Impareremo a conoscere i sensori di posizione in questo tutorial. I sensori di posizione sono ampiamente utilizzati in articoli per la casa, automobili, luoghi di lavoro e altri ambienti e sono essenziali per la nostra vita quotidiana. Come suggerisce il nome, i sensori di posizione forniscono informazioni sulla posizione dell’oggetto misurato (quantità misurata).
Diversi tipi di sensori di posizione
A seconda di come rilevano, i sensori di posizione sono generalmente classificati in due tipi.
I tipi di contatto dei sensori di posizione, come suggerisce il nome, stabiliscono un contatto fisico diretto con il misurando. Gli interruttori di fine corsa e i sensori di posizione basati sulla resistenza sono i sensori basati sul contatto. Nelle applicazioni in cui il contatto fisico effettivo con l’oggetto è accettabile, i sensori basati sul contatto offrono soluzioni semplici e convenienti.
I dispositivi senza contatto non hanno alcun contatto fisico diretto con l’oggetto. Sono costituiti da sensori magnetici, di prossimità, ad effetto Hall e ad ultrasuoni.
Sensore di posizione potenziometrico o basato sulla resistenza
Potenziometri e trasduttori di posizione sono altri nomi per i sensori di posizione resistivi. Inizialmente sono stati creati per l’uso in applicazioni militari. Servivano come manopole di regolazione montate su pannello per radio e televisori. I potenziometri sono in grado di fungere da sensori di posizione rotazionali o lineari.
Sensori di posizione induttivi
Se il target è di natura conduttiva, i sensori induttivi sono un tipo di dispositivo senza contatto utilizzato per la misurazione accurata della posizione di un target. Qualsiasi bersaglio metallico conduttore viene riconosciuto dai sensori induttivi.
I sensori capacitivi utilizzano un campo elettrico per rilevare la superficie di un bersaglio conduttore. Il campo elettromagnetico utilizzato dai sensori induttivi può attraversare il bersaglio. Un oscillatore che produce un campo elettromagnetico ad alta frequenza costituisce una sonda sensore induttivo. Questo campo emana dalla faccia sensibile della sonda.
Sensori di prossimità induttivi
I sensori di prossimità induttivi a stato solido sono dispositivi economici e senza contatto. Servono principalmente allo scopo di identificare oggetti metallici ferrosi e non ferrosi. Le parti fondamentali di un sensore di prossimità induttivo sono una bobina, un oscillatore, un circuito di rilevamento e un circuito di uscita.
Sensori ad effetto Hall basati sulla magnetizzazione
Rilevando la forza, la direzione o la presenza di campi magnetici prodotti dalla Terra, correnti elettriche, magneti e persino attività delle onde cerebrali, i sensori di posizione magnetici possono essere utilizzati per determinare la posizione degli oggetti. I sensori di posizione magnetici senza contatto svolgono un ruolo cruciale in numerosi settori e sistemi di navigazione.
Una grandezza vettoriale con grandezza e direzione, il campo magnetico. Alcuni sensori monitorano la forza del campo magnetico ma non la sua direzione. Questi sensori sono quelli scalari. Altri sensori misurano la forza della componente magnetica lungo il loro asse sensibile primario. Questi sensori hanno una sola direzione. Alcuni sensori registrano sia l’ampiezza che la direzione del campo. Questi sensori sono bidirezionali.
La tensione di uscita dei sensori di uscita analogici è continua ed è influenzata dall’intensità del campo magnetico. Con un campo magnetico forte o debole, la tensione di uscita cambia, aumentando o diminuendo, rispettivamente. Funzionano in base alla loro vicinanza a entrambi i poli magnetici.
Sensore di posizione basato su correnti parassite
I sensori a correnti parassite sono apparecchi senza contatto utilizzati per misurare la posizione, lo spostamento, l’oscillazione e la vibrazione di un bersaglio conduttivo. Le applicazioni che richiedono grande precisione e condizioni di lavoro impegnative utilizzano spesso sensori a correnti parassite.
L’induzione magnetica è la base del funzionamento dei sensori a correnti parassite. Un driver e una bobina di rilevamento costituiscono un semplice sensore a correnti parassite. La bobina produce un campo magnetico alternato quando viene attraversata da una corrente alternata. Una piccola corrente viene indotta nel bersaglio quando entra in contatto con questo campo. Eddy Currents è il nome di queste correnti. Il campo prodotto dalla corrente parassita nel bersaglio si opporrà al campo del sensore e gli resisterà. La distanza che separa il sensore e il bersaglio influenza il modo in cui i due campi magnetici interagiscono. Di conseguenza, la tensione di uscita viene adattata alla variazione delle interazioni di campo, che dipende dalla distanza. La superficie del bersaglio deve essere almeno tre volte più grande del diametro della sonda.
Encoder rotazione
Uno strumento elettromeccanico chiamato encoder rotativo trasforma il movimento angolare in un valore analogico o in un codice digitale. Si chiama anche Shaft Encoder. Quando l’albero o l’asse dell’encoder gira, gli encoder rotativi offrono valore. Il segnale di uscita generato è proporzionale all’angolo di rotazione. Esistono due categorie di encoder: incrementali e assoluti, a seconda del segnale di uscita.
L’uscita di un encoder incrementale, che è un’onda quadra, contiene i dati relativi al movimento dell’albero. La velocità, la posizione, la distanza e l’RPM di questi dati vengono elaborati.
La posizione corrente dell’albero è indicata dall’uscita degli encoder assoluti, che è sotto forma di una misura assoluta della posizione. Di conseguenza, sono trasduttori angolari. Esistono due esecuzioni costruttive per gli encoder incrementali e assoluti: ottico e meccanico.
Gli encoder incrementali producono una stringa di impulsi di uscita proporzionale allo spostamento rotazionale dell’albero; producono output solo quando l’albero dell’encoder viene ruotato. Un contatore che conta il numero di impulsi di uscita viene utilizzato per calcolare la velocità di rotazione. Il conteggio nel contatore viene azzerato in corrispondenza di un punto di riferimento e il contatore aggiunge il numero di impulsi da quella posizione per consentire all’encoder di identificare la quantità di rotazione da una specifica posizione dell’albero di ingresso. Il punto di riferimento è completamente flessibile, così come il conteggio, che è illimitato.
Sensori di posizione ottica
I segnali elettrici sono prodotti da segnali luminosi utilizzando sensori ottici. Si basano sulla tecnologia senza contatto. Misura la grandezza fisica e la converte in una forma leggibile da qualsiasi strumento idoneo. È paragonabile a un fotoresistore. Temperatura, pressione, flusso, livello del liquido, spostamento, posizione, rotazione, vibrazione, accelerazione, forza, velocità, deformazione, radiazione, pH, campo magnetico, campo elettrico e campo acustico sono tra le variabili fisiche che i sensori ottici possono misurare.
Sensori di Posizione a Fibra Ottica
Le fibre ottiche sono utilizzate come elemento sensibile nei sensori in fibra ottica. Utilizzandoli è possibile rilevare temperatura, deformazione, pressione, spostamento, velocità e accelerazione. Poiché la superficie prossimale dello specchio si sposta, i sensori di posizione in fibra ottica si basano sulla retroriflessione della luce all’interno di una fibra ottica. Radiazioni elettromagnetiche, campi magnetici, fulmini e molti altri fattori ambientali estremi non hanno alcun effetto sui sensori di posizione in fibra ottica.