatura ad arco in metallo e gas (GMAW)

La saldatura ad arco in metallo e gas ha due differenziazioni.
Può essere indicato come saldatura a metallo inerte (MIG ovvero Metal-arc Inert Gas) o saldatura a gas attivo in metallo (MAG, Metal-arc Active Gas).

La saldatura GMAW funziona quando l'arco elettrico viene generato tra un elettrodo metallico inerte e i materiali da saldare.
Il processo fa riscaldare e infine fondere i materiali.
La differenza principale tra SMAW e GMAW è l'elettrodo: GMAW utilizza un gas inerte metallico, mentre SMAW utilizza un elettrodo al piombo.

Saldatura ad arco con tungsteno a gas (GTAW)

Questo tipo di saldatura è anche noto come saldatura a gas inerte al tungsteno (TIG, Tungsten Inert Gas). La saldatura ad arco con tungsteno a gas è chiamata cosi perché utilizza un elettrodo di tungsteno nel suo processo. Il processo è il medesimo dei precedenti ma viene impiegato un elettrodo con materiale diverso. Ciò che è differente è l'agente protettivo usato. La saldatura GTAW ( Gas Tungsten Arc Welding ) utilizza un gas di protezione inerte per proteggere l'area di saldatura dai contaminanti.

Saldatrici a inverter

Le saldatrici a inverter sono una categoria trasversale alle precedenti, perché l'attributo "ad inverter" non si riferisce al tipo di arco elettrico creato o al materiale usato per la saldatura, ma alla tecnologia elettrica che viene impiegata per generare la corrente di saldatura. L'inverter appunto, che è un dispositivo in grado di modulare la frequenza della corrente in uscita dai suoi morsetti .

Gli inverter infatti, rispetto ai trasformatori tradizionali, permettono un ingombro molto inferiore a parità di potenza e prestazioni molto più elevate. La saldatura infatti avviene con frequenze elevate, anche dell'ordine delle migliaia di Hertz ( da 1kHz a 100kHz ).

Come scegliere la saldatrice elettrica

La chiave per selezionare la saldatrice è scegliere quella migliore per le specifiche esigenze di saldatura. La prima selezione da attuare è scegliere tra una saldatrice elettrica monofase o trifase.

A seconda dell'utilizzo bisognerà scegliere la saldatrice elettrica anche a seconda della potenza. In commercio ne esistono di diversi tipi ovvero:

  • da 150 a 200 Ampère: eccellente per lavori leggeri e medi; è la saldatrice ideale per l'hobbista;
  • da 250 a 300 Ampère: viene generalmente utilizzata per la saldatura generali (manutenzione, riparazioni, ecc.) e lavori di produzione media. È considerata una saldatrice per uso professionale;
  • da 400 a 600 Ampère: è usato per lavori pesanti. Di solito viene utilizzato per saldare strutture, parti pesanti di macchinari, serbatoi, tubi, ecc. È considerata una saldatrice per uso industriale.

Altra caratteristica da valutare è la dimensione dell'elettrodo. Questa è correlata alla potenza del saldatore, ovvero maggiore è la potenza del saldatore, maggiore sarà il diametro dell'elettrodo che è possibile utilizzare.

Anche il porta elettrodo è degno di nota durante la scelta. Il porta elettrodo è il morsetto utilizzato per afferrare l'elettrodo e guidarlo durante la saldatura. Il porta elettrodo dovrebbe essere leggero e pratico per espellere facilmente l'elettrodo usato e inserirne uno nuovo. Gli standard di sicurezza impongono che debba essere elettricamente isolato.
Sarebbe importante, al momento dell'acquisto di una saldatrice elettrica, verificare che abbia una protezione termica. Questa consentirà di proteggere l'attrezzatura dal calore generato dalla saldatura e dal passaggio di corrente.

Le ruote e la maniglia di trasporto faciliteranno il trasferimento del saldatore.

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