Come scegliere un sensore di posizione

Per prima cosa dovrete decidere quale, tra sensore lineare e sensore angolare, o rotativo, sia il più adatto alle vostre esigenze. Dopo aver operato questa prima scelta, dovrete valutare altri fattori, come il campo di misura, la risoluzione e la ripetibilità del dispositivo.

In seguito, prima di procedere all’acquisto, dovrete definire quale forma di sensore sia compatibile con il tipo di montaggio previsto e quale sia il tipo di trattamento del segnale in uscita che fa al caso vostro. Per finire, è importante tenere a mente che, a seconda delle applicazioni, è talvolta necessario ricorrere a sensori specifici, come possono essere i modelli con determinati indici di protezione, ad esempio i sensori resistenti a polvere umidità, i sensori ATEX per ambienti esplosivi, ecc.

Il sensore di posizione potenziometrico, detto anche sensore resistivo, misura la resistenza di una pista conduttrice tra un punto di riferimento e un cursore collegato ad un pezzo in movimento o al supporto di quest’ultimo. La resistenza misurata dal sensore viene utilizzata per calcolare la posizione del pezzo in questione.

Questi sensori sono precisi e, essendo molto semplici dal punto di vista tecnologico, anche poco costosi. Nella maggior parte dei casi, però, i modelli potenziometrici sono sensibili all’usura, alle vibrazioni, ai corpi estranei e alle temperature estreme.

I sensori di posizione LVDT (Linear Variable Differential Differential Transformer) e RVDT (Rotary Variable Differential Transformer) sono entrambi costituiti da due trasformatori che condividono un unico nucleo magnetico collegato al pezzo (o al supporto del pezzo) di cui occorre determinare la posizione. Quando il nucleo magnetico si muove, la tensione elettrica tra i due trasformatori subisce una variazione, grazie alla quale è possibile determinare la posizione del pezzo.

I sensori di questo tipo sono, precisi, affidabili, robusti e capaci di resistere ad ambienti estremi, soprattutto perché possono essere usati a distanza rispetto all’unità di controllo. Tuttavia, sono spesso costosi, ingombranti e pesanti.

I sensori ottici di posizione, detti anche encoder, vengono utilizzati per determinare la posizione e lo spostamento angolare o lineare di un pezzo.

• Sensori incrementali: segnalano la posizione del pezzo rispetto ad una posizione di riferimento. L’unità di controllo deve attendere che il sensore invii l’informazione corrispondente alla posizione di riferimento non solo all’avviamento, ma anche ad ogni interruzione di alimentazione.
• Sensori assoluti: sono in grado di fornire un valore di posizione fin dalla loro accensione. Gli encoder assoluti multigiro, inoltre, permettono di contare il numero di giri effettuati.

I sensori rotativi di posizione lineare incorporano diodi elettroluminescenti (LED) che permettono di “leggere” il movimento di un disco graduato formato da strisce opache e riflettenti. I sensori di posizione lineare possono essere sensori rotativi a cavo (in questo caso il cavo montato su una bobina è collegato al pezzo di cui si vuole determinare la posizione) oppure possono essere costituiti da una scala graduata e da una testina di lettura per leggere la posizione.

Questi sensori sono molto precisi, offrono generalmente un’alta risoluzione ed hanno un buon tempo di risposta. Dal punto di vista tecnico, la precisione e la risoluzione corrispondono rispettivamente alla tolleranza per ogni segnale inviato e al numero di segnali inviati per ogni giro di asse.

I sensori di posizione ottici rappresentano un’ottima scelta qualora la misurazione possa subire l’interferenza di un campo magnetico. Questi modelli, inoltre, non presentano alcuna isteresi, ma sono fragili, sensibili agli urti, alle vibrazioni, ai corpi estranei (polvere, olio, ecc.) e alle temperature estreme.

Per finire, i sensori ottici sono utilizzati in particolare quando è richiesta un’elevata precisione, ad esempio per la produzione di componenti elettronici o per realizzare analisi mediche.

I sensori di posizione magnetici, noti anche come sensori ad effetto Hall, determinano una posizione misurando il campo magnetico di un magnete o di un nastro magnetico. È possibile utilizzare questo tipo di sensori per misurare, ad esempio, la posizione di un pistone magnetico all’interno di un cilindro.

Questi sensori sono robusti e poco sensibili alla presenza di liquidi o polvere. La loro precisione, tuttavia, può essere influenzata da eventuali urti e da interferenze magnetiche, in particolare da quelle causate dalla vicinanza di cavi elettrici. La precisione di questi sensori, inoltre, può risentire dall’isteresi in funzione della direzione di marcia.

Il sensore magnetostrittivo incorpora una guida d’onda a cui viene applicato un impulso elettrico, il quale genera a sua volta un campo magnetico. Lo scontro tra questo campo magnetico e quello di un magnete esterno genera un’onda meccanico-elastica che si propaga fino alla testa di lettura integrata nel sensore. In base al tempo di risposta dell’onda, il sensore è in grado di  determinare la posizione del campo magnetico esterno.

Questi sensori si distinguono per la loro robustezza e, poiché la loro precisione è proporzionale alla lunghezza della guida d’onda che incorporano, sono anche particolarmente adatti alla misurazione di distanze di qualche metro. La misurazione operata dai sensori magnetostrittivi è scarsamente influenzata da temperature inferiori ai 100°C, dalle vibrazioni e dagli urti. Tuttavia, le variazioni di temperatura possono interferire sulla loro precisione e il loro costo d’acquisto è relativamente elevato.