sensori di contatto

Sensori di presenza
Con tale denominazione si intendono dispositivi atti a generare
informazioni associate alla presenza o all’assenza di determinati
oggetti in una zona definita dello spazio. Tali sensori rivestono una
grande importanza per le macchine automatiche in quanto molti eventi
tipici del loro funzionamento possono essere efficacemente osservati
attraverso variabili binarie associate all’avvenuto movimento di parti,
siano esse organi operativi della macchina o unità di prodotto mobili
all’interno di essa.
I sensori di presenza possono essere classificati in primo luogo per il tipo
di interazione fisica che essi hanno con l’oggetto di cui devono rilevare la
presenza: si possono così dividere i rivelatori con interazione
meccanica diretta (sensori di contatto) o senza interazione (sensori
di prossimità). All’interno di ciascuna categoria si potranno poi
classificare in base al tipo di uscita (elettrica, pneumatica) od al principio
fisico di trasduzione.
Sensori di presenza
SENSORI DI PRESENZA CON
INTERAZIONE MECCANICA
DIRETTA
Sono costituiti da due sottosistemi
principali:
- un meccanismo destinato ad interagire
fisicamente con l’oggetto da rilevare che
modifica la propria configurazione sotto
l’azione delle forze di contatto con
l’oggetto;
- un organo binario di commutazione che
viene azionato in conseguenza del
cambiamento di configurazione della
parte meccanico (un contatto elettrico o
un distributore pneumatico).
Sensori di presenza
Nella interazione tra parte meccanica ed
oggetto possono generarsi forze di contatto
di entità consistente, pertanto tale tipo di
rilevatori è adatto ad una circoscritta
categoria di applicazioni.
Tipicamente i dispositivi di commutazione
utilizzati possono sostenere elevati valori di
flusso energetico (correnti elettriche fino a
qualche Ampere, portate di fluido con
pressioni fino ai 10-15bar) per cui tali
dispositivi non necessitano in genere di
ulteriori dispositivi di amplificazione.
Sensori di presenza
Dal punto di vista costruttivo, un corpo a
tenuta, con opportune caratteristiche di
robustezza, contiene il dispositivo di
commutazione: sul corpo sono ricavate le
connessioni per l’alimentazione e per
l’uscita del segnale generato, nonché i mezzi
per il fissaggio al telaio della macchina.
All’esterno del corpo è applicato il
meccanismo di azionamento, con modalità
diverse a seconda della sua tipologia.
Normalmente i costruttori adottano criteri di
modularità, per cui nello stesso corpo
possono essere assemblati meccanismi di
azionamento diversi generando una vasta
gamma di possibilità di impiego.
Sensori di presenza: uscita pneumatica
USCITA PNEUMATICA
L’organo di commutazione è usualmente
costituito da un distributore monostabile 3
vie 2 posizioni, di tipo NC o NA a seconda
delle necessità.
Sensori di presenza: uscita pneumatica
ESEMPI DI POSSIBILI AZIONAMENTI
Sensori di presenza: uscita pneumatica
Per azionare l’organo di commutazione è necessario disporre di forze di
azionamento che talvolta possono anche essere “consistenti”; questo
limita l’uso di sensori di presenza con interazione meccanica diretta nei
casi di oggetti piccoli, delicati o facilmente deformabili.
Sensori di presenza: uscita pneumatica
Sensori di presenza: uscita elettrica
USCITA ELETTRICA
L’organo di commutazione è costituito da
contatti elettrici che vengono aperti o chiusi
per azione meccanica attraverso il sistema di
azionamento. Di solito sono presenti una o
più coppie di scambio.
Sensori di presenza: uscita elettrica
Sensori di prossimità
Vengono definiti anche come sensori di presenza senza interazione meccanica
o senza contatto, in quanto il rilevamento di presenza non avviene attraverso il
contatto diretto tra oggetto ed organi meccanici, bensì sfruttando principi fisici
derivati da:
• meccanica dei fluidi,
• elettromagnetismo,
• ottica
Il principio di funzionamento è basato sul fatto che il corpo estraneo (il corpo la
cui presenza è da rilevare) modifica il campo presente, generato dal sensore.
Sensori di prossimità: pneumatici
SENSORE A CONTROPRESSIONE
E’ un dispositivo operante a bassa pressione,
senza parti mobili.
Sensori di prossimità: pneumatici
SENSORE A AD INDUZIONE
Le linee di flusso tendono a convergere ad una
certa distanza dalla bocca di uscita: all’interno
del getto le molecole d’aria tendono ad essere
trascinate via con conseguente diminuzione
della pressione nella zona interna; in
conseguenza della differenza di pressione tra
esterno ed interno, le pareti del getto tendono
ad essere deviate verso l’asse generando la
caratteristica forma convergente del getto.
La presenza di un oggetto in grado di
interferire con il getto provoca la
distruzione della condizione descritta, con
creazione di vorticosità.
In particolare, la pressione in corrispondenza della zona interna subirà un
innalzamento legato alla posizione dell’oggetto.
La distanza di rilevamento è dell’ordine di qualche millimetro.
Sensori di prossimità: pneumatici
SENSORE AD INTERCETTAZIONE DI
GETTO
Un ugello emettitore è affacciato ad un
ugello ricevitore, posto a distanza tale da
essere investito dal flusso generato
dall’emettitore con conseguente generazione
di un segnale di pressione di uscita U.
Nel caso in cui un oggetto si venga a trovare
nella zona compresa tra i due, il getto viene
interrotto con conseguente scomparsa del
segnale alla bocca di uscita.
La distanza tra emettitore e ricevitore può
arrivare anche a 100mm.
Sensori di prossimità: pneumatici
Sensori di prossimità: pneumatici
Sensori di prossimità: pneumatici
Sensori di prossimità magnetici: contatti Reed
Sono costituiti da due parti fondamentali: l’unità di contatto e l’unità
magnetica.
L’unità di contatto consiste fondamentalmente in una piccola ampolla di
vetro riempita di un gas inerte contenente due lamine piatte ed elastiche
di materiale ferromagnetico.
L’unità magnetica è costituita da un magnete permanente o una bobina.
Quando l’unità magnetica entra in prossimità dell’unità di contatto,
l’intensità del C.M. diventa tale per cui la forza di attrazione tra i poli
opposti vince la rigidità delle lamelle flettendole l’una sull’altra e
causando il loro contatto.
L’operazione può essere ripetuta milioni di volte ad altissima frequenza.
i contatti Reed sono costituiti da:
Un piccolo contenitore
Un cavo in PVC da 1, 2 o 5 metri
Optional: cavo molto flessibile in poliuretano
Con o senza indicatore L.E.D.
I CONTATTI REED: vantaggi
• PROTEZIONE DALLA POLVERE E DALL’UMIDITA’ (NORMALMENTE IP 65)
• SEMPLICITA’ DI AZIONAMENTO
• ELEVATA FREQUENZA DI COMMUTAZIONE
• LUNGA VITA OPERATIVA
•ASSENZA DI MANUTENZIONE E INGOMBRI RIDOTTI
I CONTATTI REED: Svantaggi
• SENSIBILITA’ AI SOVRACCARICHI E AI CORTOCIRCUITI
• PRESENTANO TALVOLTA IL FENOMENO DI SALDATURA DEI CONTATTI
• SOVRATENSIONI SUI CONTATTI CON FORMAZIONE DI ARCHI ELETTRICI
PER TUTTI QUESTI MOTIVI QUANDO SI UTILIZZA QUESTO TIPO DI SENSORE
E’ OPPORTUNO IMPIEGARE ADEGUATE PROTEZIONI COME PER ESEMPIO
RESISTENZE LIMITATRICI DI CORRENTE, DIODI, O PROTEZIONI DA
SOVRATENSIONI
APPLICAZIONE CLASSICA DEI CONTATTI
REED: Cilindri magnetici
Hanno una banda di materiale magnetico inserita attorno alla circonferenza del
pistone
I poli (N/S) sono disposti lungo l’asse del cilindro
Il cilindro è di materiale diamagnetico (alluminio, ottone, acciaio inossidabile)
Posizionando i contatti lungo la parte esterna del cilindro, possono essere generati
segnali in corrispondenza degli estremi o di posizioni intermedie della corsa
Sensori di prossimità magnetici: effetto hall
L’aspetto estetico e le applicazioni sono
del tutto simile ai precedenti.
Il funzionamento è completamente
elettronico ma sopportano una tensione di
lavoro non superiore a 30V DC contro i
110V DC o AC dei reed.
Sono costituiti da una piastrina in
materiale semiconduttore
percorsa da una corrente e
sottoposta ad un campo
magnetico avente le linee di
flusso ortogonali alla corrente
stessa. Questo provoca una
distorsione laterale degli elettroni
costituenti la corrente il cui effetto
è la nascita di una d.d.p. tra i punti
C e D.
In pratica la piastrina viene immersa
in un C.M. creato da un magnete
permanente; l’approssimarsi del
pezzo da rilevare (di materiale
ferromagnetico) provocherà
un’alterazione del C.M. dando luogo
ad un’alterazione della d.d.p. che
costituirà l’uscita del sensore.