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 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

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.

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 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.

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.

Sensori di prossimità: pneumatici

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.

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: pneumatici

Sono costituiti da due parti fondamentali: Sono costituiti da due parti fondamentali: l’unità di contatto e l’unità magnetica.l’unità di contatto e l’unità magnetica.

L’unità di contattoL’unità di contatto consiste fondamentalmente in una piccola ampolla di vetro riempita di un consiste fondamentalmente in una piccola ampolla di vetro riempita di un gas inerte contenente due lamine piatte ed elastiche di materiale ferromagnetico.gas inerte contenente due lamine piatte ed elastiche di materiale ferromagnetico.

L’unità magneticaL’unità magnetica è costituita da un magnete permanente o una bobina. 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. 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 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.flettendole l’una sull’altra e causando il loro contatto.

L’operazione può essere ripetuta milioni di volte ad altissima frequenza.L’operazione può essere ripetuta milioni di volte ad altissima frequenza.

Sensori di prossimità magnetici: contatti Reed

Un piccolo contenitore Un piccolo contenitore

Un cavo in PVC da 1, 2 o 5 metriUn cavo in PVC da 1, 2 o 5 metri

Optional: cavo molto flessibile in poliuretanoOptional: cavo molto flessibile in poliuretano

Con o senza indicatore L.E.D.Con o senza indicatore L.E.D.

i contatti Reed sono costituiti da:

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

Hanno una banda di materiale magnetico inserita attorno alla circonferenza del Hanno una banda di materiale magnetico inserita attorno alla circonferenza del pistonepistone

I poli (N/S) sono disposti lungo l’asse del cilindroI poli (N/S) sono disposti lungo l’asse del cilindro

Il cilindro è di materiale diamagnetico (alluminio, ottone, acciaio inossidabile)Il cilindro è di materiale diamagnetico (alluminio, ottone, acciaio inossidabile)

Posizionando i contatti lungo la parte esterna del cilindro, possono essere generati Posizionando i contatti lungo la parte esterna del cilindro, possono essere generati segnali in corrispondenza degli estremi o di posizioni intermedie della corsasegnali in corrispondenza degli estremi o di posizioni intermedie della corsa

APPLICAZIONE CLASSICA DEI CONTATTI REED: Cilindri magnetici

Sensori di prossimità magnetici: effetto hallSono 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.

Il funzionamento è completamente elettronico ma sopportano una tensione di lavoro non superiore a 30V DC contro i 110V DC o AC dei reed.

L’aspetto estetico e le applicazioni sono del tutto simile ai precedenti.