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I sensori convertono grandezze fisiche in segnali misurabili. Il loro funzionamento affidabile dipende non solo dall'elemento sensibile, ma anche da accessori fondamentali quali alloggiamenti, condizionatori di segnale, connettori e hardware di fissaggio. Di seguito vengono descritti cinque importanti tipi di sensori, inclusi i rispettivi principi di funzionamento e gli accessori essenziali.
1. Sensori lineari (Potenziometrico o magnetostrittivo)
Principio di funzionamento: i sensori lineari potenziometrici utilizzano una pista resistiva e un cursore. Man mano che il cursore si muove linearmente, la resistenza varia in modo proporzionale, generando un’uscita a partitore di tensione. I sensori magnetostrittivi contengono una guida d’onda e un magnete permanente; un impulso elettrico genera un impulso di deformazione che si riflette nella posizione del magnete e il ritardo temporale indica lo spostamento.
Accessori principali: involucri impermeabili (IP67), estremità a barra o cuscinetti sferici per il collegamento meccanico, cavi schermati e condizionatori di segnale che convertono la resistenza o il ritardo temporale in uscite 4–20 mA o 0–10 V.
2. Sensori di pesatura ( Celle di carico – Tipo a estensimetro)
Principio di funzionamento: La maggior parte dei trasduttori di carico utilizza un elemento elastico in metallo (ad esempio, a trave, a S o a pancake) con quattro estensimetri collegati in un ponte di Wheatstone. Quando viene applicata una forza, l’elemento si deforma, generando trazione in due estensimetri (aumento della resistenza) e compressione negli altri due (diminuzione della resistenza). Il ponte fornisce un segnale in millivolt proporzionale al carico.
Accessori principali: Corpi in acciaio inossidabile o in acciaio legato per protezione dalla corrosione, pulsanti di carico e piastre di fissaggio, scatole di giunzione per la somma di più trasduttori e amplificatori di precisione (con regolazione della tensione di eccitazione e compensazione termica).
3. LVDT (Trasformatore differenziale a variazione lineare)
Principio di funzionamento: Un trasduttore LVDT è costituito da una bobina primaria e da due bobine secondarie avvolte su un tubo cavo. Un nucleo ferromagnetico si muove linearmente all’interno del tubo. La bobina primaria è eccitata da un segnale CA (tipicamente compreso tra 1 e 10 kHz). Le due bobine secondarie sono collegate in serie in opposizione di fase; quando il nucleo è centrato, le tensioni indotte si annullano reciprocamente (uscita nulla). Lo spostamento del nucleo provoca uno squilibrio tra le tensioni, generando un’uscita CA la cui ampiezza è proporzionale allo spostamento e la cui fase indica la direzione.
Accessori principali: Alloggiamenti in acciaio inossidabile o incapsulati in resina epossidica per ambienti gravosi, aste del nucleo filettate e sonde a molla, condizionatori di segnale che demodulano l’uscita CA in tensione CC o in corrente 4–20 mA, e cavi di collegamento a bassa capacità.
4. Sensori di coppia (Tipo a reazione o rotativo)
Principio di funzionamento: La maggior parte dei sensori di coppia utilizza estensimetri applicati su un albero o su una flangia. Nei sensori di coppia reattivi, il corpo è fissato e gli estensimetri misurano il momento torcente. Nei sensori di coppia rotanti, un albero rotante è dotato di estensimetri o di un elemento magnetoelastico; il segnale viene trasmesso tramite anelli di scorrimento, accoppiamento induttivo o telemetria radio. La variazione di resistenza degli estensimetri (ponte di Wheatstone) è direttamente proporzionale alla coppia.
Accessori principali: Alberi scanalati o con linguetta per trasmissione positiva, gruppi di anelli di scorrimento (per i tipi rotanti), moduli di telemetria wireless, involucri protettivi con cuscinetti stagni e unità amplificatrici/condizionatrici che forniscono uscite di tensione o corrente filtrate e calibrate.
Accessori generali comuni a tutti i tipi
Gli adattatori di segnale (amplificatori, filtri, circuiti di linearizzazione), i connettori elettrici (M12, DIN), i supporti di montaggio e gli strumenti di taratura sono comuni a molti sensori. Una corretta selezione degli accessori garantisce accuratezza, longevità e compatibilità elettromagnetica.
Comprendere sia il principio di rilevamento sia l’hardware associato è essenziale affinché gli ingegneri possano impiegare questi sensori in modo affidabile nell’automazione industriale, nei test automobilistici, nella robotica e nel controllo di processo.
