Sensori induttivi: cosa sono

 Detti anche rilevatori di prossimità, i sensori induttivi sono generalmente utilizzati per la misura della posizione, della velocità o più semplicemente per il rilevamento della presenza. Utilizzano le proprietà della corrente elettrica alternata, che genera un campo elettromagnetico oscillante.

Un po' di storia

 La prima versione di sensore induttivo risale precisamente al 1958: fu creata per opera di Wilfried Gehl e Walter Pepperl, per conto di BASF: L'invenzione è da riferire alla necessità di sostituire i contatti di commutazione meccanici impiegati per il rilevamento di merci con sensori contactless, in modo da evitare scintille e, di conseguenza, ridurre il rischio di esplosione.

Sensori induttivi: come funzionano

 I sensori induttivi sono dotati sulla parte anteriore di un oscillatore: quando un oggetto metallico (quindi conduttivo) si avvicina a questo campo magnetico, cambia. Questa è chiamata corrente di induzione (o corrente indotta). Più l'oggetto è vicino alla sorgente del campo magnetico, più l'ampiezza delle oscillazioni diminuisce. Da una certa soglia viene generato un segnale di uscita e il sensore commuta, segnalando così la presenza dell'oggetto metallico. A seconda della soglia configurata nel sensore, è possibile conoscere la distanza alla quale si trova l'oggetto metallico rilevato.
Nell'automazione industriale, ad esempio, si può considerare come esempio la lavorazione di un tubo metallico in acciaio. In questo caso, il sensore ha generalmente una portata media di 6 mm. Se il tubo non è abbastanza vicino, la lavorazione non può iniziare. Ma una volta nella giusta posizione, l'interruttore di prossimità si attiva e avvia il processo.

In sostanza, esistono due meccanismo di funzionamento:

  • modalità regolata sull'ampiezza: il sensore induttivo rileva la posizione di un bersaglio. Man mano che questo si sposta, ovvero si avvicina, il flusso di corrente aumenta fino a provocare l'arresto del sistema oppure l'attivazione di un segnale di allarme
  •  modalità regolata dalla frequenza: in questo caso, il sensore individua il tipo di bersaglio in base alle oscillazioni che genera.

Sensori induttivi: norme e standard

Seppure prodotti fuori dai confini della Comunità Europea, i sensori induttivi devono possedere il marchio CE, che garantisce la rispondenza a standard di fabbricazione e sicurezza. Questi strumenti, inoltre, devono essere conformi alla norma IEC/EN 60947 che regolamenta le caratteristiche delle apparecchiature a bassa tensione. In particolare, la parte 5.2 stabilisce i criteri ai quali devono rispondere i dispositivi, mentre la successiva parte 5.3 definisce le prescrizioni in condizioni di guasto.

Sensori induttivi: tutti gli usi

 Riconosciuti per la loro affidabilità, i sensori induttivi sono principalmente utilizzati per rilevare la posizione di parti di macchine o anche per contare oggetti metallici. Nell'utilizzo del rilevamento di presenza (rilevatore di prossimità), possono anche gestire l' attivazione di un processo, non appena l'oggetto viene rilevato. I sensori induttivi si trovano nelle macchine utensili, nelle apparecchiature per l'industria tessile, nell'industria automobilistica, nelle catene di montaggio, ecc. Essendo robusti, possono essere installati in ambienti difficili (vibrazioni, urti, sbalzi di temperatura, polvere, ecc.). Una caratteristica importante di questo tipo di sensore è la sua frequenza di commutazione, ovvero il numero di cambiamenti di stato che un dispositivo può eseguire in un secondo. Questo valore viene solitamente conteggiato in centinaia. Pertanto, i sensori sono adatti per processi di produzione veloci (pezzi che si muovono rapidamente, ad esempio) o per il monitoraggio in tempo reale.

Sensori induttivi: vantaggi 

I vantaggi dei sensori induttivi sono essenzialmente 4.
 

Contactless, nessuna usura

La prima caratteristica dei sensori induttivi è il loro principio di funzionamento, cioè il rilevamento senza contatto. Consentono, quindi, di intercettare, ad esempio, oggetti fragili o verniciati di fresco. Questa proprietà limita anche l'usura del sensore e preserva l'integrità dei materiali. Ad esempio, per rilevare la fine di una bobina di film protettivo nell'industria alimentare, prima della fine della pellicola viene apposta una striscia adesiva metallica per segnalare all'operatore la necessità del cambio. Questo metodo, alternativo rispetto al rilevamento del diametro della bobina, è semplice e affidabile per automatizzare l'alimentazione del film. Il processo contactless non danneggia il materiale rilevato.
 

Robustezza

 Le bobine che compongono l'oscillatore del sensore non sono sensibili alle vibrazioni meccaniche, alle variazioni di temperatura o agli effetti dell'umidità. I sensori induttivi sono, infatti, robusti e resistenti a condizioni ambientali difficili, che comportano notevoli sollecitazioni meccaniche e chimiche.
 

Precisione

 A causa della loro tecnologia (induzione), i sensori induttivi hanno una portata ridotta. Questo è ciò che dà loro una precisione significativa. Inoltre, la loro accuratezza è direttamente correlata alle proprietà fisiche (permeabilità e conduttanza) del materiale metallico bersaglio.
 

Basso costo

 Il design dei sensori induttivi non hanno parti mobili e i loro componenti piuttosto standard consentono di essere accessibili in termini di costo. I prezzi partono da circa 30€ per le versioni base e le più costose si aggirano intorno agli 80 €.

Sensori induttivi: criteri di scelta

 Piccoli o grandi, cilindrici o parallelepipedi, in acciaio inox o plastica: i rilevatori di prossimità induttivi sono disponibili in molteplici versioni. La scelta dipende dalle applicazioni e da vincoli industriali, come le caratteristiche meccaniche della macchina, le esigenze di rilevamento (tipo di metallo, velocità o processo), le condizioni di utilizzo e così via.
Le principali caratteristiche di scelta riguardano, quindi:

Forme della cassa

I sensori induttivi possono essere:

  • cilindrici: diversi diametri disponibili (maggiore è il diametro, più ampia è la superficie di rilevamento) e molteplici lunghezze (da ultracorto a standard). Sono facili da installare: basta, infatti, un foro filettato per fissarli.
  • a parallelepipedo: hanno una faccia attiva più ampia rispetto ai formati cilindrici, quindi una superficie di rilevamento maggiore. Gli alloggiamenti cubici hanno anche il vantaggio di essere più corti, quindi più adatti in determinate configurazioni meccaniche.

Montaggio

  • Si distingue per: 
    versione da incasso, incassato o meno sul supporto di fissaggio. Le versioni incorporabili non consentono il rilevamento laterale 
    versione non incorporabile che sporge dalla staffa di montaggio. Consentone un campo di rilevamento sulla periferia, è utile quando ci sono incertezze sulla posizione di arrivo dell'oggetto da rilevare.

Esistono anche altri tipi di montaggio meno comuni: quasi-incorporabile e sovra-incorporabile. Questi adattamenti sono utili per specifiche configurazioni meccaniche. 
 


Distanze di commutazione (campo) 

Il materiale target è fondamentale nella scelta della portata necessaria del sensore. Per esempio, l'acciaio zincato ha il raggio di rilevamento più lungo. Tutti gli altri riducono il raggio di rilevamento. I rilevatori di prossimità induttivi più potenti possono arrivare fino a 60 mm.

Commutazione

I rilevatori induttivi sono disponibili in diversi tipi di uscite: PNP o NPN, in versione elettrica da DC 2 a 4 fili, analogica, contatto NC, contatto NO e OSSD.

Materiale / Indice di protezione

In acciaio, acciaio inossidabile, plastica, in un unico pezzo, incapsulato in resina, da IP65 a IP69K... Queste caratteristiche consentono di scegliere il livello di resistenza del sensore al suo ambiente, quando può essere fortemente esposto (a contatto con oli, lubrorefrigeranti e prodotti per la pulizia, etc.)

Intervallo di temperatura

Sebbene insensibili alle variazioni di temperatura, alcuni design induttivi sono più adatti a intervalli di temperatura elevati.

Interfaccia di comunicazione

Alcuni rilevatori di prossimità induttivi sono dotati di IO-Link, che conferisce al sensore funzionalità avanzate (visualizzazione delle impostazioni, diagnostica, ecc.)

Sensori induttivi: tipologie

i sensori induttivi sono disponibili in un'ampia varietà di versioni. Dal più semplice al più avanzato. Con la più recente tecnologia ASIC, offrono la massima precisione e affidabilità. Con IO-Link consentono diagnosi avanzate e funzionalità intelligenti già direttamente nel sensore e non più a livello del sistema di controllo PLC. Ciò semplifica la manutenzione predittiva e riduce i tempi di fermo macchina.

Sensori induttivi standard

Le gamme IME , IMF , IMI , IMR e IMB sono le più comuni e standard.

Sensori induttivi a tripla commutazione

Grazie alla tripla distanza di commutazione, anche i sensori più compatti raggiungono portate di diversi centimetri. Ciò consente di risparmiare spazio di installazione della macchina e riduce il rischio di danni meccanici a causa di una maggiore distanza di rilevamento.

Sensori di sicurezza induttivi

I sensori induttivi possono fungere da interruttori di sicurezza. Svolgono, infatti, un ruolo decisivo nel monitoraggio sicuro della posizione, ad esempio nelle applicazioni per veicoli senza conducente (AGV/AMR).

Sensori induttivi per macchine mobili

Adatti per l'uso in macchine mobili (trattori, autocarri con cassone ribaltabile, mietitrebbie, autopompe, veicoli per la raccolta dei rifiuti, ecc.). Funzionano in tutte le condizioni atmosferiche: protezione contro le scariche, elevata compatibilità elettromagnetica, ampio range di tensione e temperatura, estrema robustezza e tenuta sono le principali caratteristiche.

Conclusioni

I sensori induttivi, anche detti di prossimità, sono essenziali per l'automazione e il rilevamento di presenza nel mondo industriale. Si tratta di dispositivi in grado di intercettare, principalmente, i metalli, ma sono capaci anche di rilevare altro genere di target. Esistono in un'ampia varietà di formati: sono robusti, precisi, affidabili ed economici. Il loro campo di azione è definito dallo stesso nome (prossimità) ed è, dunque inferiore a 80 mm, ma hanno un'elevata frequenza di commutazione che li rende ideali per processi ad alta velocità. La scelta della portata dipende dal tipo di bersaglio da rilevare.