Cos’è il sensore di posizione e a cosa serve

In questa sezione del nostro blog ProgettoSani ti portiamo informazioni su: Cos’è il sensore di posizione e a cosa serve.

Come suggerisce il nome, i sensori di posizione consentono di determinare la posizione di un oggetto. Quando cerchiamo un sensore di posizione o di spostamento, dobbiamo considerare se ciò di cui abbiamo bisogno è un sensore lineare o rotativo, nonché il livello di risoluzione e ripetibilità richiesto per il nostro progetto e il campo di misura di cui abbiamo bisogno.

Dobbiamo anche pensare se l’applicazione richiede un sensore specifico (ad es. con protezione speciale per ambienti bagnati o esplosivi), quale forma e dimensione ha ciascun sensore a seconda del tipo di montaggio e come utilizzerà il segnale di uscita.

Tipi di sensori di posizione

  • Potenziometro: È un dispositivo analogico a resistore variabile la cui funzione è misurare la posizione rotazionale o lineare di un oggetto. Questi sensori di posizione sono anche chiamati sensori resistivi, poiché è responsabile della misurazione della resistenza di una pista conduttiva tra il punto di riferimento e un cursore collegato a una parte mobile o al suo supporto. Questa resistenza è ciò che permette di ottenere il risultato della posizione del pezzo in questione. Vale la pena ricordare che sono dispositivi economici, ma allo stesso tempo hanno lo svantaggio di subire ogni tipo di usura, poiché non offrono molta resistenza a fattori come vibrazioni o sbalzi di temperatura.
  • Trasformatore variabile differenziale lineare (TDVL o LVDT)): È un tipo di trasformatore elettrico responsabile del calcolo dello spostamento lineare con una precisione solitamente di 1 μm. Nei moderni LVDT, la loro precisione è registrata nella gamma dei nanometri, motivo per cui sono ampiamente utilizzati nei microscopi a forza atomica.
    Sono formati da una coppia di trasformatori che hanno in comune un unico nucleo magnetico. Questo è collegato alla parte di cui deve essere calcolata la posizione. Ciò che rende possibile la misura è il movimento del nucleo, in quanto tale azione fa variare la tensione elettrica tra i due trasformatori e, di conseguenza, la misura si ottiene con precisione.
    Oltre alla loro affidabilità, questi sensori sono resistenti a condizioni estreme. Tuttavia, queste caratteristiche li rendono dispositivi pesanti a causa delle loro dimensioni e, soprattutto, del loro prezzo elevato.
  • Sensore di posizione ottico o encoder: È anche chiamato encoder rotativo, encoder ad albero o generatore di impulsi. È un dispositivo elettromeccanico in grado di convertire la posizione angolare di un asse in un codice digitale.
    I sensori di posizione ottici vengono utilizzati quando è imperativo che le misurazioni non siano interrotte da campi magnetici. Inoltre, questi sensori non hanno isteresi, quindi sebbene siano fragili, vengono utilizzati quando è richiesta un’elevata precisione; ad esempio, negli obiettivi fotografici all’avanguardia, nelle piattaforme radar rotanti e nei dispositivi di input del computer come il mouse, esistono due tipi di sensori ottici: assoluti e incrementali o relativi.
    • incrementale: sono quelli che lavorano in relazione alla posizione di riferimento. In caso di mancanza di alimentazione, il sistema di elaborazione dati deve attendere che l’encoder invii l’informazione per la posizione di riferimento e solo allora può calcolare l’informazione di spostamento angolare.
    • sensori assoluti: In questo metodo si utilizza un disco attaccato all’albero, ma è un disco molto più piccolo e contrassegnato da un gran numero di linee radiali. Ogni volta che una delle linee attraversa il suo campo visivo, l’interruttore ottico rilascerà un impulso elettrico che verrà registrato da un circuito elettronico di controllo, che determinerà l’angolo di rotazione dell’asse.
  • Sensore di posizione magnetico: Un altro nome con cui potresti trovarli è sensori ad effetto Hall. Possono trovare la posizione di una parte calcolando il campo magnetico di un magnete o di una striscia magnetica. Sono sensori robusti che difficilmente risentono dell’umidità o della polvere, anche se possono essere danneggiati da interferenze magnetiche, soprattutto quando la causa è la vicinanza di cavi elettrici. Vale la pena ricordare che la sua accuratezza può essere influenzata dall’isteresi.
  • Sensore di posizione magnetostrittivo: Questo sensore è in grado di creare un campo magnetico da una guida d’onda che si trova nel sensore e che a tale scopo rilascia un impulso elettrico. Detto campo magnetico incontra quello di un magnete esterno e in questa interazione creano un’onda meccanica elastica che si propaga alla testina di lettura. In questo modo la posizione del campo magnetico esterno viene calcolata in funzione del ritardo di risposta dell’onda elastica meccanica.
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Maggiore è la lunghezza della guida d’onda, maggiore è la precisione di questi sensori. È necessario sottolineare che, inoltre, resistono a temperature fino a 100º C, vibrazioni e colpi. Per quanto riguarda l’economico: sono considerati componenti piuttosto costosi.

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