Oggi è difficile immaginare i moderni sistemi di automazione senza sensori di prossimità avanzati. Questi elementi svolgono un ruolo chiave in molti dispositivi e il loro utilizzo è limitato solo dall'ingegno degli ingegneri. I sensori di prossimità includono diverse tipologie, tra cui: sensori induttivi, sensori laser e ottici, sensori a ultrasuoni, sensori magnetici e sensori capacitivi. Quali sono le loro caratteristiche e quali sono le loro applicazioni? Scoprilo!
In questo articolo imparerai:
- Qual è il principio di funzionamento di un sensore di prossimità?
- Come funzionano i sensori induttivi?
- Come funzionano i sensori laser e ottici?
- Come funzionano i sensori a ultrasuoni?
- Come funzionano i sensori magnetici?
- Come funzionano i sensori capacitivi?
A cosa servono i sensori di prossimità?
Il XXI secolo non è solo un rapido sviluppo di computer e IT, ma anche dell'automazione. Tuttavia, dispositivi sempre più avanzati richiedono sempre più tipi di sensori diversi. Tra questi, possiamo trovare sia sensori semplici, il cui compito principale è segnalare la presenza, sia sensori molto avanzati per l'elaborazione di immagini tridimensionali. Tuttavia, l'automazione utilizza più comunemente i sensori di prossimità . A cosa servono? Il loro compito principale è segnalare la presenza di un oggetto senza contatto. Di seguito sono elencati i tipi di sensori di prossimità più diffusi.
Sensori di prossimità a Onninen
Sensori induttivi
I primi modelli di questi sensori apparvero negli anni '60 e sono ancora tra i più diffusi nei sistemi di automazione. Questi sensori induttivi (ad esempio, Truck BI2-EG08-AN6X-V1131) sono perfetti quando è necessario rilevare un elemento metallico a una distanza molto ravvicinata dal sensore. I sensori di prossimità induttivi possono differire per alloggiamento e tipologia. Tuttavia, la struttura di ciascun sensore induttivo è composta dai seguenti componenti:
- bobina,
- oscillatore,
- circuiti di rilevamento,
- circuiti di uscita.
Qual è il principio di funzionamento di un sensore di prossimità induttivo? In questi sensori, una corrente alternata viene generata da un oscillatore e attraversa una bobina, generando un campo magnetico. La direzione di installazione della bobina determina la posizione della superficie attiva del sensore. Quando un oggetto metallico entra nel campo di rilevamento del sensore, genera un campo magnetico diretto in direzione opposta a quello generato dalla bobina. Questo fa sì che l'ampiezza delle oscillazioni diminuisca e che il campo magnetico venga rilevato dal circuito di rilevamento. In questo modo, vengono attivati i circuiti di uscita. I sensori di prossimità di questo tipo sono più comunemente utilizzati nel settore industriale.
Gli alloggiamenti dei sensori induttivi possono essere molto diversi, ma i più diffusi e acquistati sono i sensori cilindrici (ad esempio XSAV11373 SCHNEIDER). I sensori di prossimità induttivi possono rilevare vari tipi di metalli.
Quando si sceglie un sensore induttivo, è necessario prestare attenzione a parametri quali:
- Portata del sensore: solitamente espressa come la portata massima del sensore induttivo. Dipende dal tipo di metallo di cui è composto l'oggetto rilevato.
- Isteresi – solitamente espressa in percentuale, inclusa nella funzione di misurazione del campo di misura del sensore. Si tratta della differenza di distanza a cui il sensore induttivo risponde quando si avvicina o si allontana dalla superficie del sensore. Il valore di isteresi dipende principalmente dal tipo e dalle dimensioni del sensore e di solito non supera il 20% del campo di misura.
- Fattore materiale (riduzione del range) – per questo tipo di sensore viene utilizzata una scala di valori del fattore materiale. Determina il range approssimativo del sensore induttivo per un dato materiale.
- Superficie del sensore: anche la struttura della superficie del sensore è molto importante. Questo determina se la portata del sensore sarà maggiore o minore. La superficie integrata di un sensore di prossimità induttivo ha solitamente una portata inferiore, ma un punto di connessione più preciso. D'altra parte, le superfici dei sensori non integrate hanno una portata maggiore, ma un punto di connessione meno preciso.
- Grado di protezione (scopo e resistenza del sensore) – definizione delle condizioni in cui e dove possono essere utilizzati i sensori di prossimità.
Sensori ottici e laser
Un altro tipo di sensore di prossimità sono i sensori fotoelettrici, in cui la sorgente luminosa è, ad esempio, un diodo laser (ad esempio, Banner QS18VP6LAF). I produttori utilizzano spesso la modulazione del fascio luminoso, che riduce significativamente le interferenze e il consumo energetico. Sul mercato si trovano spesso sensori di prossimità laser in cui il trasmettitore è integrato nella sorgente luminosa, sebbene esistano anche modelli con moduli separati. Grazie ai sensori laser, è possibile rilevare anche oggetti molto piccoli e persino i loro minimi movimenti. Questi tipi di sensori reagiscono istantaneamente e sono caratterizzati da un campo di rilevamento molto ampio. D'altra parte, l'elevata sensibilità dei sensori laser alla contaminazione può rappresentare un problema. Sul mercato si trovano sensori laser che utilizzano la riflessione diretta dell'oggetto, la riflessione di un riflettore sull'oggetto (l'oggetto viene rilevato quando copre il fascio luminoso emesso), la riflessione della luce polarizzata (reagisce solo a un fascio proveniente da una direzione precedentemente determinata, ignorando i fasci rimanenti). Alcuni modelli funzionano utilizzando le cosiddette barriere (trasmettitore e ricevitore separati). Il rilevamento di un oggetto avviene quando questo interrompe il fascio luminoso tra due moduli. Sono disponibili sul mercato anche sensori ottici che utilizzano diodi LED anziché un diodo laser (ad esempio XUX1ARCNT16 SCHNEIDER). Il principio di funzionamento del sensore ottico è simile a quello della versione laser.
Sensori di prossimità ad ultrasuoni
I sensori a ultrasuoni sono sicuramente una soluzione più recente, almeno 30 anni più giovane dei sensori ottici o induttivi. Nei sensori a ultrasuoni (ad esempio, Banner QS18UPAQ8), un'onda ultrasonica viene emessa nella direzione degli oggetti rilevati. Quando quest'onda colpisce effettivamente l'oggetto, si riflette su di esso e ritorna al sensore. In questo caso, tuttavia, il problema è che gli ultrasuoni possono riflettersi anche su oggetti che non sono oggetto della misurazione (ad esempio, l'involucro di una macchina). Pertanto, per evitare di falsificare la misurazione, viene conteggiato il tempo che intercorre tra l'invio e la ricezione dell'onda. Quando questo tempo è inferiore a quanto precedentemente ipotizzato, il sensore considererà di aver rilevato l'oggetto, quando è più lungo, la riflessione si è verificata sulla macchina o sulla parete. I sensori di prossimità a ultrasuoni presentano numerosi vantaggi, tra cui la resistenza anche a grandi quantità di sporco, la possibilità di funzionare immersi in liquidi e la capacità di rilevare vari tipi di oggetti.
Sensori di prossimità magnetici
I sensori magnetici (ad esempio il modello Electronic MZ070186) sono tra i sensori di prossimità più semplici. Il loro principio di funzionamento si basa sul controllo dei contatti sotto l'influenza di un campo magnetico, la cui sorgente può essere un elettromagnete o un magnete permanente. A seconda del modello di sensore, i contatti possono essere adattati per condurre piccole correnti o carichi induttivi elevati. A differenza di altri sensori di prossimità, i sensori magnetici sono caratterizzati da una struttura semplice, priva di componenti elettronici che potrebbero rompersi. Grazie all'elevata resistenza alla polvere e alle alte temperature, nonché alle vibrazioni magnetiche, i sensori di prossimità magnetici possono essere utilizzati in condizioni operative difficili.
Questi sensori di prossimità presentano inoltre un'elevata resistenza a sovraccarichi e sovratensioni e possono essere utilizzati in vari sistemi di automazione (ad esempio, per attuatori pneumatici). Tuttavia, è necessario tenere conto della bassa sensibilità di questi sensori e della necessità di utilizzare magneti o elettromagneti.
Sensori di prossimità capacitivi
I sensori capacitivi (ad esempio L80. CDWM3020ZPM SELS) possono essere utilizzati per rilevare sia oggetti metallici che altri tipi di ostacoli (acqua, legno, plastica, ecc.). La capacità di rilevare oggetti in plastica, in particolare, rende i sensori capacitivi popolari nei sistemi di macchine per il confezionamento, ma vengono utilizzati anche, ad esempio, per rilevare quando un serbatoio è pieno di liquido, ecc. Questo tipo di sensore funziona misurando la variazione di capacità tra l'oggetto e il sensore. Questo crea un condensatore la cui capacità dipende dalla distanza tra l'oggetto e il sensore. Quando un oggetto appare nel campo di rilevamento, la capacità del condensatore aumenta, inviando un segnale all'oscillatore per attivarsi. Il circuito di rilevamento rileva se la frequenza è diminuita o aumentata e avvia l'amplificatore che alimenta i contatti del relè.
Un vantaggio importante dei sensori capacitivi è la possibilità di impostare facilmente la loro sensibilità (distanza di lavoro). Questa sensibilità dipende dalle dimensioni del sensore e dal materiale dell'oggetto rilevato.
Inoltre, i sensori capacitivi sono eccezionalmente resistenti alle interferenze, come polvere, aerosol nell'aria o interferenze elettromagnetiche. Per questo motivo, i sensori di prossimità capacitivi vengono utilizzati in vari settori: alimentare, automobilistico, nonché nei sistemi di stoccaggio e nelle tecnologie portatili.
Sensori di prossimità nell'offerta Onninen
Sul mercato sono disponibili diversi tipi di sensori di prossimità e i produttori competono tra loro per offrire soluzioni di design innovative. Questo significa che è possibile scegliere facilmente il sensore più adatto a un determinato sistema di automazione e sfruttarne appieno le potenzialità. È possibile scegliere i sensori di prossimità in base alle proprie preferenze. È possibile scegliere tra un sensore capacitivo, un sensore induttivo, un sensore laser o ottico, un sensore a ultrasuoni e un sensore magnetico. Scoprite la gamma di sensori di prossimità presso il grossista di componenti elettrici Onninen e scegliete un prodotto su misura per le vostre esigenze!