Sensori induttivi

Sensori induttivi: funzionamento, tipologie e principali applicazioni 

Oggi i sensori induttivi sono indispensabili per il rilevamento della posizione nelle applicazioni industriali. Sono dispositivi elettronici che rilevano la presenza o la distanza di oggetti metallici senza entrare in contatto con essi. Si basano sul principio dell’induzione elettromagnetica, ovvero la variazione di un campo magnetico generato da una bobina quando viene avvicinato un materiale ferromagnetico, con conseguente generazione di correnti parassite. Questa variazione viene convertita in un segnale elettrico che può essere utilizzato per controllare altri circuiti o sistemi. I sensori induttivi sono largamente impiegati in diversi settori industriali, grazie alla loro affidabilità, robustezza, precisione e versatilità. Sono noti anche come interruttori di prossimità induttivi o semplicemente interruttori di prossimità. 

Come funziona un sensore induttivo 

Un sensore induttivo è costituito da una bobina di filo avvolta attorno a un nucleo di ferro, che genera un campo magnetico quando è alimentata da una corrente elettrica. Quando un oggetto metallico si avvicina alla bobina, il campo magnetico si modifica, inducendo una corrente elettrica nell’oggetto. Questa corrente, a sua volta, genera un campo magnetico opposto a quello della bobina, che riduce il flusso magnetico nella bobina stessa. Questa riduzione del flusso magnetico viene rilevata da un circuito elettronico, che produce un segnale di uscita proporzionale alla distanza tra la bobina e l’oggetto. Il segnale di uscita può essere di tipo analogico o digitale, a seconda del tipo di sensore e del tipo di uscita. 

Tipi e caratteristiche dei sensori induttivi 

Esistono diversi tipi di sensori induttivi, che si differenziano per forma, dimensione, modalità di montaggio, distanza di rilevamento, materiale della custodia e caratteristiche speciali. Tra i tipi più comuni, possiamo citare: 

• Gli interruttori o rivelatori di prossimità, che rilevano la presenza o l’assenza di un oggetto metallico entro una certa distanza, detta distanza di commutazione. Sono i sensori di prossimità induttivi più diffusi e si usano al posto degli interruttori meccanici tradizionali, ad esempio per contare pezzi, verificare posizioni o rilevare finecorsa. 

• I sensori a induttanza o riluttanza variabile, che rilevano lo spostamento di un oggetto metallico a partire dalla variazione dell’induttanza o della riluttanza nel circuito elettrico. Sono sensori che permettono di misurare distanze, velocità, accelerazioni o vibrazioni. 

• I sincronizzatori, che rilevano la rotazione di un albero metallico dotato di una serie di denti o tacche. Sono sensori che permettono di misurare angoli, giri o frequenze. 

• I resolver, che rilevano la posizione angolare di un albero metallico mediante due bobine ortogonali. Sono sensori che permettono di ottenere una misura assoluta e precisa della rotazione. 

• I trasformatori differenziali rotativi (RVDT) o lineari (LVDT), che rilevano lo spostamento angolare o lineare di un nucleo metallico mediante due bobine secondarie in opposizione di fase. Sono sensori che permettono di ottenere una misura proporzionale e lineare dello spostamento. 

Le caratteristiche principali dei sensori induttivi sono: 

• La distanza di rilevamento, ovvero la massima distanza tra il sensore e l’oggetto metallico che consente di ottenere un segnale valido. Dipende dal tipo e dalla dimensione del sensore, dal tipo e dalla dimensione dell’oggetto, dalla temperatura e dalle interferenze elettromagnetiche. In genere, maggiore è il diametro del sensore, maggiore è la distanza di rilevamento. 

• La frequenza di commutazione, ovvero il numero massimo di volte al secondo che il sensore può cambiare stato da acceso a spento o viceversa. Dipende dal tipo e dalla dimensione del sensore, dalla velocità dell’oggetto, dalla tensione e dalla corrente di alimentazione e dal tipo di uscita. In genere, maggiore è la frequenza di commutazione, maggiore è la precisione e la risposta del sensore. 

• Il tipo di uscita, ovvero il modo in cui il sensore trasmette il segnale elettrico al circuito o al sistema a cui è collegato. Può essere di tipo analogico o digitale, a due o tre fili, normalmente aperto o normalmente chiuso, PNP o NPN, con o senza interfaccia IO-Link. Il tipo di uscita determina la compatibilità e la facilità di collegamento del sensore. 

• Il grado di protezione, ovvero il livello di resistenza del sensore agli agenti esterni, come polvere, acqua, olio, acidi, alte temperature e vibrazioni. Si esprime con un codice alfanumerico, che indica il grado di protezione contro i corpi solidi e i liquidi. Ad esempio, un sensore con grado di protezione IP67 è totalmente protetto contro la polvere e può essere immerso in acqua fino a un metro di profondità per 30 minuti. 

• Il materiale della custodia, ovvero il materiale che ricopre il sensore e lo protegge dagli urti e dalle abrasioni. Può essere di tipo metallico o plastico, a seconda delle esigenze di robustezza e di peso. Ad esempio, un sensore con custodia in acciaio inossidabile è più resistente di uno con custodia in plastica, ma anche più pesante e costoso. 

Vantaggi dei sensori induttivi 

I sensori induttivi offrono numerosi vantaggi rispetto ad altri tipi di sensori, quali: 

• La semplicità di installazione e di utilizzo, grazie alla loro forma compatta, al loro collegamento elettrico standardizzato e alla loro configurazione rapida e intuitiva. 

• La resistenza agli agenti esterni, grazie alla loro custodia metallica, al loro grado di protezione elevato e alla loro immunità alle polveri, all’umidità, agli oli, agli acidi, alle alte temperature e alle vibrazioni. 

• La durata nel tempo, grazie alla loro assenza di parti meccaniche in movimento, al loro basso consumo energetico e alla loro manutenzione ridotta o nulla. 

• La precisione e la ripetibilità delle misure, grazie alla loro elevata sensibilità, alla loro bassa isteresi e alla loro linearità e stabilità nel tempo. 

I sensori induttivi sono quindi dei dispositivi indispensabili per molte applicazioni industriali, che richiedono un rilevamento affidabile, robusto, preciso e versatile di oggetti metallici.  

I vantaggi con IO-Link 

La tecnologia IO-Link offre numerosi vantaggi per i sensori induttivi, tra cui: 

• La possibilità di regolare il campo di rilevamento, la frequenza di commutazione, il tipo di uscita e il punto di commutazione tramite la comunicazione digitale. 

• La qualità del segnale, che viene trasmesso senza perdite o interferenze elettromagnetiche, garantendo una maggiore precisione di misura. 

• La compatibilità con i sistemi esistenti e la facilità di retrofit degli impianti, grazie al collegamento a tre fili standard per collegare il sensore al master IO-Link. 

• La disponibilità di numerose funzioni e informazioni aggiuntive, come il monitoraggio dello stato del sensore, la diagnosi remota e la manutenzione preventiva.