Sensori

Sensori e Trasduttori per l’Industria e l’Automazione

Guida Pratica

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INDICE Premessa Struttura del libro Simbologia Abbreviazioni e simboli utilizzati SENSORI e TRASDUTTORI, cosa sono?

1 PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO 1.1 INDUTTIVO 1.2 CAPACITIVO 1.3 OTTICO Un po’ di ottica 1.3.1 Sensori a SBARRAMENTO 1.3.2 Sensori a RETRORIFLESSIONE 1.3.3 Sensori a TASTEGGIO DIRETTO 1.3.4 Sensori di CONTRASTO 1.3.5 Sensori di LUMINESCENZA 1.3.6 Sensori di COLORE 1.3.7 Sensori di DISTANZA o spostamento 1.4 ULTRASUONI 1.5 MECCANICO 1.5.1 ESTENSIMETRI 1.6 POTENZIOMETRICO 1.7 TERMICO 1.7.1 Principio TERMOELETTRICO 1.7.2 Principio TERMORESISTIVO 1.7.3 Effetto PELTIER 1.8 PIEZO 1.8.1 Principio PIEZOELETTRICO 1.8.2 Principio PIEZORESISTIVO 1.9 MAGNETICO 1.9.1 Principio MAGNETOSTRITTIVO 1.9.2 Principio MAGNETORESISTIVO 1.9.3 LVDT (Linear Variable Differential Transformer) 1.9.4 Effetto HALL 2 TIPOLOGIE DI SENSORI Questionario scelta Sensore Tabella scelta Sensore Il colore della luce nei sensori ottici Fibre ottiche

2

4 5 6 7 8 9 9 10 12 13 15 15 16 17 17 17 18 19 20 20 21 21 21 22 22 23 23 24 25 26 26 27 28 29 30 31 32 33

2.1

Sensori con USCITA ON-OFF 2.1.1 Sensori ottici per rilevamento sostanze liquide 2.2 Sensori con USCITA ANALOGICA 2.2.1 Trasduttori IDEALI e Trasduttori REALI 2.2.2 Celle di Carico e Trasduttori a Ponte 2.2.3 Termocoppie e Termoresistenze 2.2.4 Dinamo Tachimetrica 2.2.5 Sensori di GAS 2.2.6 Sensori a norme NAMUR 2.2.7 Sensori di Umidità 2.3 Sensori con USCITA COMPLESSA 2.3.1 Encoder 2.3.2 Resolver 2.4 SISTEMI DI VISIONE 2.5 LETTORI DI CODICI 2.6 Norme ATEX 2.7 Applicazioni di sicurezza 3 TECNICHE DI COLLEGAMENTO 3.1 Sensori con USCITA ON-OFF 3.2 Sensori con USCITA ANALOGICA 3.2.1 Termocoppie e Termoresistenze 3.2.2 Celle di Carico e Trasduttori a Ponte 3.3 Collegamento degli ENCODER 3.4 PUNTO-A-PUNTO e BUS DI CAMPO 3.5 SERIE e PARALLELO di SENSORI ON-OFF 4 SCHEDE SENSORI Segno grafico e simboli Termini tecnici caratteristici APPENDICI Tabelle di conversione delle unità di misura Gradi di protezione IP Standard laser Velocità del suono in vari materiali Prefissi moltiplicativi Costanti numeriche Alfabeto greco

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37 39 40 40 44 45 46 46 48 48 49 49 53 54 57 59 60 62 62 64 64 66 67 68 69 70 70 71 91 91 93 94 95 95 96 96

Premessa Questo libro vuole essere una guida pratica alla comprensione del funzionamento ed all’utilizzo dei vari tipi di sensori che si possono incontrare lavorando nell’industria.

L’approccio è puramente pratico e diretto, il più possibile schematico per venire incontro alle necessità reali di progettisti ed utilizzatori di sensori e trasduttori. Si è cercato di fornire informazioni esaurienti per poter guidare nella scelta del sensore giusto ad al suo corretto utilizzo, omettendo ovunque possibile formule e dati non necessari.

A chi avesse bisogno di una guida più approfondita o necessiti di calcoli adeguati si consiglia la lettura di testi specifici e la consultazione dei fogli tecnici ed applicativi e dei cataloghi dei vari costruttori.

I sensori descritti sono sensori generici, non viene menzionato alcun produttore. La maggior parte delle caratteristiche dei sensori di uno stesso tipo sono pressocchè equivalenti, indipendentemente dal produttore. In alcuni casi possono esistere sensori particolari o molto diversi dalle caratteristiche “standard”, prodotti a volte da un solo specifico fabbricante.

Dal momento che questo settore è in continua e costante evoluzione si consiglia di verificare l’esistenza di sensori differenti o migliori di quelli descritti in questa guida prima di intraprendere un progetto specifico.

Questo lavoro nasce dalla volontà di avere raccolte, in un unico testo ed in una forma omogenea, tutte le conoscenze pratiche acquisite nell’uso e nella scelta dei vari tipi di sensori. Nella mia esperienza nel campo dell’industria, ed in particolar modo dell’automazione, ho avuto l’opportunità di utilizzare (o almeno di testare) molti dei tipi di sensori qui descritti. Spero che questo lavoro possa essere utile a tecnici e progettisti.

Ogni suggerimento, rettifica o segnalazione verrà preso in considerazione per future revisioni.

Inviare i commenti a:

emilio_carnevale@hotmail.com

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Struttura del libro Nella premessa del testo viene spiegato cosa si intende per sensore e per trasduttore (capitolo “SENSORI e TRASDUTTORI, cosa sono?”) per dare la possibilità di poter prendere confidenza con l’argomento anche ai neofiti.

Nel capitolo “PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO” vengono illustrati i più importanti principi fisici sui quali si basa la realizzazione dei vari tipi di sensori e come funzionano i sensori più comuni.

Il capitolo 2 “TIPOLOGIE DI SENSORI” descrive i vari tipi di sensori illustrando anche le loro caratteristiche elettriche di uscita.

Nel terzo capitolo “TECNICHE DI COLLEGAMENTO” vengono menzionati i vari tipi di possibili collegamenti elettrici dei diversi sensori e modalità di collegamento di più sensori in uno stesso impianto.

Segue nel quarto capitolo (“SCHEDE SENSORI”) una serie di schede, ordinate in base al principio di funzionamento o all’utilizzo, con caratteristiche tecniche principali, tipologia costruttiva, applicazioni tipiche, note ed indicazione del simbolo grafico da utilizzare negli schemi elettrici.

L’ultimo capitolo “APPENDICI” presenta una serie di tabelle di utilizzo pratico.

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Simbologia Di seguito vengono illustrati i vari simboli che compaiono nel testo con le relative note esplicative. Si consiglia di attenersi alle istruzioni fornite durante l’eventuale uso pratico di sensori o trasduttori.

PERICOLO : ATTENZIONE, POSSIBILITA’ DI PERICOLO PER LE PERSONE (ES: SENSORI LASER O SENSORI CHE POSSONO FUNZIONARE A TENSIONI ELEVATE).

ATTENZIONE : POSSIBILITA’ DI DANNEGGIAMENTO DEL SENSORE (COLLEGAMENTI, STRESS MECCANICI, OVERRANGE…).

INFORMAZIONE : PARTICOLARI NOTE PER IL CORRETTO UTILIZZO. SE NON OSSERVATE NON PROVOCANO DANNI MA IL SENSORE POTREBBE NON LAVORARE NELLE CONDIZIONI OTTIMALI

CURIOSITA’ – SUGGERIMENTI

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Abbreviazioni e simboli utilizzati °C

grado Celsius o centigrado

°F

grado Farenheit

A

Ampere

AC

corrente alternata

CAD

computer aided design, disegno assistito dal PC

CCD

charge coupled device, dispositivo ad accoppiamento di carica

CEI

Comitato Elettrotecnico Italiano

cm

centimetro

DC

corrente continua

FDA

Food and Drug Administration

IEC

International Electrotechnical Commission

kHz

chilohertz (migliaia di oscillazioni al secondo)

LED

light emitter diode, diodo ad emissione di luce

mV

millivolt (millesimo di Volt)

nm

nanometro (miliardesimo di metro)

OFF

spento

ON

acceso

PC

personal computer

PID

proporzionale/integrativo/derivativo

PLC

programmable logic circuit, circuito logico programmabile

RC

resistenza-capacitĂ

RGB

red-green-blue, rosso-verde-blu

RTD

resistance temperature detector

UV

ultravioletto

V

Volt

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SENSORI e TRASDUTTORI, cosa sono?

I sensori sono dispositivi che possono rilevare una grandezza di varia natura (forza, temperatura, velocità, distanza, vicinanza di oggetti) ed interagire con un impianto elettrico segnalando una variazione nella grandezza misurata (ad esempio presenza di oggetti da prelevare o raggiungimento della posizione di lavoro di un attuatore).

In particolare i trasduttori forniscono un segnale elettrico proporzionale al valore della grandezza interessata, funzione utile se si vuole implementare un controllo continuo di un processo con possibilità di effettuare azioni correttive di regolazione (ad esempio la regolazione della temperatura dell’acqua in una caldaia). Possono essere utilizzati anche semplicemente per misurare una grandezza (ad esempio in un orologio digitale con barometro e termometro incorporati).

Nell’uso comune spesso i termini sensore e trasduttore si equivalgono.

L’utilizzo di sensori permette ad un impianto dotato della logica adeguata (computer, PLC, elettronica dedicata) di controllare qualunque tipo di processo industriale e di avere sotto controllo tutte le grandezze necessarie alla gestione automatica del processo stesso.

Esistono numerosi tipi di sensori studiati per gli utilizzi più diversi. E’ quindi importante poter scegliere il dispositivo più adeguato alle proprie esigenze ed utilizzarlo nel modo corretto.

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1

PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO

I sensori possono essere realizzati utilizzando diversi principi fisici di funzionamento, sfruttando proprietà particolari dei materiali o realizzando appositamente soluzioni dedicate per ogni specifico problema.

Segue una panoramica delle principali tecnologie e principi di funzionamento utilizzati per produrre i sensori più comunemente utilizzati.

1.1

INDUTTIVO

Il sensore induttivo basa il suo funzionamento sull’interazione dei corpi metallici con il campo elettromagnetico del sensore stesso.

Nel corpo metallico vengono indotte correnti parassite, in questo modo viene sottratta energia al campo elettromagnetico ed il sensore segnala tramite la sua uscita la presenza dell’oggetto.

La struttura di un tipico sensore induttivo è composta da una bobina posta in prossimità della zona di lettura, un oscillatore, un circuito di trigger ed un circuito di uscita che genera il segnale elettrico prelevabile per l’utilizzo.

In pratica l’oscillatore genera una radiofrequenza che viene emessa dalla bobina. Quando un corpo metallico si avvicina al campo elettromagnetico sulla sua superficie inizia a scorrere una corrente.

Questa corrente sottrae energia al campo e fa in modo che l’ampiezza delle oscillazioni diminuisca man mano che il metallo si avvicina al sensore, fino a che le oscillazioni si interrompono. A questo punto il circuito di trigger rileva l’arresto delle oscillazioni ed attiva il circuito di uscita, generalmente un transistor nei sensori in DC.

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Questi sensori sono generalmente chiamati anche proximity, ovvero sensori di prossimità (presenza).

In figura è mostrata la struttura di un tipico sensore induttivo in alloggiamento metallico con corpo filettato, con il cavo elettrico di uscita e alimentazione direttamente alloggiato nel corpo del sensore stesso.

1.2

CAPACITIVO

Il sensore capacitivo basa il suo funzionamento sulla variazione di capacità indotta dalla presenza di un corpo nelle vicinanze della zona di lettura del sensore stesso. Questa variazione di capacità è pertanto provocata anche da corpi non metallici, liquidi o di altro genere.

La struttura di un tipico sensore capacitivo è composta da un circuito oscillante RC in prossimità della zona di lettura, un oscillatore, un circuito di trigger ed un circuito di uscita che genera il segnale elettrico prelevabile per l’utilizzo.

La capacità è formata da due piastre poste in prossimità della zona di lettura del sensore che utilizzano l’aria come dielettrico. La capacità così formata aumenta all’approssimarsi di un oggetto, questa variazione induce le oscillazioni nel circuito oscillatore che a sua volta attivano il trigger e quindi il circuito di uscita , generalmente un transistor nei sensori in DC. 10

In figura è mostrata la struttura di un tipico sensore capacitivo in alloggiamento plastico con corpo filettato, con il cavo elettrico di uscita e alimentazione direttamente alloggiato nel corpo del sensore stesso.

Notare che, mentre nel sensore induttivo le oscillazione vengono fermate dall’approssimarsi di un metallo, nel sensore capacitivo le oscillazioni vengono attivate dall’avvicinarsi di un oggetto. Questo rende il sensore capacitivo un po’ più lento nella risposta rispetto a quello induttivo.

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1.3

OTTICO

Il sensore ottico è detto optoelettronico o fotocellula.

anche

fotoelettrico

o

anche

La gamma di sensori ottici è sicuramente la più vasta, comprendente diversi principi di funzionamento, luce visibile oppure laser, molteplici tipologie costruttive ed utilizzi particolari, come può essere ad esempio il rilevamento del colore di un oggetto.

Tutti questi sensori si basano sulla luce, che è una radiazione elettromagnetica La luce visibile ha una lunghezza d’onda compresa circa tra 380nm (viola) e 750nm (rosso). Alle lunghezze d’onda inferiori a 380nm (quindi a frequenze più alte) iniziano i raggi ultravioletti, mentre all’opposto, al di sotto delle frequenze della luce rossa, iniziano gli infrarossi, entrambi non visibili all’occhio umano.

Quando la luce colpisce un oggetto si verificano fenomeni di riflessione, assorbimento e trasmissione in misura diversa, dipendente dalle caratteristiche dell’oggetto come il tipo di superficie (lucidità, rugosità…), il colore, lo spessore nel caso di oggetti trasparenti, la distanza. Queste particolarità possono essere rilevate da un sensore ottico.

Un tipico sensore ottico è composto da: un fotoemettitore controllato da un circuito elettronico che modula gli impulsi luminosi sistema ottico per direzionare il raggio luminoso un fotoricevitore che riconverte in energia elettrica la luce ricevuta un circuito demodulatore che amplifica la parte del segnale che è generata dalla ricezione della sola luce modulata un comparatore che confronta il segnale ottenuto con una soglia (generalmente impostabile dell’utente) il circuito di uscita, generalmente un transistor 12

Generalmente nei sensori si usa come fotoemettitore un LED. Con le moderne tecnologie è possibile ottenere con un LED praticamente tutti i colori della luce visibile ed anche raggi infrarossi o ultravioletti.

Praticamente tutte le funzioni (sbarramento, tasteggio ecc) sono realizzabili anche con sensori a fibra ottica. Vedere il capitolo 2 per una spiegazione più dettagliata delle fibre ottiche.

PERICOLO : esistono sensori ottici con emissione di luce LASER. Prestare la massima attenzione soprattutto per gli occhi. Generalmente i sensori laser non sono pericolosi ma è necessario cautelarsi e non guardare il raggio luminoso direttamente. Vedere anche il paragrafo “Standard laser” nelle APPENDICI.

Un po’ di ottica La luce effettua differenti interazioni con i materiali che colpisce.

Queste variano a seconda della lunghezza d’onda della radiazione emessa, dell’interazione con la struttura atomica del materiale e con la sua superficie ed anche con l’angolo di incidenza tra la radiazione ed il materiale. Queste interazioni possono essere catalogate in: Trasmissione, Assorbimento, Riflessione, Dispersione e Rifrazione.

La trasmissione è la permeabilità (trasparenza) alle radiazioni di un determinato materiale. Il vuoto ad esempio è permeabile alle radiazioni mentre tutte le altre sostanze ne assorbono in misura variabile. Ne consegue che solo una percentuale dell’energia emessa da un trasmettitore raggiungerà il ricevitore.

L’assorbimento si ha con la trasformazione, totale o parziale, della radiazione ricevuta in un’altra forma di energia (ad esempio calore) oppure in una radiazione di tipo diverso (come la radiazione a diversa lunghezza d’onda usata dai sensori di luminescenza).

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La riflessione è il fenomeno che si ha quando la radiazione che colpisce un materiale viene riflessa, ovvero riemessa, restituita nell’ambiente, in tutto od in parte. La riflessione può avvenire in tutte le direzioni, anche verso la stessa sorgente emettitrice. La riflettività o riflettenza o fattore di riflessione R di una superficie, ad una data lunghezza d’onda, rappresenta la percentuale di energia che viene riflessa, rispetto a quella assorbita.

La riflessione può avvenire con angolazioni ben definite, una riflessione speculare si ha quando la luce viene riflessa con un angolo uguale all’angolo di incidenza, rispetto alla superficie del materiale. Se la luce colpisce una superficie ruvida viene riflessa in varie direzioni contemporaneamente, in questo caso è possibile parlare di diffusione.

Materiale

Fattore di Riflessione R

Argento

0,88-0,93

Alluminio

0,55-0,7

Acciaio

0,55

Vernice Bianca

0,6-0,7

I materiali si caratterizzano utilizzando questi 3 fattori, T trasmissione, A assorbimento, R riflessione, ovviamente la somma T+A+R è sempre 1 (ossia il 100% dell’energia ricevuta).

La dispersione avviene quando la luce subisce una variazione nella direzione del suo percorso, all’interno dello stesso materiale.

La rifrazione è la deviazione dei raggi di luce all’interno di un materiale, avviene quando una luce (inclinata rispetto alla superficie del materiale colpito) passa da un materiale ad un altro (ad esempio aria-vetro, il classico prisma). Oltre un certo angolo di incidenza però la luce non riesce più a penetrare nel secondo materiale, in questo caso si parla di riflessione totale. Per il classico caso aria-vetro questo si verifica con un’angolazione di 42°.

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1.3.1

Sensori a SBARRAMENTO

Nei sensori a sbarramento le parti emettitore e ricevitore (con relativi circuiti elettronici e gruppi ottici) sono realizzate in due involucri separati. Il proiettore indirizza la luce verso il ricevitore, in questo modo è possibile rilevare un oggetto che, passando tra il proiettore ed il ricevitore, interrompe il raggio luminoso.

Possono essere a luce visibile (tipicamente rossa) o infrarossa.

1.3.2

Sensori a RETRORIFLESSIONE

In questo tipo di sensori la luce viene indirizzata verso un rifrangente, detto anche riflettore prismatico, che la rimanda verso il sensore. Il sensore rileva il passaggio di un oggetto che interrompe il fascio luminoso.

Il riflettore ha la speciale caratteristica di riflettere i raggi di luce nella stessa direzione nella quale li ha ricevuti, entro un certo angolo limite. Contemporaneamente il piano di polarizzazione della luce riflessa risulta ruotato di 90°.

Per questi motivi una fotocellula progettata per funzionare con un rifrangente non funzionerà se al posto di quest’ultimo viene posizionato uno specchio o altra superficie riflettente E’ così possibile rilevare con certezza oggetti riflettenti, il sensore controlla la polarizzazione della luce ricevuta che non viene modificata da un semplice specchio.

Esistono sensori che rilevano anche la piccola differenza di luminosità che si genera quando la luce passa attraverso oggetti trasparenti (bottiglie, vetri, film plastici) e consentono un rilevamento sicuro di questi oggetti difficili da rilevare.

15

1.3.3

Sensori a TASTEGGIO DIRETTO

Detti anche a tasteggio diffuso, questo tipo di sensori rileva direttamente la luce riflessa dall’oggetto colpito, senza l’utilizzo di rifrangenti.

Il loro funzionamento affidabile dipende quindi fortemente dalle caratteristiche dell’oggetto (forma, colore, dimensioni, tipo di superficie), dal colore della luce emessa dal sensore stesso e dalla distanza di lettura.

La distanza di lettura di un sensore a tasteggio diretto è molto inferiore rispetto a quella dei sensori a sbarramento o a retroriflessione.

Esistono speciali sensori detti a soppressione di sfondo, nei quali è possibile tarare la distanza di lettura, il sensore legge tutti gli oggetti che sono più vicini della distanza di riferimento, indipendentemente dal loro colore. Il rilevamento della distanza si basa sull’angolo di incidenza della luce riflessa, e viene ottenuto variando l’angolazione delle lenti del sistema ottico o del fotoricevitore. E’ possibile anche ottenere un effetto simile per via elettronica.

In questo modo si può rilevare un oggetto che passa vicino o aderente ad un altro, anche delle stesse caratteristiche. In un sensore evoluto è possibile ad esempio rilevare la differenza di un foglio in una risma di carta bianca.

In genere questi sensori a soppressione di sfondo hanno un range di distanza di funzionamento limitato.

Possono essere a luce visibile (tipicamente rossa) o infrarossa.

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1.3.4

Sensori di CONTRASTO

I sensori di contrasto sono detti anche lettori di tacche e sono sensori a tasteggio che, invece di rilevare la semplice presenza di un oggetto, sono in grado di distinguere il diverso contrasto (riflessione) di due diverse superfici.

Nel caso di superfici colorate, un fotoemettitore a luce colorata può ottimizzare la lettura. Per impieghi generali si usa la luce bianca che permette buoni risultati sulla maggior parte delle superfici.

1.3.5

Sensori di LUMINESCENZA

La luminescenza è l’emissione di luce che si verifica dall’assorbimento di energia di alcuni materiali fluorescenti o fosforescenti.

Questi sensori emettono luce ultravioletta che viene riflessa con minore energia (frequenza più bassa) dal materiale luminescente, rientrando nello spettro della luce visibile.

L’emissione della luce UV è modulata, la ricezione della luce visibile è sincrona. Questo rende il sensore immune alle interferenze di luce esterna.

1.3.6

Sensori di COLORE

Il colore di un oggetto è dato dalle componenti della luce che lo stesso riflette oppure assorbe. Il colore dominante o tinta è dato dalla lunghezza d’onda della luce riflessa, la saturazione invece rappresenta la percentuale di purezza rispetto al bianco (0%). La combinazione di tinta e saturazione definisce la crominanza dell’oggetto (ed esempio vernice).

I sensori di colore emettono con LED RGB luce rossa, verde e blu. Il colore dell’oggetto è calcolato in base alle diverse riflessioni della

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luce nei tre colori RGB, identificando così le possibili sfumature intermedie.

I sensori calcolano solo la differenza di riflessione e non sono influenzati dall’intensità della luce (brillantezza).

Questi sensori possono rilevare un colore campione, memorizzarlo e segnalare la presenza di un oggetto dello stesso colore, entro una certa tolleranza generalmente impostabile. Possono avere un’uscita RGB, per il collegamento ad apparecchiature di controllo.

1.3.7

Sensori di DISTANZA o spostamento

Questi sensori utilizzano un raggio laser e permettono di rilevare la distanza di un oggetto calcolando l’angolo di incidenza della luce riflessa che torna nel sensore. Hanno un campo di funzionamento definito rilevabile dalle specifiche e possono essere influenzati dal colore del materiale.

Esistono anche sensori detti a tempo di volo nei quali il calcolo della distanza non viene effettuato tramite triangolazione ma verificando il ritardo di ricezione dell’impulso laser emesso. Per il loro principio di funzionamento questi sensori non riescono a lavorare a breve distanza (20-30 cm è la tipica distanza minima) ma per contro non sono influenzabili dal colore dell’oggetto. Possono avere problemi di funzionamento con superfici riflettenti e di colore nero.

Tipicamente i sensori di distanza hanno un’uscita analogica (0-10V o simile) ed una digitale che si attiva al rilevamento di un oggetto alla distanza impostata.

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1.4

ULTRASUONI

I sensori ad ultrasuoni utilizzano onde sonore (non udibili per l’orecchio umano) per rilevare la presenza di oggetti.

Questo permette loro di rilevare oggetti indipendentemente dal colore o dalla trasparenza degli stessi, sono però influenzabili dalla geometria della superficie che riflette il suono.

Il suono può essere definito come l’energia meccanica trasmessa da onde di pressione in un mezzo materiale. Questo vale per tutti i tipi di suono: quello udibile, le onde in bassa frequenza e gli ultrasuoni. Gli ultrasuoni sono onde simili a quelle udibili e devono avere un mezzo entro il quale propagarsi. Si chiamano ultrasuoni le onde che hanno una frequenza >20 kHz che corrisponde circa alla massima frequenza udibile dall’uomo.

I sensori ad ultrasuoni convertono energia acustica in segnali elettrici ed energia elettrica in energia acustica. Al loro interno uno speciale trasduttore è utilizzato per produrre e rilevare onde sonore alternativamente.

Allo scopo possono utilizzare l’effetto piezoelettrico, vedi il paragrafo 1.8.

Come per i sensori di distanza ottici (paragrafo 1.3.7) anche quelli ad ultrasuoni possono funzionare sul principio del tempo di volo, ed anche in questo caso l’emettitore può essere un laser.

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1.5

MECCANICO

Gli interruttori meccanici, detti anche microinterruttori o limit switch, sono interruttori con un dispositivo di attivazione a scatto che chiude un contatto elettrico.

I contatti sono racchiusi in una custodia plastica o metallica, vengono attivati dall’esterno applicando una forza al dispositivo di attivazione (levetta, rotella, asta, molla) posto anch’esso sulla custodia e generalmente realizzato in metallo. La commutazione del contatto produce un rumore meccanico (click) solitamente udibile.

1.5.1

ESTENSIMETRI

L'estensimetro è costituito da un sottilissimo filo metallico (solitamente costantana) applicata su di un supporto di materiale plastico. Il filo dell'estensimetro segue le deformazioni della superficie a cui è incollato, allungandosi ed accorciandosi insieme ad essa; queste variazioni causano una variazione della resistenza elettrica del filo, misurando tali variazioni è possibile risalire all'entità della deformazione che le ha causate.

L'estensimetro elettrico (detto anche strain gauge) è un trasduttore molto sensibile e con una elevata velocità di risposta. Una delle sue tipiche applicazioni è la cella di carico, impiegata nei sistemi di pesatura.

L’estensimetro può anche essere realizzato utilizzando materiali semiconduttori. In questo caso si sfrutta il principio piezoresistivo, vedi il paragrafo 1.8.2.

La classica configurazione è quella con collegamento a ponte (ponte di Wheatstone), in pratica 4 elementi sono collegati a formare un quadrato, a 2 vertici opposti è applicata la tensione di alimentazione, dagli altri 2 vertici viene prelevato il segnale di uscita che fornisce l’entità della deformazione subita dalla struttura del sensore.

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1.6

POTENZIOMETRICO

Il potenziometro è una resistenza variabile normalmente utilizzata in elettronica sotto forma di trimmer (per utilizzo su schede) o di potenziometro a pannello (con azionamento manuale tramite manopola o cursore lineare). Un potenziometro è composto da uno strato resistivo (che può essere realizzato in diversi materiali) e da un cursore di materiale conduttore che scorre a contatto con esso.

Alle estremità della resistenza e del cursore sono collegati altrettanti conduttori.

La resistenza elettrica tra una delle estremità ed il cursore varia con lo spostarsi di quest’ultimo. La misura di questa resistenza fornisce la posizione del cursore.

I potenziometri possono essere lineari o rotativi (la tipica manopola del volume di un apparecchio radio).

1.7

TERMICO

Sono molti i modelli di sensori e trasduttori di temperatura, con diversi range di funzionamento e tipologie costruttive. Quasi tutti i sensori però si basano su due principi fondamentali: quello termoelettrico e quello termoresistivo.

1.7.1

Principio TERMOELETTRICO

L’effetto termoelettrico consiste nella variazione della tensione elettrica di una giunzione metallica al variare della temperatura. Il dispositivo che sfrutta questo principio si chiama termocoppia.

Questo effetto si verifica nella giunzione tra due metalli diversi ed appropriati e viene chiamato anche effetto Seebeck.

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In pratica scaldando la giunzione metallica (detta anche giunzione

calda) si genera una differenza di potenziale all’estremità dei conduttori (giunzione fredda) collegati ai due metalli della giunzione.

La tensione misurabile dipende dal materiale dei due fili e dalla differenza di temperatura tra giunto caldo e giunto freddo.

L’uso di metalli diversi nella giunzione permette di ottenere diversi modelli di termocoppie con diversi range di temperatura, tensioni di uscita e precisione.

1.7.2

Principio TERMORESISTIVO

L’effetto termoresistivo si presenta con la variazione della resistenza elettrica di un dispositivo (metallo o semiconduttore) al variare della temperatura. Il dispositivo che sfrutta questo principio si chiama termoresistenza o anche RTD. I materiali più utilizzati sono il platino ed il nichel.

1.7.3

Effetto PELTIER

L’effetto Peltier si ottiene se si fa circolare una corrente elettrica attraverso le giunzioni di due differenti conduttori, queste assorbono o producono calore a seconda della direzione della corrente.

L’effetto (reversibile) non dipende dalla natura del contatto ma è legato alla corrente circolante. Se quest’ultima circola nella stessa direzione della corrente di Seebeck la giunzione fredda libera calore mentre quella calda lo assorbe.

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Questo effetto è utilizzato per produrre le celle di Peltier, utilizzate per scaldare o raffreddare (a seconda della direzione della corrente che viene fatta scorrere al loro interno) gli oggetti che sono posti in contatto con esse. Le celle sono un esempio di trasduttore che converte energia elettrica in un’altra forma (calore).

1.8

PIEZO

Piezo, dal greco fare pressione. In questo principio di funzionamento ricadono quei dispositivi che sfruttano le proprietà che alcuni materiali mostrano se sottoposti a pressione per azione meccanica.

1.8.1

Principio PIEZOELETTRICO

L’effetto piezoelettrico è la proprietà di alcuni materiali di generare carica elettrica quando sono sottoposti a sollecitazione meccanica.

Questi elementi sono elettricamente neutri ma se su di essi agisce una forza la loro struttura si deforma sviluppando un eccesso di carica in superficie. Questo fenomeno è reversibile di modo che l’applicazione di una differenza di potenziale produrrà una deformazione meccanica.

Notare che l’effetto non si osserva sia in assenza di sollecitazione sia in presenza di sollecitazione statica ma soltanto nel caso di variazioni di sollecitazione.

Questi trasduttori sono costituiti da materiali (quarzo, solfato di litio, tormalina, polimeri, materiali ceramici) che non avendo un centro di simmetria nella struttura cristallina presentano dei dipoli elettrici.

Sollecitazioni meccaniche modificano i momenti di dipolo con conseguente generazione di differenza di carica elettrica.

I coefficienti piezoelettrici dei diversi materiali sono dipendenti dalla temperatura.

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Esempi di utilizzo di trasduttori costruiti con questo principio sono sensori di forza, pressione, vibrazione e accelerazione (accelerometri).

1.8.2

Principio PIEZORESISTIVO

L’effetto piezoresistivo descrive la peculiarità di molti materiali di variare la propria resistenza elettrica quando sono soggetti a deformazione meccanica. Sottoposti ad una tensione meccanica essi mantengono costante il loro volume ma variano la loro sezione e la loro lunghezza; di conseguenza la loro resistenza elettrica varierà .

Allo scopo possono essere utilizzati materiali semiconduttori.

Esempi di utilizzo di trasduttori costruiti con questo principio sono estensimetri, accelerometri, microfoni.

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1.9

MAGNETICO

Alcuni materiali (magneti permanenti) hanno la caratteristica di indurre nello spazio circostante un campo, di modo che un qualsiasi corpo metallico posto nelle vicinanze risentirà di una forza. Questo campo si chiama campo magnetico.

Un campo magnetico può essere generato anche dal movimento di cariche elettriche, esso non varia la sua natura sia che sia generato da una corrente elettrica sia che sia generato da un magnete permanente.

Nei magneti si possono sempre individuare due poli distinti (nord N e sud S); come accade per due cariche elettriche, poli simili si respingono e poli diversi si attraggono.

Il sensore magnetico è composta da lamine metalliche magnetiche racchiuse in un piccolo tubo di vetro riempito di gas inerte. Alle due lamine sono collegati altrettanti conduttori per il collegamento elettrico. Questa struttura è detta contatto reed.

Le lamine metalliche rilevano la vicinanza di campi magnetici (ad esempio un magnete solidale allo stelo di un attuatore pneumatico) e per il principio di induzione magnetica si genera, sulle due lamine, una polarità di segno opposto. Quando il campo magnetico esterno genera una forza di attrazione sulle lamine che riesce a superare la forza elastica delle stesse, queste si flettono avvicinandosi e toccandosi chiudono il contatto elettrico.

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1.9.1

Principio MAGNETOSTRITTIVO

I trasduttori che utilizzano questo principio sono costituiti generalmente da un’asta di forma cilindrica e da un cursore cavo che scorre lungo l’asta. All’estremità dell’asta è posta la parte elettrica. All’interno dell’asta stessa vi è uno speciale cavo conduttore chiamato guida d’onda, mentre all’interno del cursore sono posti uno o più magneti.

Entro la guida d’onda viene inviato un impulso in corrente che genera un corrispondente impulso magnetico. Questo campo magnetico interagisce con il campo dei magneti contenuti nel cursore e genera a sua volta un impulso meccanico di deformazione.

Questo impulso meccanico si propaga alla velocità del suono nei metalli (circa 2800 m/sec) fino a raggiungere il sensore posizionato nella testa contenente l’elettronica.

La misura del tempo intercorso tra l’impulso elettrico iniziale e l’impulso meccanico di ritorno fornisce la posizione del cursore, ovvero la zona dove i due campi magnetici si sono sovrapposti.

I materiali costruttivi devono essere di materiale non-magnetico, solitamente acciaio o alluminio. Campi magnetici esterni generati da altri magneti o la vicinanza del cursore con materiali magnetizzabili, possono compromettere la misura.

1.9.2

Principio MAGNETORESISTIVO

I trasduttori che utilizzano questo principio sono costituiti da materiale ferromagnetico (Ni-Fe-Co) magnetizzato in una direzione predeterminata di modo che l’intervento di un campo magnetico esterno provochi una rotazione della magnetizzazione iniziale e quindi una variazione della resistività del conduttore.

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1.9.3

LVDT (Linear Variable Differential Transformer)

I trasduttori che utilizzano questo principio sono costituiti da un cilindro cavo all’interno del quale scorre un equipaggio mobile. Nel contenitore cilindrico sono racchiusi un avvolgimento di alimentazione detto primario e due avvolgimenti di misura detti secondari. L’equipaggio mobile è costituito da un’asta di materiale metallico che scorre all’interno del cilindro senza contatto. E’ necessario un circuito di alimentazione e controllo.

L’avvolgimento primario dell’LVDT è alimentato in AC da un oscillatore (vedi Vin in figura). Il flusso magnetico prodotto si accoppia, attraverso l’equipaggio mobile, con gli avvolgimenti secondari. La differenza delle tensioni indotte sugli avvolgimenti secondari (Vout1 e Vout2) è proporzionale allo spostamento dell’equipaggio mobile rispetto alla posizione centrale, alla quale si ha tensione nulla.

I vantaggi di un trasduttore tipo LVDT sono una durata lunghissima (bassissimo attrito), alta risoluzione e sensibilità, misura assoluta e ripetibilità dello zero.

27

1.9.4

Effetto HALL

Con effetto Hall si intende il fenomeno che provoca una tensione indotta dalla contemporanea presenza di un campo magnetico e di una corrente elettrica. Il fenomeno può verificarsi in materiali metallici oppure in semiconduttori.

Quando ai capi di un conduttore si applica una tensione continua si produce un flusso di elettroni (A-B). Se a questo punto si avvicina un magnete al conduttore, il flusso di elettroni subisce una deviazione dal percorso rettilineo, con un addensamento verso il punto C o D dipendentemente dalla polaritĂ del magnete, provocando una differenza di potenziale C-D non rilevabile senza il magnete.

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2

TIPOLOGIE DI SENSORI

Esistono molteplici tipologie di sensori classificabili in base alla grandezza da misurare, al principio di funzionamento ed anche in base al tipo di uscita elettrica implementata.

Di seguito si trova una classificazione dei principali tipi di uscite elettriche utilizzate e un paragrafo dedicato ai termini tecnici che caratterizzano i sensori e che si possono trovare su tutti i cataloghi.

E’ possibile trovare un sensore praticamente per ogni scopo, sensori per rilevamento di oggetti di ogni tipo e materiale (compresi materiali trasparenti, liquidi, polveri ecc..); per ogni tipo di grandezza misurabile (pressione, temperatura, forza, velocità, accelerazione ecc..) e per utilizzi particolari (rilevamento del colore, lettura di codici a barre, controllo della forma di un oggetto ecc..). Consultando anche i capitoli 1 e 4 è possibile identificare il sensore che è adatto all’utilizzo previsto.

INFORMAZIONE : per poter accelerare la scelta di un sensore, data la grande quantità di modelli e tecnologie utilizzate, è opportuno porsi alcune domande prima di iniziare la ricerca del sensore che meglio soddisfa la nostra applicazione. Allo scopo possono essere utilizzati come guide il questionario e la tabella che seguono.

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Questionario scelta Sensore E’ un’applicazione nuova oppure esiste già un sensore per questo scopo ed il suo funzionamento non è soddisfacente?

Considerate che con un sensore dello stesso tipo anche se di un'altra marca potrebbe presentarsi il medesimo problema!

Che caratteristiche ha l’oggetto da rilevare? Considerare COLORE, FORMA, DIMENSIONI, MATERIALE. Queste considerazioni aiutano nella scelta del principio di funzionamento da adottare.

Qual è la distanza sensore-oggetto? Per brevi distanze (alcuni mm) è possibile orientarsi verso sensori induttivi o capacitivi, altrimenti è meglio adottare sensori ottici o ad ultrasuoni.

Considerare la tensione che si ha a disposizione nell’impianto elettrico. Corrente continua o alternata e suo valore.

Valutare, soprattutto nella scelta di sensori induttivi o capacitivi, l’eventuale vicinanza di oggetti che potrebbero disturbare il sensore, compreso l’alloggiamento del sensore stesso.

Senza il pezzo da rilevare cosa si presenta davanti al sensore?

Senza il pezzo da rilevare vi è comunque qualcosa che può arrivare nel campo di lettura? Valutare DISTANZA, COLORE, FORMA e MATERIALE dello sfondo per decidere se adottare un sensore a soppressione di sfondo o se è necessario ad esempio un sensore a retroriflessione con rifrangente.

Calcolare a quale velocità l’oggetto passa davanti al sensore e con che frequenza. Un oggetto molto veloce può essere rilevato ma potrebbe essere necessario adottare un sensore con spegnimento ritardato per essere sicuri che anche il PLC veda il segnale senza incertezze.

E’ necessario il segnale del sensore attivo con o senza il pezzo? C’è possibilità di scelta tra sensori normalmente aperti o 30

chiusi (attivo senza il target), oppure tra sensori ottici light-on o dark-on (attivo con raggio interrotto).

Valutare il carico del sensore sulla sua uscita. Va direttamente al PLC o ad una scheda oppure deve pilotare un relè, un contattore o altri carichi? Decidere anche se il sensore deve essere PNP oppure NPN. Valutare le caratteristiche ambientali nelle quali si troverà a lavorare il sensore: TEMPERATURA, POLVERE, SPORCO, UMIDITA’. Se occorre, consultare la tabella “Gradi di protezione IP” nelle APPENDICI.

Tabella scelta Sensore Grandezza

Solo rilevamento (ON-OFF)

Controllo processo (uscita analogica) Potenziometro, LVDT,

Distanza / Posizione

encoder, resolver, Hall,

Ottico, ultrasuoni

ottico, ultrasuoni, magnetostrittivo Encoder, resolver, dinamo

Velocità

Presenza / Prossimità

tachimetrica Induttivo o capacitivo (pochi mm), microswitch (contatto), ottico, magnetico

Temperatura

Termostato

Pressione

Pressostato

Termocoppia, termoresistenza Trasduttore di pressione LVDT, estensimetro,

Accelerazione

accelerometro Estensimetro (cella di

Forza, Peso

carico)

31

Il colore della luce nei sensori ottici I sensori ottici, solitamente quelli a fibra ottica con amplificatore separato, possono essere disponibili con emissione di luce di colore diverso dal rosso utilizzato come standard.

La disponibilità di diversi colori è motivata dal fatto che la luce è riflessa ed assorbita in modo diverso a seconda del colore dell’oggetto stesso. Inoltre alcune particolari tonalità specifiche di un colore possono essere difficili da rilevare con certezza, è opportuno quindi valutare l’utilizzo di un emettitore che emetta luce con una diversa lunghezza d’onda.

Alcuni costruttori forniscono nei loro cataloghi tabelle per aiutare nella scelta del colore della luce da utilizzare. Tipicamente sono disponibili il colore ROSSO come standard e colori come BIANCO oppure VERDE in alternativa. Segue un grafico di esempio della quantità di energia luminosa ricevuta dal sensore a seconda del

colore del target e del tipo di luce emessa (in percentuale): Dal grafico si vede, per esempio, che se voglio discriminare con sicurezza un colore ROSSO su sfondo BIANCO devo utilizzare un sensore a luce verde perché presenta valori molto diversi in ricezione, mentre per il sensore a luce rossa non c’è praticamente differenza, quindi non riuscirei ad effettuarne la taratura. Al contrario per una lettura sicura di un colore ARANCIO su sfondo VERDE (o viceversa) è meglio utilizzare una luce rossa.

32

Fibre ottiche Tutte le principali funzioni offerte dai sensori ottici sono realizzabili anche sfruttando la tecnologia delle fibre ottiche. Le fibre ottiche possono essere assimilate a cavi elettrici che trasportano energia luminosa anziché elettrica. La sua caratteristica è quella di trasportare un impulso luminoso a grandissima distanza senza una perdita significativa dell’intensità del segnale, sfruttando il principio della riflessione totale.

Il mondo delle fibre ottiche è vasto e diversificato. Esistono fibre per molteplici applicazioni e realizzate in diversi materiali.

Le fibre ottiche non sono utilizzate solo per realizzare sensori ma trovano applicazione anche in altri campi come ad esempio la telefonia o le apparecchiature hi-fi audio e video. Inoltre per l’assenza di trasporto di energia elettrica possono essere utilizzate in ambienti pericolosi come quelli per la lavorazione di infiammabili o esplosivi.

Fondamentalmente una fibra ottica è un tubo, un nucleo centrale cilindrico, realizzato in vetro o in materiale plastico, circondato da un mantello protettivo in plastica o silicio. La differenza tra l’indice di rifrazione del nucleo e quello del rivestimento costringe la luce a percorrere il nucleo senza essere dispersa all’esterno. Tutta la fibra è a sua volta rivestita da una guaina protettiva in plastica o anche in metallo.

L’anima interna che permette il passaggio della luce può essere realizzata con un’unica fibra oppure utilizzando molte micro fibre, realizzando in questo modo oggetti molto più resistenti alle flessioni ed alle piegature.

I materiali con i quali sono rivestite le fibre possono essere resistenti al calore (fibra in vetro rivestita in acciaio), oppure resistenti ad agenti chimici (guaina protettiva in plastica speciale tipo Teflon®) o ancora possedere una elevatissima flessibilità per utilizzo in 33

applicazioni in movimento. Possono anche essere rivestite con speciali schermature a spirale oppure a treccia in acciaio inox.

L’estremità della fibra può avere molte forme, solitamente è costituita da una terminazione di metallo filettata (M4 ed M6 i filetti più comuni) in asse con la fibra stessa o anche angolata di 90°, per risparmio di spazio e per evitare pieghe brusche della fibra stessa.

In particolari modelli, speciali terminali metallici permettono di poter sagomare a piacimento la terminazione della fibra, si ha così la possibilità di dirigere il fascio luminoso in spazi difficilmente accessibili con altre tipologie di sensori.

Così come per i sensori, esistono fibre che lavorano a sbarramento (2 fibre ottiche separate per proiettore e ricevitore) oppure a tasteggio diretto (un’unica terminazione che accoglie la fibra, sdoppiata per potersi collegare all’emettitore e ricevitore del suo amplificatore). Guardando in sezione una fibra a tasteggio diretto possiamo individuare 2 distinte anime centrali uguali (proiettore e

ricevitore) oppure è possibile avere un unico proiettore centrale e tante piccole fibre disposte tutto intorno per il ricevitore. Questo secondo tipo permette una lettura più accurata.

La luce che viene emessa da una fibra ottica (inviata da un LED interno all’amplificatore) ha solitamente la forma di un punto, più o meno grande anche a seconda della distanza di rilevamento.

Esistono tuttavia speciali terminali che permettono di ottenere in uscita un piccolo e sottile fascio luminoso, lungo al massimo 2 o 3 cm. Queste fibre possono essere utilizzate anche per applicazioni di 34

misura, abbinate ad un amplificatore ad uscita analogica che

permette di discriminare la percentuale del fascio luminoso ricevuto (con sistema di rilevamento a sbarramento, ovvero con due distinte fibre proiettore-ricevitore uguali) e quindi la dimensione dell’oggetto che ha parzialmente oscurato il ricevitore.

Esistono anche speciali accessori per adattare l’estremità della fibra ottica ai fori dell’amplificatore (per esempio per adattare differenti diametri) per poter assicurare un accoppiamento stabile. Il diametro più comunemente utilizzato per le fibre ottiche in plastica è 2,2 mm, la loro lunghezza standard è 1 o 2 metri. Per lunghezze superiori ai 5-10 metri consultare il produttore per una verifica di fattibilità.

INFORMAZIONE : E’ possibile tagliare le fibre ottiche alla lunghezza desiderata, occorre però prestare attenzione ad eseguire un taglio possibilmente perpendicolare e con una lama ben affilata per non pregiudicare il funzionamento del sensore (ad esempio drastica riduzione della distanza operativa). Quasi tutti i costruttori forniscono a corredo della fibra ottica in plastica uno speciale cutter per effettuare il 35

taglio con precisione. E’ bene effettuare solo pochi tagli con lo stesso strumento per non pregiudicare la bontà del taglio stesso.

Altri accessori particolari possono essere lenti per focalizzare il fascio luminoso e particolari staffaggi per permettere il montaggio della fibra in qualsiasi applicazione.

Diversi produttori di fibre ottiche hanno in catalogo soluzioni originali per risolvere particolari problemi. In ogni caso è generalmente possibile accoppiare amplificatore e fibra ottica di costruttori diversi per realizzare soluzioni personalizzate.

36

2.1

Sensori con USCITA ON-OFF

Questi sensori, detti anche sensori ad uscita logica oppure sensori “tutto o niente”, presentano la caratteristica di avere una commutazione dell’uscita da spento ad acceso (sensori detti “normalmente aperti”) o viceversa (sensori detti “normalmente chiusi”) al raggiungimento di un valore prefissato di soglia.

Ad esempio, all’aumentare della pressione oltre la soglia di taratura, un tipico pressostato commuta la sua uscita. Oppure all’approssimarsi di un oggetto succede lo stesso per un sensore capacitivo.

In alcuni sensori questa soglia è fissa (tipico caso un sensore induttivo), in altri può essere regolabile, come avviene generalmente nel caso di un pressostato.

In genere la commutazione dell’uscita si traduce con il passaggio della tensione (sul conduttore di uscita, generalmente un filo colore NERO nei sensori a tre o più fili) da un valore di 0V al valore della tensione di alimentazione, tipicamente 24V. Principalmente possiamo distinguere tra sensori con uscita NPN oppure PNP. Nei sensori con uscita NPN abbiamo l’uscita che si porta al valore di 0V, riferiti alla tensione positiva di alimentazione.

Questi sensori sono meno diffusi di quelli PNP ma sono comunque presenti nei cataloghi della maggior parte dei costruttori. Alcuni tipi di sensori esistono solo nella versione NPN. Nei sensori con uscita PNP invece abbiamo l’uscita che si porta al valore della tensione di alimentazione (24V), riferiti alla massa (0V) o tensione negativa di alimentazione.

Un sensore di questo tipo può presentare anche un’uscita composta da un contatto meccanico, come per esempio può essere un sensore reed, un termostato, un flussostato. Generalmente questi sensori non richiedono una tensione di alimentazione ed il contatto 37

di uscita può essere utilizzato direttamente in un circuito, come fosse il contatto di un relè. E’ possibile in questo modo utilizzare il sensore sia in impianti con logica PNP che NPN. Generalmente i sensori presentano anche un LED che indica la condizione di lettura, ovvero di commutazione dell’uscita.

E’ possibile che il circuito di uscita non sia lo stesso di quello del LED di segnalazione. Può quindi verificarsi che il LED di segnalazione funzioni correttamente ma che non funzioni l’uscita del sensore e viceversa. Nel dubbio verificare l’uscita con un tester e non fidarsi del LED. ATTENZIONE : Non superare il carico massimo ammesso sul circuito di uscita di un sensore (tipicamente alcune decine di mA).

Questo valore si trova sui fogli tecnici e sui cataloghi dei costruttori.

Un fenomeno comune che è possibile rilevare utilizzando i sensori è quello della cosiddetta isteresi. Questo fenomeno in pratica fa sì che l’eccitazione e la diseccitazione di un sensore non si verifichino entrambe nelle identiche condizioni di rilevamento.

Facciamo un esempio: utilizziamo un sensore induttivo per rilevare un pezzo di metallo, avviciniamo il metallo al sensore finchè questo non lo rileva e commuta la sua uscita. Supponiamo che la commutazione sia avvenuta ad un distanza sensore-metallo pari a 3mm, continuiamo ora ad avvicinare il metallo al sensore (ovviamente l’uscita del sensore non cambia) e poi iniziamo ad allontanarlo di nuovo, finchè l’uscita non torna allo stato di riposo.

Possiamo rilevare che la diseccitazione del sensore è avvenuta ad una distanza leggermente superiore a 3mm. Questo è un fenomeno normale, comune alla maggior parte dei sensori, che nell’utilizzo pratico di solito non crea problemi.

38

2.1.1

Sensori ottici per rilevamento sostanze liquide

Esistono sensori ottici, in plastica semitrasparente oppure in versioni a fibra ottica, per il rilevamento specifico dei liquidi.

Questi sensori funzionano secondo il principio della rifrazione della

luce in materiali con differenti fattori di rifrazione.

Quando il sensore non è immerso in un liquido la sua luce emessa all’interno è riflessa dalla superficie della testa del sensore stesso.

Questo perché la differenza del fattore di rifrazione della superficie del sensore (solitamente Teflon®) e quella dell’aria è molto elevata.

Immergendo invece il sensore in un liquido la luce emessa viene irradiata nel liquido stesso perché il fattore di rifrazione della superficie del sensore è simile a quello del liquido, la luce quindi non ritorna verso il ricevitore.

ATTENZIONE : verificare sempre la compatibilità chimica del materiale del sensore scelto in base al liquido che si intende rilevare. Il Teflon® solitamente garantisce una buona sicurezza anche con liquidi molto aggressivi.

39

2.2

Sensori con USCITA ANALOGICA

Questi sensori hanno un’uscita proporzionale alla grandezza in ingresso (ad esempio pressione, temperatura, distanza) e sono anche detti sensori di misura o anche trasduttori. In abbinamento all’uscita analogica può essere presente anche un’uscita tipo ONOFF. Tipicamente l’uscita di un sensore analogico è un valore di tensione che può variare da 0 a 10V, oppure un valore di corrente da 4 a 20mA. Esistono tuttavia molteplici tipi di circuiti di uscita con tensioni e correnti diverse (0-5V, 0-100mV, 0-20mA). La tensione in uscita in genere è riferita alla tensione di alimentazione ma il sensore può anche avere un circuito di uscita separato ed isolato.

Un sensore di questo tipo può essere utilizzato per applicazioni di misura di vario tipo. A differenza dei sensori ON-OFF che possono solo segnalare il verificarsi o meno di un evento, i sensori con uscita analogica forniscono un valore in uscita che varia in relazione al processo che si sta misurando, permettendo in questo modo il controllo e la regolazione del processo stesso.

Un tipico esempio può essere quello di un forno controllato da un sensore di temperatura (una termoresistenza tipo PT100 o altro) e da un dispositivo di regolazione intelligente .(un termoregolatore evoluto oppure un’elettronica dedicata), che potrebbe implementare un algoritmo PID per mantenere la temperatura estremamente costante nel tempo.

2.2.1

Trasduttori IDEALI e Trasduttori REALI

Un trasduttore ideale possiede una caratteristica di uscita perfettamente lineare, di solito una retta che interseca il piano cartesiano nell’origine e procede senza variazioni fino al valore massimo in ingresso del trasduttore (che solitamente corrisponde 40

anche alla massima ampiezza dell’uscita). Ad una grandezza di valore 0 in ingresso dovrebbe corrispondere un segnale di uscita anch’esso pari a 0.

In pratica questa condizione è impossibile ed il tipico trasduttore presenta una serie di errori tipici e di deviazioni dalla caratteristica ideale delle quali bisogna tenere conto.

Un possibile errore che caratterizza i trasduttori è quello di non linearità (deviazione rispetto alla retta ideale) che può essere sistematica oppure casuale.

La non linearità sistematica è provocata dai principi di funzionamento e dalla tecnologia costruttiva di un determinato trasduttore, in genere si ripete in ogni esemplare dello stesso tipo e può in parte essere compensata con opportuni algoritmi o circuiti dedicati.

La non linearità casuale invece è provocata da imprecisioni nella costruzione e da derive delle caratteristiche nel tempo. Questo tipo di non linearità è presente, in misura più o meno grande, in ogni tipo di trasduttore e non si può compensare.

Un altro errore tipico è quello di offset. In pratica avviene che ad una grandezza in ingresso di valore 0, l’uscita del trasduttore non sia esattamente pari a 0. L’errore di offset è espresso indicando il valore di uscita con ingresso nullo. Questo errore è in genere facilmente compensabile via software o hardware.

L’errore di guadagno (gain) invece è un’altra variazione dalla caratteristica ideale di un trasduttore. L’errore di guadagno in pratica rappresenta una inclinazione della retta reale (che rappresenta l’uscita del trasduttore) rispetto a quella ideale.

L’errore di guadagno di solito è espresso in percentuale. Anche questo errore è facilmente compensabile.

Esistono anche derive e variazioni del segnale dovute alla temperatura ambiente. I fabbricanti di trasduttori forniscono i valori 41

tipici dei loro componenti riferiti ad una specifica temperatura (20-25

°C), i componenti di solito presentano variazioni di comportamento più o meno accentuate al variare della temperatura. Le variazioni causate dalla temperatura non si possono compensare.

Altri errori possono essere quelli di quantizzazione (in pratica si indica il valore massimo che è possibile applicare in ingresso al trasduttore senza che la sua uscita indichi variazioni) e quelli di isteresi (differenza del valore in uscita, a parità di segnale in ingresso, tra la misura ottenuta aumentando il valore in ingresso e quella ottenuta diminuendolo).

La quantizzazione è talvolta indicata nei cataloghi tecnici anche come risoluzione.

Per i componenti di buona qualità esprimere le variazioni dei parametri tipici, ed in particolar modo le variazioni dovute alla 42

temperatura, con un valore in percentuale è poco pratico, in quanto risulterebbero numeri molto piccoli.

Si adotta in questi casi l’indicazione in ppm (parti per milione), in pratica è il valore percentuale moltiplicato per 10.000.

Esempio pratico: ipotizziamo di avere un trasduttore con un coefficiente di temperatura dell’offset di 3µV/°C e un offset di 200µV. Ad una variazione della temperatura ambiente di +40°C corrisponderà un aumento dell’offset di 120µV (3µV/°Cx40°C), quindi il suo offset complessivo sarà ora di 200+120=320µV. Parametri significativi che di solito si trovano nei cataloghi e nei fogli tecnici sono anche: Accuratezza : esprime il confronto tra i valori misurati del componente in esame rispetto a quelli della sua caratteristica ideale.

Precisione (ripetibilità) : con il termine precisione si indica la capacità del trasduttore di fornire in uscita valori molto vicini tra loro in una serie di test ravvicinati effettuati con lo stesso valore in ingresso.

Stabilità : indica la capacità del sensore di mantenere inalterate le sue caratteristiche nel tempo.

Risoluzione : rappresenta la grandezza minima misurabile, ovvero la più piccola variazione in ingresso al trasduttore che può essere rilevata sul suo segnale di uscita.

Possono esistere trasduttori molto precisi ma poco accurati (in cui una serie di misure fornisce risultati simili ma discostati dal valore ideale) oppure trasduttori economici che possono essere sia poco precisi che poco accurati. Generalmente un componente preciso e accurato è anche molto costoso e conviene valutare bene se il suo utilizzo è necessario.

43

2.2.2

Celle di Carico e Trasduttori a Ponte

In questa classificazione rientrano i trasduttori realizzati con uno o più estensimetri collegati insieme nello stesso sensore.

Tipicamente la cella di carico necessita di una tensione di alimentazione e fornisce un’uscita proporzionale al valore dell’alimentazione stessa. Questa proporzione è di solito chiamata sensibilità e si esprime in mV/V. E’ quindi necessaria di solito una scheda elettronica per gestire il segnale della cella e per effettuare le varie tarature di compensazione dello 0 (offset) e dello span (guadagno, gain). É consigliabile la correzione delle non linearità e la compensazione delle variazioni dovute alla temperatura.

Facciamo un esempio: una cella di carico viene alimentata a 10 Vdc, la sua sensibilità è 2mV/V, quindi la sua uscita sarà 2 millivolt per ogni volt di tensione di alimentazione, in questo caso 10. La sua uscita massima a fondo scala sarà di 20mV se alimentata a 10V. Esistono celle di carico per misure di trazione e compressione ed i trasduttori a ponte in genere possono essere utilizzati anche per altre misure (ad esempio nei sensori di pressione).

Esistono estensimetri a ponte intero, costituiti da quattro griglie sensibili indipendenti, orientate secondo i lati di un quadrato. Le quattro griglie sono collegate a Ponte di Wheatstone. Gli estensimetri di questo tipo sono particolarmente adatti alle misure di torsione: ad esempio consentono di misurare il momento torcente trasmesso da un asse e quindi, in abbinamento ad un contagiri, di determinare la potenza sviluppata da un motore. Questo tipo di trasduttore prende il nome di torsiometro.

44

2.2.3

Termocoppie e Termoresistenze

Le termocoppie permettono di coprire un campo di temperature misurabili molto ampio, da circa –200°C a circa 1450°C. I vari tipi di termocoppie sono identificati da una lettera. Ciascun modello dispone di un range di temperatura definito e di una tensione massima di uscita, tipicamente qualche decina di mV, come indicato nella tabella sottostante: TERMOCOPPIE J

K

E

T

R

T min (°C)

0

-200

-200

-200

0

T max (°C)

750

1250

900

350

1450

V max (mV)

42

51

69

18

17

Le termocoppie sono economiche, adatte al funzionamento in condizioni gravose e con possibilità di misurare temperature elevate, oltre al fatto di essere autoeccitanti (producono da sole la tensione).

Per contro hanno un segnale di uscita molto basso e non sono molto lineari.

Le termoresistenze sono relativamente economiche, molto lineari, veloci nella risposta ed adatte al funzionamento in ambienti ostili.

Sono più precise ed affidabili delle termoresistenze.

Per contro richiedono un circuito di alimentazione e non raggiungono le temperature massime rilevabili con le termocoppie.

Una termoresistenza standard molto utilizzata è la PT100. Presenta una resistenza di 100 ohm a 0°C, ed un coefficiente di temperatura intorno a 0.004, in pratica si ha una variazione della sua resistenza di +0,4 ohm ogni °C. Può essere utilizzata da circa –200°C a +850°C. INFORMAZIONE : le termoresistenze misurano per CONTATTO, devono aderire (o essere alloggiate) al componente del quale si vuole misurare la temperatura.

45

2.2.4

Dinamo Tachimetrica

La dinamo tachimetrica è una dinamo con magnete permanente.

Presenta un momento di inerzia molto basso ed ha una tensione di uscita con elevata linearità, proporzionale alla velocità di rotazione.

L’uscita in tensione è prelevata dal rotore mediante classiche spazzole striscianti su un collettore ad anello.

La tensione di uscita non è perfettamente continua ma presenta delle ondulazioni, inoltre la sua polarità si inverte se cambia il senso di rotazione.

E’ solitamente utilizzata per controllare la velocità di motori, abbinata a schede di controllo e retroazione.

2.2.5

Sensori di GAS

Esistono diversi sensori per gas. Di seguito viene fornita solo una breve panoramica.

Sensore a semiconduttore : costituito da un ossido metallico. La rivelazione della concentrazione del gas si basa sulla misura della variazione della resistenza elettrica del sensore in presenza del gas rispetto al valore nominale. L’ossido metallico presenta alla temperatura ambiente una resistività molto elevata per cui il sensore viene fatto funzionare ad una temperatura di circa 400°C per mezzo di un riscaldatore.

Quando l’ossido metallico viene in contatto con l’ossigeno dell’aria, tra i cristalli di ossido si forma una barriera di potenziale che impedisce agli elettroni di conduzione di muoversi liberamente. In presenza di gas riducenti, la barriera di potenziale diminuisce permettendo agli elettroni una maggiore libertà di movimento e quindi si ha una riduzione della resistenza del sensore.

Sensore a cella elettrochimica : le celle elettrochimiche sono adatte alla rilevazione di molti gas tossici o pericolosi, quali 46

monossido di carbonio (CO), acido solfidrico (H2S), biossido di zolfo (SO2), acido cianidrico (HCN), ossidi di azoto, ossigeno, idrogeno e altri. Il loro funzionamento è basato su reazioni di ossido-riduzione che avvengono all’interno della cella. In genere il segnale di uscita è una corrente proporzionale alla concentrazione del gas.

Sensori catalitici : sono costituiti da un filamento di platino rivestito da un composto catalitico formato da una base inerte (ad esempio allumina) e da un metallo catalizzatore che accelera la reazione di ossidazione. Il filamento viene mantenuto ad una temperatura tra i 400 e i 500°C da un riscaldatore.

Quando nell’aria è presente un gas combustibile questo reagisce con il catalizzatore provocando una combustione controllata che accresce la temperatura del filamento. Dato che questo è di platino la variazione della sua resistenza è direttamente proporzionale all’incremento di temperatura, si misura così la concentrazione di gas combustibile Sensori di gas ad infrarossi : molti gas sono caratterizzati da uno spettro di assorbimento infrarosso con bande molto strette e non sovrapposte. Questa caratteristica è alla base del funzionamento della tecnologia con cui vengono realizzati i rivelatori di gas all’infrarosso.

47

2.2.6

Sensori a norme NAMUR

Sono sensori induttivi non amplificati in corrente continua a due fili (polarizzati) che cambiano la loro resistenza interna in funzione della distanza dell’oggetto da rilevare, contengono il solo oscillatore e devono essere collegati ad un circuito elettronico amplificatore che converta la variazione del segnale di corrente in una uscita tipo ONOFF. Necessitano di pochi elementi costruttivi e pertanto offrono la massima sicurezza di esercizio.

Grazie alla bassa resistenza Ohmica di chiusura il sensore è insensibile alle dispersioni induttive o capacitive presenti sulla linea di collegamento con l’amplificatore di comando.

2.2.7

Sensori di Umidità

I sensori di umidità possono funzionare con il principio capacitivo. In pratica la loro capacità è determinata dal grado di umidità relativa presente nell’ambiente.

Su un substrato che può essere di vetro sono depositati gli elettrodi separati da un polimero sensibile all’umidità.

48

2.3

Sensori con USCITA COMPLESSA

Esistono sensori con circuiti di uscita molto diversi da quelli descritti finora; sensori con in uscita più segnali analogici, come per esempio i sensori di colore che possono avere un’uscita standard RGB che identifica esattamente il colore letto dal sensore. Altri esempi possono essere quelli di sensori con uscita seriale RS232 o 485 (per comunicare con altri dispositivi tipo PC) oppure sensori con in uscita un segnale impulsivo la cui frequenza è proporzionale alla grandezza misurata.

2.3.1

Encoder

L’encoder è un trasduttore, solitamente funzionante sul principio ottico, utilizzato per controllare posizione e velocità di rotazione di un albero (tipicamente l’albero di un motore ma non solo), In pratica al suo interno vi è un disco trasparente con delle tacche di riferimento lette da un minuscolo sensore ottico a sbarramento. Il disco ruota solidale all’albero dell’encoder, la lettura da parte di una elettronica dedicata degli impulsi di uscita fornisce informazioni sulla velocità, direzione o anche posizione assoluta dell’albero.

Esistono encoder relativi (o incrementali) ed assoluti. L’encoder relativo fornisce un’indicazione incrementale dello spostamento dell’albero riferita alla posizione precedente. L’encoder assoluto invece possiede un segnale codificato che permette di individuare in modo univoco la posizione angolare dell’albero.

Encoder Relativo o Incrementale L’encoder relativo possiede in genere 2 segnali di uscita sfasati tra loro, chiamati A e B. Può essere presente anche un segnale di zero da utilizzare come riferimento chiamato Z o anche 0. Il segnale di uscita elettrico è praticamente un’onda quadra.

49

Il confronto dei segnali A e B (frequenza e sfasamento) fornisce indicazioni sulla velocità e sul senso di rotazione. Un dato caratteristico dell’encoder sono gli impulsi al giro, ovvero quanti impulsi ad onda quadra ottengo in uscita per ciascun segnale A o B in un giro completo (360°) dell’albero. Questo valore può variare

molto ed in genere lo stesso encoder è ordinabile con una vasta gamma di impulsi al giro in uscita. Tipicamente si hanno dai 100 fino anche ad alcune migliaia di impulsi al giro, mentre il segnale Z è sempre un singolo impulso al giro.

I circuiti elettrici di uscita degli encoder sono molteplici (vedi il paragrafo 3.3 per i collegamenti), e vanno dalle classiche uscite di tipo PNP o NPN a quelle a collettore aperto, push-pull, line-driver.

I modelli PNP, NPN o anche quelli a collettore aperto sono consigliabili per collegamenti non troppo lunghi (alcuni metri) e per frequenze basse dei segnali di uscita (15-20 kHz massimi).

Il modello push-pull, composto da 2 transistor PNP ed NPN contrapposti, può lavorare a frequenze molto più elevate (anche fino a 100kHz) e può essere collegato con cavi lunghi fino a 100m.

Il circuito line-driver presenta caratteristiche limite identiche al pushpull, solitamente utilizzato in collegamenti dedicati (scheda controllo motore con ingresso apposito).

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Se si hanno dubbi su quale collegamento elettrico utilizzare prendere in considerazione i modelli di encoder con uscita push-pull. Solitamente possono essere interfacciati con la maggior parte di schede e moduli PLC: L’encoder incrementale è più economico di quello assoluto e va bene per applicazioni generiche. Considerare che lo spegnimento dell’elettronica di controllo comporta la perdita delle informazioni sulla posizione angolare dell’albero con conseguente ricerca dello 0, se necessaria, tramite l’impulso Z o con sensori esterni.

Encoder Assoluto L’encoder assoluto possiede in uscita più segnali (bit), codificati in modo che sia possibile individuare la posizione angolare dell’albero anche se questo è fermo.

Per ottenere questo risultato gli encoder utilizzano solitamente una codifica dei bit di uscita chiamata codice Gray.

Questa codifica ha la caratteristica di variare un solo bit ad ogni passo, indipendentemente dal numero di bit utilizzati (generalmente da 4 fino a 12 o anche più). Con la codifica nel classico codice binario invece il passaggio da un numero all’altro può comportare la variazione di più bit contemporaneamente.

Il codice Gray presenta quindi il vantaggio di poter essere interpretato univocamente e rende la trasmissione dei dati meno sensibile a disturbi elettrici che potrebbero alterare la lettura.

Le posizioni codificabili con un determinato numero di bit sono calcolabili con la semplice formula 2n, dove n è il numero di bit. Per esempio con 4 bit posso codificare 24=16 posizioni dell’albero encoder, con 12 bit posso arrivare a 212=4096 posizioni.

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La tabella seguente mostra il confronto dei segnali di un ipotetico encoder assoluto a 4 bit con uscita a codice Gray e a codice binario.

Valore 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

GRAY 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100 1100 1101 1111 1110 1010 1011 1001 1000

BINARIO 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

L’encoder assoluto è più costoso ed il suo costo cresce molto aumentando la risoluzione (numero di bit utilizzati per la codifica), per contro non necessita di azzeramento e mantiene le informazioni sulla posizione anche se l’elettronica di controllo viene spenta.

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2.3.2

Resolver

Il resolver è utilizzato per misurare la rotazione di alberi motore, solitamente motori brushless. Un resolver è in genere collegato direttamente alla scheda di controllo del motore che lo utilizza per retroazionare il controllo del motore stesso (si dice in questo caso che il circuito è ad anello chiuso).

Il resolver misura la rotazione dell’albero fornendo in uscita un segnale analogico modulato.

Funziona sul principio magnetico, in un campo magnetico sono posti due avvolgimenti angolati di 90°, un terzo avvolgimento è posto in rotazione. Il segnale prelevato dai due avvolgimenti fissi risulta una tensione alternata modulata in ampiezza dalla posizione dell’avvolgimento rotante. E’ così possibile ricostruire la posizione dell’albero motore su tutti i 360°.

Il resolver ha una buona linearità ed è possibile ottenere risoluzioni anche di 0,1°. E’ più economico di un encoder ed è adatto ad essere incorporato nel motore stesso. Per contro richiede una tensione di riferimento sinusoidale e presenta errori dinamici generati da tensioni spurie che si creano durante la rotazione. Per questo non è adatto ad applicazioni con dinamiche molto elevate.

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2.4

SISTEMI DI VISIONE

I sistemi di visione sono speciali apparecchiature che permettono l’individuazione di varie caratteristiche di un oggetto. Questo paragrafo fornisce solo indicazioni generali, la trattazione esaustiva delle caratteristiche di simili sistemi richiederebbe un volume a parte.

E’ opportuno verificare direttamente con il produttore l’eventualità di utilizzo di un sistema di visione e la scelta del modello più adatto a seconda del rilevamento desiderato. Un sistema dalle buone prestazioni può costare diverse migliaia di euro.

Con un sistema di visione è possibile determinare forma, colore, effettuare misure, verificare l’orientamento di un oggetto. E’ possibile effettuare una selezione tra oggetti di diverso tipo oppure distinguere tra pezzi dello stesso tipo un buono ed uno scarto. Si possono anche effettuare operazioni di identificazione quali lettura di codici a barre o di codici a matrice, lettura di scritte o identificazione di un logo precedentemente memorizzato.

Le possibilità di interfacciamento sono molteplici e dipendono dal tipo di sistema utilizzato, i modelli sono estremamente diversi e presentano caratteristiche particolari per ciascun produttore.

E’ possibile dialogare con un sistema di visione utilizzando segnali digitali (ingressi ed uscite di un PLC) oppure collegarsi tramite una porta seriale o ancora utilizzare un collegamento tipo Ethernet con il classico connettore RJ45.

Non è possibile descrivere un sistema di visione tipico a causa della grande varietà di modelli ma in generale un sistema è composto da : Una telecamera digitale (completa di un obiettivo ed eventuali accessori ottici). Alcune telecamere possono essere installate anche su sistemi mobili.

Un illuminatore che può essere frontale (montato dalla parte della telecamera) oppure posteriore per illuminare il pezzo in 54

controluce. Sono solitamente realizzati con una matrice di LED rossi selezionati ad alta luminosità, sono molto costosi e a volte necessitano di una alimentazione dedicata (12Vdc o altro) Un’elettronica di controllo ed interfacciamento (può essere alloggiata nel corpo della telecamera stessa) Un monitor per visualizzare le immagini riprese dalla telecamera e i parametri di controllo (dati numerici, funzioni, aree dell’immagine da analizzare) Può essere integrato nel sistema oppure esterno oppure ancora sostituito da un PC che serve durante le fasi di messa a punto e che può essere scollegato durante il funzionamento in automatico Un software di gestione che può essere interno all’elettronica con monitor integrato oppure installato su un PC portatile (una volta messo a punto il sistema di visione memorizza le impostazioni al suo interno ed il PC non è più necessario) Cavi ed accessori vari (staffe di montaggio, paratie di protezione dalla luce, diffusori di illuminazione) Nella scelta di un sistema bisogna tenere conto principalmente di alcune cose: Cosa devo vedere? Forma, colore, effettuare misure, leggere codici o scritte?

Devo confrontare pezzi diversi tra loro oppure devo distinguere e smistare pezzi tutti uguali?

I pezzi si presentano tutti nella stessa posizione oppure in ordine sparso (ad esempio su di un nastro trasportatore)?

Quanto è grande l’area che devo esaminare e a che distanza posso posizionare la telecamera?

Dove posso posizionare l’illuminatore?

Che velocità di elaborazione del sistema è necessaria? I controlli che posso fare sono molteplici e ciascun controllo 55

richiede un tempo di elaborazione differente, inoltre posso effettuare più controlli sullo stesso pezzo, aumentando ulteriormente il tempo occorrente.

A cosa devo collegare il mio sistema? (PC, PLC, monitor con ingresso composito oppure Ethernet, eventuale raccolta dati) E’ necessario visualizzare sempre le informazioni, quindi è necessario un monitor dedicato?

Con le risposte a queste domande è possibile identificare meglio il sistema più adatto allo scopo.

Nell’uso pratico un sistema di visione effettua una foto del pezzo da rilevare che viene visualizzata sul monitor o sul PC. A questo punto il software proprietario permette di scegliere, tra una serie di controlli predefiniti, quelli che si vogliono utilizzare. Ad esempio controllo della forma, rilevamento dei bordi, misurazioni, controllo del colore, decodifica di codici a barre oppure lettura di scritte. Solitamente queste operazioni vengono eseguite in modalità bianco e nero ma se necessario sono disponibili telecamere e sistemi a colori.

E’ anche possibile il confronto con immagini campione precedentemente memorizzate. Dopo l’elaborazione, a seconda dell’esito, il pezzo può essere gestito dall’impianto: smistato, selezionato, scartato oppure inviato a lavorazioni successive.

Una cosa fondamentale in un sistema di visione è la scelta corretta dell’illuminazione ed il suo posizionamento. Inoltre è una buona norma prevedere protezioni dalla luce esterna (finestre, illuminazione ambiente) della zona di ispezione, per evitare variazioni nella lettura delle telecamere.

Prevedere la possibilità di spegnere l’illuminatore (anche in automatico) se non è possibile effettuarlo direttamente dal sistema di visione stesso.

Questo allunga la vita dei costosi LED ed evita fastidi alla vista in caso di interventi di manutenzione.

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2.5

LETTORI DI CODICI

I lettori di codici sono speciali sensori specifici per la lettura dei diversi tipi di codici a barre. Esistono anche i codici a matrice di punti che possono contenere molte più informazioni a parità di superficie utilizzata.

I codici a barre non sono tutti uguali, ne esistono di diverse tipologie.

Alcuni possono contenere solo numeri, altri anche caratteri (ad esempio il CODE39).

I lettori di codici possono essere classificati in tipo portatile o fisso.

Possono funzionare con tecnologia laser e CCD, i lettori laser possono essere a scansione singola oppure raster, I lettori fissi sono utilizzati per esempio negli impianti (produzione e distribuzione), nei supermercati o nei distributori video. I lettori mobili detti anche a pistola possono trovare impiego in magazzini o in reparti di produzione.

I lettori laser hanno al loro interno uno specchio poligonale in rotazione. Il raggio laser viene inviato sullo specchio rotante che produce così una linea sul codice a barre. La luce riflessa viene letta da un fotodiodo e convertita in un segnale A/D per evidenziare le zone chiare e scure. La decodifica degli spazi chiari e scuri, attraverso le regole specifiche di ciascun tipo di codice, genera il codice letto. Il codice letto è generalmente inviato all’elettronica di controllo tramite un’interfaccia seriale tipo RS232.

I lettori basati su sensori CCD illuminano tutto il codice con una luce a LED, l’immagine riflessa viene quindi catturata dal sensore CCD come immagine singola, decodificata e trasmessa allo stesso modo dei lettori laser.

Per i lettori laser la differenza tra scansione singola oppure raster consiste nel numero di linee che scansionano il codice. La scansione raster utilizza più linee.

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La scansione raster è quindi indicata per la lettura di codici stampati non ottimamente, anche con linee parzialmente incomplete o rovinate o macchiate, l’importante è che almeno una parte del codice sia leggibile e corretto.

La scelta tra scansione singola o raster dipende dall’orientamento delle etichette rispetto al raggio di lettura e dal fatto che i codici da rilevare siano statici oppure in movimento.

In caso di movimento in direzione “picket fence” è consigliabile un lettore tipo raster. In caso di movimento in direzione “ladder” può essere utilizzato un lettore a scansione singola che in questo caso (codice in movimento) si comporta come raster.

Se il codice può essere arrestato durante la fase di lettura optare comunque per un lettore tipo raster.

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2.6

Norme ATEX

I componenti, e quindi anche i sensori, che debbono operare in atmosfere potenzialmente esplosive (e che possono essere essi stessi fonte di innesco) debbono soddisfare la direttiva 94/9/CE

ATEX (DPR 23 marzo 1998, n.126) e recare l’apposito marchio: Vedere la direttiva per chiarimenti, esclusioni dall’obbligo di utilizzo di componenti certificati ATEX (Ex) e per attuazioni in contesti specifici, in quanto la direttiva è complessa e sono molte le classificazioni dei prodotti in base alle diverse destinazioni d’uso. La norma di riferimento per la scelta e l’installazione di impianti elettrici in atmosfera esplosiva per la presenza di gas o vapori è la Norma CEI EN 60079-14 (CEI 31-33). La CEI 31-33 integra altre norme, come per esempio la CEI 64-8.

Sostanzialmente la CEI 31-33 stabilisce i requisiti degli impianti elettrici ed i criteri di scelta degli impianti Ex in funzione del tipo di zona e della temperatura di accensione del gas o vapore.

I componenti che potenzialmente possono essere fonte di innesco secondo la EN 1127-1 cap.5 possono essere: superfici calde, fiamme e gas caldi, scintille di origine meccanica, materiale elettrico, correnti elettriche vaganti, elettricità statica, fulmine, onde elettromagnetiche e a radiofrequenza, radiazioni ionizzanti, onde d’urto.

La nuova direttiva considera adesso come fonti anche le polveri, alimentari, metalliche o vegetali. Ad esempio: farina, zucchero, cacao, alluminio, nickel, segatura, cereali, amido

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2.7

Applicazioni di sicurezza

La direttiva 89/392/CEE (direttiva Macchine), elenca i criteri per la costruzione di macchine. Durante il progetto bisogna adottare misure di sicurezza per mantenere entro un limite accettabile il livello di rischio per le persone. Dopo una stima dei rischi secondo la EN 1050 “Valutazione dei rischi” e la successiva determinazione dell’entità del rischio stesso si individua la categoria di sicurezza che deve essere applicata (consultare la norma EN 954-1 “Componenti di sicurezza dei sistemi di controllo”). Esistono 5 categorie (B, 1, 2, 3 e 4), B indica il rischio più basso.

Generalmente l’applicazione di una categoria di rischio prevede il collegamento dei vari dispositivi di sicurezza (pulsanti di emergenza, comandi a due mani, microinterruttori, barriere ottiche) ad una apposita centralina che assicura il mantenimento delle condizioni di sicurezza in caso di guasti o di attivazione di una situazione di emergenza, come ad esempio la pressione dell’apposito pulsante.

In particolare tra i sensori più utilizzati per la gestione delle sicurezze abbiamo i microinterruttori meccanici, utilizzati sovente per controllare l’apertura di ripari mobili, sportelli e carter di protezione.

Questi speciali microinterruttori sono costituiti da un corpo a forma di parallelepipedo che alloggia i contatti elettrici e da una chiavetta a forma di forcella che si inserisce all’interno del corpo in condizioni di lavoro normali. Il corpo può essere fissato al telaio della macchina e la chiavetta ad uno sportello di protezione in modo tale che l’apertura dello sportello stesso provochi l’uscita della chiavetta dal microinterruttore e l’attivazione della centralina di sicurezza con conseguente arresto dell’apparecchiatura.

PERICOLO : UTILIZZARE SOLO SENSORI CERTIFICATI SPECIFICAMENTE PER APPLICAZIONI DI SICUREZZA, ABBINATI A CENTRALINE DI CONTROLLO CERTIFICATE. ASSICURARSI CHE 60

TUTTI I COMPONENTI ED IL LORO COLLEGAMENTO RISPETTI LA CATEGORIA DI SICUREZZA CHE SI VUOLE IMPLEMENTARE. UN SENSORE NORMALE NON PUO’ ESSERE IMPIEGATO IN APPLICAZIONI DI SICUREZZA I microinterruttori di sicurezza possono avere anche la funzione di ritenuta (blocco meccanico) della chiavetta, per impedire l’apertura del riparo di protezione se non autorizzata. Questa funzione è implementata con un solenoide che attiva un chiavistello meccanico, il solenoide va alimentato a parte e può essere controllato da apposite centraline di sicurezza. I vari produttori offrono diverse soluzioni per le applicazioni più disparate.

INFORMAZIONE : il picco di corrente all’attivazione del solenoide è molto elevato. Controllare la capacità dell’alimentatore e consultare i cataloghi del costruttore dei microinterruttori che si intende utilizzare, alcuni modelli di microinterruttori sono disponibili con inserzione ritardata o scaglionata del solenoide per ovviare a questo problema.

Esistono specifici sensori magnetici per applicazioni di sicurezza.

Questi sensori vanno abbinati esclusivamente ai loro magneti che presentano codifiche ed alternanze del campo magnetico in modo che un magnete normale non possa essere utilizzato per attivare il sensore e quindi escludere la funzione di sicurezza.

Altri componenti sono le barriere ottiche, costituite da due sbarre che contengono rispettivamente gli emettitori ed i ricevitori e che si fissano ai lati della zona pericolosa. In pratica è come avere tante fotocellule una sopra l’altra che controllano l’accesso ad una zona pericolosa (ad esempio presse, organi in movimento, zone a rischio di taglio o schiacciamento). Le barriere possono avere diversi livelli di protezione, a seconda della spaziatura tra un raggio e l’altro e quindi della dimensione dell’oggetto che provoca l’attivazione dell’allarme (dito, mano, braccio, persona).

61

3

TECNICHE DI COLLEGAMENTO

Adesso che abbiamo qualche idea in più riguardo a quale tipo di sensore utilizzare per i nostri scopi è giunto il momento di installarli sulla nostra apparecchiatura ma soprattutto dobbiamo collegarli elettricamente.

3.1

Sensori con USCITA ON-OFF

La quasi totalità dei sensori si presenta con la possibilità di essere collegato tramite un cavo in dotazione, comprendente il numero di conduttori necessario.

Il cavo può essere parte integrante del sensore (si parla allora di sensore con uscita cavo) oppure il sensore può presentare un connettore al quale collegare il cavo elettrico (sensori con connettore). Questa seconda soluzione è leggermente più costosa ma molto più pratica sia in fase di montaggio che in caso di successive manutenzioni, in quanto per sostituire un eventuale sensore rotto basta staccare il connettore senza bisogno di scollegare tutto il cavo dall’impianto.

I connettori per sensori cono solitamente circolari e con una ghiera che li blocca in posizione una volta avvitata, di dimensioni M8 oppure M12, con possibilità di utilizzare cavi contenenti dai 2 ai 4 conduttori. Sensori speciali possono avere cavi con 8 conduttori o più, sempre mantenendo la connessione con connettore M12.

Il connettore maschio è attaccato al sensore, mentre il cavo presenta il connettore femmina, in questo modo non è possibile toccare accidentalmente i contatti del connettore collegato al quadro elettrico causando così pericolosi corto circuito. I cavi con connettore per sensori sono equivalenti tra le varie marche.

62

Sensori molto piccoli possono avere un’uscita cavo con il connettore M8 posto lungo il cavo stesso.

I sensori più comunemente utilizzati presentano collegamenti a 2 oppure 3 fili. Per un sensore a 2 fili di solito questi sono di colore BLU e MARRONE mentre per quelli a 3 fili sono BLU, MARRONE e NERO. ATTENZIONE : prestare attenzione quando si collegano i sensori a 2 e 3 fili. In un impianto con logica PNP il sensore a 2 fili deve essere collegato con il filo MARRONE all’alimentazione positiva (24V) ed il filo BLU è la sua uscita (generalmente collegata all’ingresso di un PLC). Per il sensore a 3 fili invece il filo MARRONE va collegato alla 24V positiva, il filo BLU all’alimentazione negativa mentre il filo NERO è l’uscita (al PLC).

Per i sensori con un numero di fili maggiore consultare le specifiche del produttore. Generalmente un quarto filo può essere utilizzato se il sensore presenta contemporaneamente 2 uscite (una invertita rispetto all’altra) oppure per funzioni di apprendimento (tarature automatiche del sensore effettuate dalla logica dell’impianto senza l’intervento di un tecnico). Possono anche esistere sensori con entrambe le uscite ON-OFF ed analogica prelevabili tramite lo stesso cavo.

PERICOLO : esistono sensori che hanno la possibilità di lavorare a tensione di rete (220 Vac). Prestare la massima attenzione nel collegare questo tipo di sensori.

63

3.2

Sensori con USCITA ANALOGICA

Un tipico sensore con uscita analogica può presentarsi con uscita cavo o con connettore, come descritto per i sensori ON-OFF. Solitamente i sensori (trasduttori) di questo tipo sono collegati singolarmente al dispositivo di controllo (modulo analogico di un PLC, termoregolatore, scheda elettronica dedicata) tramite il proprio cavo.

Per i trasduttori con uscita in tensione il tipo più diffuso di collegamento è con un cavo a 3 fili (alimentazione + e - e segnale di uscita), ed è consigliabile utilizzare un cavo schermato per evitare di avere dei disturbi elettrici che vadano ad influenzare il segnale in uscita.

Per i trasduttori con uscita in corrente è possibile avere un cavo a 2 oppure 4 conduttori, 2 per l’alimentazione e 2 per il loop di corrente.

I componenti più evoluti possono avere anche un collegamento seriale (standard RS232 o RS485) che consente il collegamento diretto ad un PC oppure ad un modulo di un PLC.

3.2.1

Termocoppie e Termoresistenze

Questi tipi di trasduttori di temperatura presentano spesso un collegamento con un cavo a 2 fili. Nella quasi totalità dei casi non è previsto un connettore ed il cavo elettrico è parte integrante del dispositivo. Le termoresistenze PT100 possono avere anche 3 o 4 fili.

Le termocoppie sono polarizzate, quindi rispettare la polarità nel collegamento. I colori dei fili possono variare a seconda del tipo di termocoppia, inoltre lo stesso tipo di sensore può presentare una colorazione diversa a seconda della nazionalità del produttore.

64

INFORMAZIONE : i fili delle termocoppie sono costituiti dello stesso materiale del giunto. Non prolungare i fili se non è necessario. Se non ci sono alternative procurarsi del cavo adatto, consultare il produttore.

La tabella seguente mostra la colorazione dei fili secondo la norma internazionale IEC 584-3, per i cavi di prolunga consultare anche la normativa DIN EN 60584-1.

TERMOCOPPIE J

K

E

T

R

Materiali

Fe-CuNi

NiCr-NiAl

NiCr-CuNi

Cu-CuNi

PtRh/Pt

Filo positivo

Nero

Verde

Viola

Marrone

Arancio

Filo negativo

Bianco

Bianco

Bianco

Bianco

Bianco

Le termoresistenze tipo PT100 più diffuse in ambiente industriale sono a 2 e 3 fili, quelle a 3 fili permettono una misura più accurata

65

perché permettono di compensare gli errori introdotti dalla resistenza degli stessi fili di collegamento.

Le PT100 a 4 fili sono spesso utilizzate per applicazioni di laboratorio per la loro maggiore precisione. La tecnica di collegamento con compensazione è ormai caduta in disuso, viene utilizzata la classica voltamperometrica. nei modelli a due fili è comunque possibile la compensazione della resistenza dei cavi per mezzo di una resistenza esterna di compensazione. Consultare i datasheet del produttore.

3.2.2

Celle di Carico e Trasduttori a Ponte

Di seguito si riporta il collegamento classico di un trasduttore a ponte di Wheatstone. Due fili sono utilizzati per l’alimentazione ed i restanti due per il segnale da inviare all’elettronica di controllo.

Spesso questo tipo di trasduttori viene venduto con una scheda di condizionamento fornita dallo stesso produttore.

Le colorazioni dei fili possono cambiare a seconda del costruttore e del modello, verificare sempre il catalogo ed il foglio tecnico a corredo del sensore prima di effettuare i collegamenti.

66

3.3

Collegamento degli ENCODER

Gli encoder necessitano di alimentazione per il funzionamento, prestare quindi molta attenzione nel collegamento. Molti encoder

funzionano a tensioni più basse della classica 24Vdc (12V o anche 5V), assicurarsi quindi di avere la tensione di alimentazione corretta a disposizione. Verificare inoltre che l’uscita dell’encoder stesso sia compatibile con il circuito di ingresso (scheda motore, elettronica dedicata, PLC…).

Un tipico encoder con canali A, B e Z presenta un cavo di alimentazione con i fili Rosso (alimentazione positiva), Nero (alimentazione negativa) e altri colori (tipicamente Bianco, Giallo e Verde) per i vari segnali.

ATTENZIONE : verificare sempre il foglio tecnico dell’encoder ed anche l’etichetta posta sullo stesso. Di solito sull’etichetta sono indicati i fili di collegamento con colore e funzione. Sull’etichetta è anche indicato il valore di tensione di alimentazione.

67

3.4

PUNTO-A-PUNTO e BUS DI CAMPO

Una volta scelto il tipo di sensore e di cavo di collegamento dobbiamo finalmente collegare il tutto al nostro impianto. Raramente avremo un solo sensore da collegare, molto più probabile sarà avere un certo numero di sensori di diverso tipo da collegare insieme alla logica centrale dell’impianto.

Supponiamo di avere un PLC nel nostro quadro elettrico che dovrà gestire la logica dell’apparecchiatura che stiamo allestendo.

Possiamo collegare ciascun sensore ad un ingresso diverso del PLC (ovviamente solo l’uscita del sensore, per l’alimentazione si predisporrà una apposita morsettiera) arrivando direttamente con il cavo del sensore al PLC, passando se necessario in una morsettiera se il cavo del sensore è troppo corto.

Questo collegamento e detto punto a punto, ciascun sensore è collegato singolarmente alla logica dell’impianto. Un collegamento di questo tipo è quello più economico in termini di spesa ma diventa poco pratico se nello stesso impianto abbiamo molti sensori.

In caso di impianti con molti sensori (possono essere centinaia in una macchina automatica di grosse dimensioni) si utilizza un collegamento utilizzando un cosiddetto bus di campo.

Il bus di campo è un sistema per poter collegare più sensori (ma non solo sensori) a delle morsettiere locali, con collegamento a morsetti tradizionali o con più pratici connettori. Queste morsettiere, di solito moduli ad 8 o 16 posti, sono poi collegate tra di loro tramite uno speciale cavo che si collega a sua volta al PLC (direttamente o tramite un modulo opzionale). In pratica il sistema è come una piccola rete con collegamento seriale, nella quale il PLC controlla lo stato dei sensori dialogando con i moduli posti sull’impianto, nelle vicinanze dei sensori stessi. In questo modo si riduce drasticamente il numero di fili che vanno dall’impianto al quadro elettrico, in quanto basta solo il cavo seriale che collega il PLC a tutti i moduli.

68

Esistono diversi tipi di bus di campo ma il collegamento è simile per tutti. Gli standard industriali sono diversi e non compatibili tra loro, i moduli ai quali si collegano i sensori hanno al loro interno una scheda elettronica progettata specificamente per un solo tipo di bus di campo, quindi bisogna assicurarsi che tutti i moduli che si intende collegare ed il PLC siano espressamente costruiti per il tipo di bus che si intende utilizzare. Tra i più diffusi possiamo citare gli standard ProfiBus, DeviceNet e CANBus. Il collegamento tramite bus di campo è molto più costoso rispetto a quello punto-punto, possiamo considerare a grandi linee una spesa 5-10 volte maggiore, ma l’investimento iniziale si ripaga in quanto il collegamento dei vari sensori è molto più veloce e si utilizzano molti fili in meno. Oltre a questo si ha il vantaggio di avere un PLC più compatto in quanto basta un solo modulo di comunicazione con il bus di campo per controllare lo stato di tutti i sensori, potendo così realizzare un quadro elettrico di dimensioni minori.

3.5

SERIE e PARALLELO di SENSORI ON-OFF

Molti produttori pubblicano, nei loro cataloghi e nei data sheet dei sensori, esempi di collegamento di due o più sensori in serie (il primo sensore attivandosi alimenta il secondo la cui uscita va al circuito di controllo) oppure in parallelo (l’uscita di più sensori va allo stesso ingresso del circuito di controllo).

ATTENZIONE : se proprio necessario il collegamento SERIE o PARALLELO attenersi scrupolosamente alle indicazioni del costruttore INFORMAZIONE : A causa di problemi che possono insorgere nella ricerca guasti, nel corretto posizionamento e cablaggio di sensori in SERIE o PARALLELO, si sconsiglia vivamente questa pratica. Collegare ciascun sensore al proprio ingresso del PLC o della scheda di controllo 69

4

SCHEDE SENSORI Segno grafico e simboli

Nelle schede dei sensori sono indicati il segno grafico per la realizzazione degli schemi elettrici e la relativa sigla da assegnare al componente. Data la grande varietà di sensori e trasduttori non è sempre facile l’identificazione del corretto simbolo e relativa sigla.

Per i segni grafici può essere utile la consultazione della norma EN 60617 in caso di dubbio. Molti programmi CAD per disegno di impianti elettrici hanno già delle librerie di simboli molto complete e rispettanti la normativa vigente.

Di seguito viene riportata una tabella per l’aiuto nella scelta della sigla corretta da associare al simbolo grafico a seconda del tipo di sensore. Eventualmente consultare anche la norma CEI EN 602041/A1. In caso di dubbio può essere utilizzata anche solo la prima lettera (B, S) oppure, in casi estremi, è possibile l’utilizzo della lettera E, che può essere utilizzata sempre per qualsiasi tipo di componente che non si riesca a fare rientrare in una categoria ben identificata. a

1 lettera

Tipo

Oggetto

Sigla

Trasduttore di pressione

BP

Trasduttore di posizione

BQ

Dinamo tachimetrica

BR

Trasduttore di temperatura

BT

Trasduttore di velocità

BV

Sensore di livello liquido

SL

Apparecchi di comando e di

Pressostato

SP

controllo

Sensore di prossimità

SQ

uscita ON-OFF

Sensore di rotazione

SR

Termostato

ST

Trasduttori di una B

grandezza non elettrica in una elettrica (e viceversa) uscita analogica

S

70

Termini tecnici caratteristici Vari termini che si possono trovare nei cataloghi e nei fogli tecnici dei produttori. Alcuni termini sono validi solo per un certo tipo di sensori, ad esempio la DISTANZA DI RILEVAMENTO non ha senso in un trasduttore di PRESSIONE. Vedere anche la spiegazione dei vari termini utilizzati nel paragrafo 2.2.1.

Assorbimento: consumo del sensore alimentato ed in stato di riposo (uscita non attiva).

Campo di misura: lo spazio in cui l'oggetto da misurare deve essere collocato in modo da avere una lettura stabile nei parametri dichiarati.

Alcune tipologie di sensori hanno una distanza fissa di rilevamento.

Corrente massima di uscita: massima corrente prelevabile dal sensore.

Corrente minima di uscita: valore minimo di corrente che garantisce un funzionamento affidabile.

Distanza di Intervento: tipicamente indicata nei sensori di prossimità, è talvolta indicata con Sn. E’ la distanza alla quale il sensore rileva un oggetto campione, tipicamente un piattino di ferro per i sensori induttivi.

Frequenza di lavoro: massimo numero di commutazioni al secondo.

Isteresi: per un sensore ON-OFF è la differenza tra il valore di eccitazione e quello di diseccitazione (per un proximity è la differenza della distanza dal target). Può essere espresso in valore assoluto o in percentuale della Sn. Vedi anche il paragrafo 2.2.1.

Ondulazione

residua:

è

la

percentuale

di

tensione

alternata

(raddrizzata, misurata picco-picco) sovrapposta alla tensione continua di alimentazione del sensore. In genere per i sensori in DC è ammessa un’ondulazione residua del 15%.

Rapporto segnale/rumore (SNR): grandezza che mette evidenzia la potenza del segnale utile rispetto a quella del rumore in qualsiasi sistema di

acquisizione,

elaborazione

o

solitamente espressa in decibel.

71

trasmissione

dell'informazione,

Risoluzione: la più piccola variazione di misura che può essere apprezzata dal sensore.

Ritardo di risposta: è il tempo che intercorre tra il rilevamento e la commutazione dell’uscita.

Stabilità in temperatura: indica la percentuale di errore nella misura unità di temperatura (°C). In pratica si ha una deviazione della misura alle diverse temperature. La stabilità in temperatura molto importante per poter

effettuare

misurazioni

accurate

in

particolare

modo

nelle

applicazioni industriali in cui possono verificarsi notevoli variazioni di temperatura.

Temperatura ambiente: la temperatura alla quale sono garantite le specifiche tecniche.

Tempo di risposta: il tempo impiegato dal segnale di uscita per passare dal 10% al 90%.

Tensione nominale: range di tensione che garantisce il funzionamento corretto. Non superare la tensione massima indicata.

Velocità di campionamento: è la frequenza con cui il segnale analogico viene campionato durante la conversione analogico/digitale. Ovvero indica ogni quanto tempo viene rilevato un campione della grandezza da misurare.

72

SENSORE INDUTTIVO PROSSIMITA’ / PRESENZA ON/OFF SEGNALE IN USCITA PROXIMITY INDUTTIVO NOME DEL SENSORE INDUTTIVO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO CARATTERISTICHE TECNICHE PRINCIPALI Tensione di alimentazione 10-30 Vdc Uscita PNP o NPN Sn distanza di lettura variabile con le dimensioni del sensore da <1 mm sino a >10 mm TIPOLOGIA COSTRUTTIVA GRANDEZZA DA MISURARE

La tipica forma di un sensore induttivo è con corpo cilindrico, liscio (diametro da 4mm a 6,5mm) o filettato (da M4 a M30), generalmente metallico (ottone cromato, acciaio). La zona di lettura, l’estremità del cilindro, è generalmente di materiale plastico.

Il fissaggio avviene, per i sensori filettati, con i dadi forniti in dotazione, attraverso un foro o con una staffa dedicata. Quest’ultima soluzione permette solitamente l’orientamento ed il posizionamento preciso del sensore stesso, in quanto le staffe possiedono fori ed asolature specifiche.

Esistono modelli schermati e non schermati. Un sensore schermato in pratica è interamente in metallo per tutta la sua lunghezza, con la zona di lettura in materiale plastico a filo del contenitore. Uno non schermato presenta l’estremità sensibile in materiale plastico sporgente. Un sensore schermato può essere alloggiato per intero in un foro metallico senza pregiudicare la lettura. Usare sempre sensori schermati se vi sono metalli in ingombro nella zona di lettura.

Esistono sensori induttivi di varia forma come parallelepipedi o sensori con forma appiattita, per poter essere inseriti in spazi ristretti. Un'altra forma tipica è quella ad anello. Questi sensori non cilindrici sono generalmente realizzati in materiale plastico.

73

APPLICAZIONI TIPICHE Rilevamento di presenza (prossimità) di oggetti metallici.

Rilevamento della posizione di organi in movimento (fine corsa).

Verifica passaggio pezzi (ad esempio passaggio di viti per caduta in un condotto di materiale plastico) con sensore ad anello.

SQ

SIGLA DA USARE NEGLI SCHEMI

SIMBOLO GRAFICO

INFORMAZIONE : la distanza di lettura nominale Sn che si trova nei cataloghi si riferisce ad un target in FERRO. Se si intende rilevare un materiale diverso dal ferro tenere conto che la distanza di lettura diminuisce Vedere la tabella seguente:.

Riduzione della distanza di commutazione per lettura di materiali diversi dal ferro (Fe 360 – Sn valore nominale 1).

Valore Sn

Materiale

1

FE 360

1

Acciaio / Ghisa

0,6 – 0,9

Acciaio Inox

0,7

Nichel

0,3 – 0,4

Rame / Alluminio

0,4 - ,05

Ottone / Bronzo

74

SENSORE CAPACITIVO PROSSIMITA’ / PRESENZA ON/OFF SEGNALE IN USCITA PROXIMITY CAPACITIVO NOME DEL SENSORE CAPACITIVO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO CARATTERISTICHE TECNICHE PRINCIPALI Tensione di alimentazione 10-30 Vdc Uscita PNP o NPN Sn distanza di lettura variabile con le dimensioni del sensore da <1 mm sino a >10 mm Possibilità di regolazione della sensibilità su alcuni modelli GRANDEZZA DA MISURARE

TIPOLOGIA COSTRUTTIVA La tipica forma di un sensore capacitivo è con corpo cilindrico filettato di materiale plastico. Le dimensioni possono variare, generalmente i sensori più piccoli hanno il corpo con filetto M8, quelli più grandi possono arrivare a filetti di M30 o più.

Il fissaggio avviene con i dadi forniti in dotazione, attraverso un foro o con una staffa dedicata. Quest’ultima soluzione permette solitamente l’orientamento ed il posizionamento preciso del sensore stesso, in quanto le staffe possiedono fori ed asolature specifiche.

APPLICAZIONI TIPICHE Rilevamento di oggetti non metallici o non magnetici, rilevamento di liquidi e polveri.

75

SQ

SIGLA DA USARE NEGLI SCHEMI SIMBOLO GRAFICO

Alcuni sensori capacitivi possono avere un amplificatore separato dalla testa di lettura, il simbolo grafico rimane lo stesso, può essere aggiunto un generico rettangolo simboleggiante l’amplificatore.

INFORMAZIONE : la distanza di lettura nominale Sn che si trova nei cataloghi si riferisce ad un target in METALLO. Se si intende rilevare un materiale diverso tenere conto che la distanza di lettura diminuisce.

Vedere la tabella seguente: Riduzione della distanza di commutazione per lettura di materiali non metallici (Sn valore nominale 1).

Valore Sn

Materiale

1

Metallo / Acqua

0,5

Plastica / Vetro

0,2 – 0,7

Legno

0,1

Olio

76

SENSORE A SBARRAMENTO PRESENZA / PASSAGGIO ON/OFF SEGNALE IN USCITA FOTOCELLULA A NOME DEL SENSORE SBARRAMENTO OTTICO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO CARATTERISTICHE TECNICHE PRINCIPALI Tensione di alimentazione 10-30 Vdc Uscita PNP o NPN Distanza di lettura variabile, a seconda della tecnologia utilizzata, da pochi cm a diverse decine di metri Tecnologia utilizzata a luce visibile, infrarossa o laser Funzionamento Light-ON oppure Dark-ON (uscita attiva con raggio interrotto) Possibilità di regolazione della sensibilità e dell’eventuale ritardo alla diseccitazione Possibilità di autoapprendimento TIPOLOGIA COSTRUTTIVA GRANDEZZA DA MISURARE

La tipica forma di un sensore a sbarramento è con proiettore e ricevitore separati e alimentati separatamente.

I due componenti di solito sono delle stesse dimensioni e possono essere di forma cilindrica (un formato comune è con corpo filettato M18), o a parallelepipedo. Possono essere di materiale plastico o metallico.

E’ possibile anche l’utilizzo di fibre ottiche, in questo caso solitamente l’amplificatore al quale vanno collegate le due fibre è un pezzo unico.

Un altro esempio di sensore a sbarramento in un corpo unico è quello dei sensori a forcella che utilizzano luce visibile o laser. In pratica in un corpo a forma di C sono incorporati proiettore e ricevitore, risultando più robusti e semplici da installare rispetto alle fibre ottiche, se non vi sono problemi di spazio.

77

APPLICAZIONI TIPICHE Rilevamento di oggetti di qualsiasi tipo, anche a notevole distanza con tecnologia laser. Rilevamento del passaggio di oggetti su rulliere o nastri trasportatori.

Rilevamento accesso e passaggio di mezzi anche in ambienti molto grandi (magazzini, capannoni).

Possibilità di rilevare anche piccoli oggetti che si muovono ad alta velocità utilizzando sensori con funzione di ritardo allo spegnimento.

SIGLA DA USARE NEGLI SCHEMI SIMBOLO GRAFICO

SQ

INFORMAZIONE : curare l’allineamento tra proiettore e ricevitore, soprattutto nel caso di utilizzo di fibre ottiche. Un allineamento non corretto pregiudica la funzionalità del sensore e può generare false letture. Per i modelli a fibra ottica con amplificatore provvisto di display è possibile utilizzare il display stesso per ricercare l’allineamento corretto.

INFORMAZIONE : attenzione a lasciare un po’ di spazio tutto attorno al raggio di lettura. Il ricevitore potrebbe rilevare riflessi della superficie di montaggio se troppo vicina, causando così false letture.

78

SENSORE A RETRORIFLESSIONE PRESENZA / PASSAGGIO ON/OFF FOTOCELLULA A RETRORIFLESSIONE O A CATARIFRANGENTE OTTICO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO CARATTERISTICHE TECNICHE PRINCIPALI Tensione di alimentazione 10-30 Vdc Uscita PNP o NPN Distanza di lettura variabile, a seconda della tecnologia utilizzata, da pochi cm a diversi metri Tecnologia utilizzata a luce visibile o infrarossa Funzionamento Light-ON oppure Dark-ON (uscita attiva con raggio interrotto) TIPOLOGIA COSTRUTTIVA La tipica forma di un sensore a retroriflessione è cilindrica con corpo filettato oppure a parallelepipedo. Possono essere di materiale plastico o metallico.

APPLICAZIONI TIPICHE Rilevamento di oggetti di qualsiasi tipo, anche a notevole distanza.

Rilevamento del passaggio di oggetti su rulliere o nastri trasportatori.

Rilevamento accesso e passaggio di mezzi anche in ambienti molto grandi (magazzini, capannoni).

Possibilità di rilevare anche oggetti trasparenti come vetri o materiali plastici.

GRANDEZZA DA MISURARE SEGNALE IN USCITA NOME DEL SENSORE

79

SIGLA DA USARE NEGLI SCHEMI SIMBOLO GRAFICO

SQ

Il simbolo grafico qui rappresentato è composto dal simbolo di un sensore a sbarramento più la parte di destra che rappresenta il rifrangente. E’ in genere accettato in questa forma.

INFORMAZIONE : il catarifrangente può essere anche non perfettamente parallelo al piano del sensore, angolazioni di 45° e oltre non compromettono la lettura, è comunque consigliabile restare il più parallelo possibile per ottenere il massimo delle prestazioni del sensore in termini di sensibilità e distanza di lettura.

80

SENSORE A TASTEGGIO DIRETTO PRESENZA / PASSAGGIO ON/OFF FOTOCELLULA TASTEGGIO DIRETTO – A RIFLESSIONE OTTICO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO CARATTERISTICHE TECNICHE PRINCIPALI Tensione di alimentazione 10-30 Vdc Uscita PNP o NPN Distanza di lettura variabile, a seconda della tecnologia utilizzata Tecnologia utilizzata a luce visibile, infrarossa o laser Funzionamento Light-ON oppure Dark-ON (uscita attiva con raggio interrotto) Possibilità di regolazione della sensibilità e dell’eventuale ritardo alla diseccitazione Possibilità di autoapprendimento Possibilità di soppressione dello sfondo TIPOLOGIA COSTRUTTIVA GRANDEZZA DA MISURARE SEGNALE IN USCITA NOME DEL SENSORE

La tipica forma di un sensore a retroriflessione è cilindrica con corpo filettato oppure a parallelepipedo. Possono essere di materiale plastico o metallico.

E’ possibile anche l’utilizzo di fibre ottiche, per questo tipo di sensori la fibra solitamente è sdoppiata dalle parte dell’amplificatore (proiettore e ricevitore) ma unita dalla parte di lettura (terminale metallico filettato).

APPLICAZIONI TIPICHE Rilevamento di oggetti di qualsiasi tipo, anche a notevole distanza con tecnologia laser. Rilevamento del passaggio di oggetti su rulliere o nastri trasportatori.

Possibilità di rilevare anche piccoli oggetti che si muovono ad alta velocità utilizzando sensori con funzione di ritardo allo spegnimento.

81

SIGLA DA USARE NEGLI SCHEMI SIMBOLO GRAFICO

SQ

INFORMAZIONE : la distanza di lettura e la ripetibilità di funzionamento dipendono fortemente dalle caratteristiche dell’oggetto da rilevare, in quanto il sensore si basa sulla luce riflessa dall’oggetto stesso. Oggetti molto scuri oppure curvi potrebbero essere difficili da rilevare anche con sensori laser.

INFORMAZIONE : evitare che il raggio emesso dal sensore sia parallelo ad una superficie troppo vicina (ad esempio il piano di appoggio del sensore stesso) perché potrebbero verificarsi false letture, soprattutto in presenza di superfici irregolari.

INFORMAZIONE : valutare la distanza dello sfondo in assenza dell’oggetto da rilevare. Se lo sfondo è troppo vicino all’oggetto utilizzare un sensore con funzione di soppressione dello sfondo oppure rivestire lo sfondo stesso con un materiale a basso potere riflettente (ad esempio plastica nera opaca).

82

SENSORE DI CONTRASTO CONTRASTO ON/OFF SENSORE DI CONTRASTO – LETTORE DI TACCHE OTTICO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO CARATTERISTICHE TECNICHE PRINCIPALI Tensione di alimentazione 10-30 Vdc Uscita PNP o NPN Tecnologia utilizzata a luce visibile solitamente bianca Possibilità di autoapprendimento TIPOLOGIA COSTRUTTIVA La tipica forma di un lettore di tacche è a parallelepipedo. Possono essere di materiale plastico o metallico.

GRANDEZZA DA MISURARE SEGNALE IN USCITA NOME DEL SENSORE

APPLICAZIONI TIPICHE E’ possibile rilevare anche contrasti impercettibili come lavorazioni diverse sullo stesso materiale.

Utilizzati per la realizzazione di contagiri (lettura di tacche su alberi in rotazione).

SIGLA DA USARE NEGLI SCHEMI SIMBOLO GRAFICO

83

SQ

SENSORE DI LUMINESCENZA LUMINESCENZA GRANDEZZA DA MISURARE ON/OFF SEGNALE IN USCITA SENSORE DI LUMINESCENZA NOME DEL SENSORE OTTICO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO CARATTERISTICHE TECNICHE PRINCIPALI Tensione di alimentazione 10-30 Vdc Uscita PNP o NPN Tecnologia utilizzata a luce ultravioletta Possibilità di autoapprendimento TIPOLOGIA COSTRUTTIVA La tipica forma di un sensore di luminescenza è a parallelepipedo.

Possono essere di materiale plastico o metallico.

APPLICAZIONI TIPICHE Rilevamento di vetri o specchi, etichette e materiali non visibili ad occhio nudo.

Utilizzati nel settore ceramico per leggere tacche non visibili sulle piastrelle, nel settore confezionamento per rilevare collanti, tessile (guide di taglio e cucito), vernici SIGLA DA USARE NEGLI SCHEMI SIMBOLO GRAFICO

84

SQ

SENSORE DI COLORE COLORE GRANDEZZA DA MISURARE ON/OFF o ANALOGICO SEGNALE IN USCITA SENSORE DI COLORE NOME DEL SENSORE OTTICO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO CARATTERISTICHE TECNICHE PRINCIPALI Tensione di alimentazione 10-30 Vdc Uscita PNP o NPN Tecnologia utilizzata a luce RGB Possibilità di autoapprendimento TIPOLOGIA COSTRUTTIVA La tipica forma di un sensore di colore è a parallelepipedo. Possono essere di materiale plastico o metallico.

APPLICAZIONI TIPICHE Utilizzati per controlli di qualità, identificazione, selezione oggetti.

Verifica di integrità e completezza di un assemblaggio (ad esempio verifica dell’assemblaggio di un pezzo colorato su un assieme di colore diverso) SIGLA DA USARE NEGLI SCHEMI SIMBOLO GRAFICO

SQ RGB

85

SENSORE DI DISTANZA DISTANZA GRANDEZZA DA MISURARE ON/OFF o ANALOGICO SEGNALE IN USCITA SENSORE DI DISTANZA NOME DEL SENSORE OTTICO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO CARATTERISTICHE TECNICHE PRINCIPALI Tensione di alimentazione 10-30 Vdc Uscita PNP o NPN Tecnologia utilizzata a luce visibile, infrarosso o laser Possibilità di autoapprendimento Possibilità di regolazione della sensibilità e dell’eventuale ritardo alla diseccitazione TIPOLOGIA COSTRUTTIVA La tipica forma di un sensore di misura distanza è a parallelepipedo.

Possono essere di materiale plastico o metallico.

APPLICAZIONI TIPICHE Utilizzati per applicazioni di misura (micrometri ottici), per gestione di magazzini (carrelli automatici), controllo dell’avvolgimento / svolgimento di film plastici o cartacei.

Altre possibili applicazioni sono sulle macchine di lavorazione e controllo (frese, torni) per verifica di tolleranze e misure di eccentricità.

SIGLA DA USARE NEGLI SCHEMI SIMBOLO GRAFICO

86

SQ

MICROINTERRUTTORI PRESENZA GRANDEZZA DA MISURARE ON/OFF SEGNALE IN USCITA MICROINTERRUTTORE NOME DEL SENSORE MECCANICO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO CARATTERISTICHE TECNICHE PRINCIPALI Non necessita di alimentazione Uscita con contatto NA o NC, anche più di un contatto contemporaneamente Possibilità di utilizzo per applicazioni di sicurezza TIPOLOGIA COSTRUTTIVA I microinterruttori hanno forme e dimensioni molto diverse, possono essere a parallelepipedo oppure cilindrici, di materiale plastico o metallici. La maggior parte dei modelli è un parallelepipedo che alloggia i contatti elettrici, al quale è stabilmente abbinato il tastatore (attuatore) che può assumere le forme più disparate.

Gli attuatori più comuni sono linguette di materiale metallico sagomabili, linguette con una rotella all’estremità, aste metalliche molleggiate, rientranti a cursore, staffe incernierate con asolature per il montaggio di accessori come rotelle o perni scorrevoli. Praticamente tutti gli attuatori hanno un movimento di ritorno alla posizione di riposo effettuato da una molla.

Molti costruttori permettono di scegliere separatamente e quindi abbinare il corpo del microinterruttore ed il tipo di attuatore ed eventuali accessori.

APPLICAZIONI TIPICHE Rilevamento di oggetti per contatto, finecorsa di movimenti, applicazioni di sicurezza, controllo apertura sportelli.

Speciali microinterruttori di sicurezza sono azionabili tramite funi di acciaio che corrono lungo il perimetro dell’area pericolosa e che possono essere azionate tirandole a mano.

87

SIGLA DA USARE NEGLI SCHEMI SIMBOLO GRAFICO

SQ

Il simbolo grafico rappresentato si riferisce ad un contatto NA normalmente aperto (a sinistra) ed un contatto NC normalmente chiuso (a destra).

Un microinterruttore può avere anche piÚ contatti che si azionano allo stesso momento. Possono essere presenti varie combinazioni, anche miste con contatti NA ed NC. In caso di contatti multipli è buona norma unire con un tratteggio, nello schema, i simboli dei vari contatti che appartengono allo stesso microinterruttore.

88

SENSORE MAGNETICO PRESENZA GRANDEZZA DA MISURARE ON/OFF SEGNALE IN USCITA MAGNETICO NOME DEL SENSORE MAGNETICO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO CARATTERISTICHE TECNICHE PRINCIPALI Alimentazione da 5 a 30 Vdc, con uscita a 2 o 3 fili Uscita con contatto NA o NC PossibilitĂ di utilizzo per applicazioni di sicurezza TIPOLOGIA COSTRUTTIVA I sensori magnetici possono essere ad effetto Hall, quindi elettronici con uscita a 3 fili ed avere svariate forme (cilindrici, parallelepipedi oppure sagomati per permettere il montaggio in applicazioni speciali come sugli attuatori pneumatici).

Possono anche essere dei contatti tipo reed, quindi un vero contatto a lamelle ed uscita a 2 fili ed avere le stesse forme costruttive dei sensori Hall.

Esistono anche sensori per applicazioni di sicurezza, cilindrici o a parallelepipedo con abbinato un magnete dedicato, solitamente della stessa forma e colore.

In genere questi sensori hanno il cavo elettrico integrato ma esistono anche versioni con connettore.

APPLICAZIONI TIPICHE Rilevamento di posizione degli attuatori pneumatici che presentano al loro interno un magnete solidale allo stelo in movimento.

Applicazioni di sicurezza.

89

SIGLA DA USARE NEGLI SCHEMI SIMBOLO GRAFICO

SQ

Il simbolo grafico rappresentato si riferisce ad un contatto NA normalmente aperto.

Le lamine metalliche possono essere ricoperte da materiali nobili che danno la possibilità di pilotare direttamente altri circuiti o carichi anche induttivi. Rispetto ai tradizionali finecorsa meccanici (microswitch) i sensori magnetici sono protetti dalla polvere (i contatti sono sotto vetro), hanno una durata molto maggiore, non necessitano di manutenzione.

INFORMAZIONE : per allungare la vita di un contatto reed è bene mettere un gruppo RC in parallelo al sensore stesso oppure un diodo in antiparallelo al carico (bobina relè…)

90

APPENDICI Tabelle di conversione delle unità di misura ENERGIA J

erg

kgm

cal

kWh

J

1

10

7

0,102

0,239

2,78⋅10

erg

10

1

1,02⋅10

2,39⋅10

kg

9,807

9,81⋅10

9

1

2,34

cal

4,19

4,19⋅10

7

0,4266

1

kW

3,6⋅10

eV

1,60⋅10

-7

6

-8

13

3,6⋅10

-19

1,60⋅10

-12

3,7⋅10 1,63⋅10

5

8,6⋅10

-20

3,83⋅10

-8

-7

6,25⋅10

18

-14

6,24⋅10

11

2,73⋅10

-9

6,13⋅10

19

1,16⋅10

-6

2,61⋅10

19

2,25⋅10

25

2,78⋅10

5

eV

1

-20

4,44⋅10

-26

1

POTENZA kW

CV

kW

1

1.36

CV

0.735

1

TEMPERATURA Da gradi Celsius a gradi F h it

Da gradi Farenheit a gradi Celsius

F=9/5C+32

C=5/9(F-32)

1°K gradi Kelvin = -273.16°C = zero assoluto

91

PRESSIONE mBar

Pa (N/m2)

mmHg (torr)

mmH2O (kg/m2)

PSI (lb/in2)

mBar

1

100

0.75006

10.197

0.014504

Pa

0,01

1

0,0075

0,10197

0.000145

mmHg

1.3332

13,332

1

13.595

0.019337

mmH2O

0.098066

98066

0.073556

1

0.0014223

PSI

68.948

6894,8

51.715

703.07

1

mmHg riferiti a 0°C , mm Acqua riferiti a 4°C 10’000 mm H2O = 1 at (atmosfera tecnica) 1 Bar = 1'000’000 Pa 1 atm (atmosfera fisica) = 1,033 at = 760 mmHg = 1013 mBar RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA Lunghezza d’onda (nm)

Tipo di luce

100 - 280

Ultravioletto C

280 - 315

Ultravioletto B

315 - 380

Ultravioletto A

380 - 455

Viola

455 - 495

Blu

495 - 558

Verde

558 - 597

Giallo

597 - 622

Arancio

622 - 750

Rosso

750 - 1400

Infrarosso A

92

Gradi di protezione IP La sigla IP indica il grado di protezione delle apparecchiature, secondo gli standard IEC. La prima cifra indica il grado di protezione contro l’accesso di oggetti estranei, la seconda cifra il grado di protezione all’acqua. La sigla si compone con IP e le cifre, ad esempio IP-54.

0 1 2 3 4

Nessuna protezione Protetto contro gli oggetti estranei solidi del diametro di 50mm o maggiore e contro l’accesso della mano Protetto contro gli oggetti estranei solidi del diametro di 12mm o maggiore e contro l’accesso con un dito Protetto contro gli oggetti estranei solidi del diametro di 2,5mm o maggiore e contro l’accesso con uno strumento Protetto contro gli oggetti estranei solidi del diametro di 1mm o maggiore e contro l’accesso con ad esempio un filo

5

Protetto contro la polvere

6

A tenuta di polvere

0

Nessuna protezione

1

Protetto contro gocce d’acqua che cadono in verticale (condensa)

2

Protetto contro gocce d’acqua che cadono fino a 15° dalla verticale

3

Protetto contro cadute d’acqua a pioggia fino a 60° dalla verticale

4

Protetto contro getti d’acqua da tutte le direzioni

5

Protetto contro getti d’acqua con lancia da tutte le direzioni

6

Protetto contro potenti getti d’acqua tipo onde sulle navi

7

Protetto contro l’immersione temporanea

8

Protetto contro l’immersione continua

93

Standard laser Il laser è una luce artificiale con particolari proprietà: Luce Monocromatica (una singola lunghezza d’onda) Molto direzionale Alta densità di energia Coerente (in fase) In ragione di queste caratteristiche il laser può essere utilizzato in molti campi dove non sarebbe utilizzabile un’altra fonte di luce. Il raggio laser può essere ottenuto utilizzando principalmente i seguenti mezzi: Liquido (pigmenti) Gas (He-Ne elio neon, Ar argon, CO2) Solido (YAG Yttrium aluminium garnet, rubino, vetro) Semiconduttore (GaAs arseniuro di gallio) Contrariamente ad altri tipi di radiazioni la luce laser non ha effetto cumulativo sull’uomo, anche se è pericolosa a causa dell’alta energia. Può essere dannosa per la pelle e soprattutto per gli occhi.

I laser sono classificati a seconda della loro potenza, la tabella seguente mostra la classificazione FDA: Class I Class IIa

I livelli di radiazione laser non sono considerati pericolosi I livelli di radiazione laser non sono considerati pericolosi se osservati per qualsiasi periodo di tempo non superiore a 1000 secondi

Class II

I livelli di radiazione laser sono considerati un pericolo cronico per l’osservazione

Class IIIa

A seconda dell’irradiamenti, i livelli di radiazione laser sono considerati un pericolo acuto per l’osservazione all’interno del raggio o un pericolo cronico per l’osservazione e un pericolo acuto per l’osservazione se osservati direttamente con strumenti ottici

Class IIIb

I livelli di radiazione laser sono considerati un pericolo acuto per la cute e gli occhi per

Class IV

I livelli di radiazione laser sono considerati un pericolo acuto per la cute e gli occhi per

la radiazione diretta

la radiazione diretta e per quella diffusa

94

VelocitĂ del suono in vari materiali m/s

m/s

Aria

340

Marmo

3810

Acqua

1480

Mattoni

3600

Acciaio

5050

Nichel

4973

Alluminio

5200

Ottone

3400

Azoto

338

Ossigeno

316

Calcestruzzo

3100

Piombo

1250

Elio

971

Policarbonato

1400

Ferro

5000

Rame

3500

Granito

3950

Stagno

2490

Gomma

70-1400

Vetro

5500

Idrogeno

1305

Zinco

2680

Legno

500-4100

Prefissi moltiplicativi Fattore

Nome

Simbolo

101

deca

da

10

2

10

3

10

6

10

9

10

12

10

15

10

18

etto kilo mega giga tera peta exa

Fattore 10-1

h k M G T P E

95

10

-2

10

-3

10

-6

10

-9

10

-12

10

-15

10

-18

Nome

Simbolo

deci

d

centi

c

milli

m

micro

Âľ

nano

n

pico

p

femto

f

atto

a

Costanti numeriche

√2 √3 π

3.141593

pi greco

e

2.718282

numero di Nepero

g

9,81 m/s

c

2,9979*10 m/s

1.4142 1.7321

accelerazione di gravità

2

8

velocità della luce

Alfabeto greco maiusc

minusc

maiusc

minusc

Alfa

Α

α

Nu

Ν

ν

Beta

Β

β

Xi

Ξ

ξ

Gamma

Γ

γ

Omicron

Ο

ο

Delta

∆

δ

Pi

Π

π

Epsilon

Ε

ε

Ro

Ρ

ρ

Zeta

Ζ

ζ

Sigma

Σ

σ ς

Eta

Η

η

Tau

Τ

τ

Teta

Θ

θ

Ipsilon

Υ

υ

Iota

Ι

ι

Fi

Φ

φ

Cappa

Κ

κ

Chi

Χ

χ

Lambda

Λ

λ

Psi

Ψ

ψ

Mu

Μ

µ

Omega

Ω

ω

96