In molti settori, come la produzione industriale e la ricerca scientifica, i sensori fungono da “antenne” sensibili, rilevando costantemente i cambiamenti nell’ambiente circostante. Oggi daremo uno sguardo approfondito al mondo dei sensori. Questo articolo tratta i tipi di uscita, le categorie di prodotti, le configurazioni di uscita, le precauzioni d’uso e le linee guida per la scelta, con l’obiettivo di fornire assistenza ai professionisti del settore e agli appassionati.
I. Analisi dei tipi di output dei sensori
I sensori sono disponibili con un'ampia varietà di tipi di uscita, ciascuno con le proprie caratteristiche e applicazioni.
| Tipo di output | Metodo di comunicazione | Caratteristiche | Casi d'uso e precauzioni |
|---|---|---|---|
| RS485 | Comunicazione digitale | Trasmissione a lunga distanza. Consente di leggere e modificare i valori dei registri ed è spesso utilizzata per il debug dei prodotti. È dotata di due fili (RS485A e RS485B) e, per il collegamento a un computer, è necessario un convertitore da RS485 a USB. | Nel campo dell'automazione industriale, per la trasmissione di dati a lunga distanza, come ad esempio lo scambio di dati tra le apparecchiature di uno stabilimento |
| UART | Comunicazione digitale | Consente di leggere e modificare i valori delle chiavi, analogamente al protocollo RS485. Tuttavia, presenta una distanza di trasmissione ridotta (circa 1 m) ed è soggetto a interferenze. È costituito da due fili (TX e RX) e richiede un collegamento incrociato. | Per la semplice trasmissione di dati tra dispositivi a corto raggio, come ad esempio la connessione di debug tra una scheda di sviluppo e un sensore |
| 4 – 20 mA | Uscita analogica | Converte la distanza misurata in un valore di corrente. È possibile modificare le distanze corrispondenti a 4 mA e 20 mA, ma il debug risulta difficile senza RS485. | Ambiti di applicazione industriali che richiedono un’elevata precisione, come la misurazione del livello dei liquidi nell’industria chimica |
| 0 – 10 V | Uscita analogica | Si ottiene da un segnale da 4 a 20 mA collegando in serie un resistore da 500 Ω. Le distanze corrispondenti a 0 V e 10 V possono essere regolate; si tratta, in sostanza, di un'uscita in corrente. | Scenari di misurazione che richiedono un segnale di tensione, come il monitoraggio della tensione in alcuni dispositivi elettronici |
| Uscita NPN/PNP/a relè | Uscita di commutazione | Si distinguono in tipi PNP e NPN, con diverse modalità quali normalmente aperto e normalmente chiuso. È necessario verificare le specifiche richieste dal cliente. L'uscita del relè può sopportare 50 V e 500 mA. | Utilizzato per controllare l'accensione e lo spegnimento dei circuiti, come ad esempio il comando di avvio e arresto dei motori |
| HART | Uscita analogica/Comunicazione digitale | Sovrappone un segnale di comunicazione digitale a un segnale analogico da 4 a 20 mA, consentendo la trasmissione simultanea di informazioni analogiche e digitali. | Sistemi industriali complessi che richiedono sia segnali analogici che comunicazione digitale |
II. Introduzione ai prodotti con sensori comuni
La gamma di sensori è molto varia. Di seguito presentiamo alcuni indicatori di livello comunemente utilizzati.
(I) Misuratore di livello a ultrasuoni (Tipo senza contatto)
Il funzionamento si basa sulla trasmissione di onde ultrasoniche e sul calcolo della distanza in base al tempo di eco. Tuttavia, poiché la stessa sonda viene utilizzata sia per la trasmissione che per la ricezione, è presente una zona cieca. Inoltre, prestare attenzione al campo di misura durante l’uso. Se l’oggetto da misurare supera tale campo, potrebbero verificarsi deviazioni nella misurazione o perdita di segnale. Ad esempio, quando si misura il livello del liquido in un serbatoio di stoccaggio dell’acqua, se il serbatoio è troppo alto e supera il campo di misura, non è possibile misurare con precisione il livello del liquido.
(II) Misuratore di livello capacitivo (Tipo di contatto)
Misura il livello del liquido rilevando le variazioni di capacità. In teoria non vi è alcuna zona cieca, ma in pratica un tappo di 1 cm crea una zona cieca. Il campo di misura può essere personalizzato in base alle esigenze del cliente. Tuttavia, è adatto solo alla misurazione di liquidi o particelle fini, e il liquido non deve essere viscoso né causare depositi sulle pareti. È particolarmente indicato per misurare il livello dell’olio da cucina.
(III) Misuratore di livello a radar (Tipo senza contatto)
Simile, in linea di principio, al misuratore di livello a ultrasuoni, utilizza onde elettromagnetiche anziché onde sonore, offrendo una maggiore precisione e una zona cieca più ridotta. Esistono due metodi: il calcolo della distanza tramite la differenza di tempo nella trasmissione delle onde elettromagnetiche e il metodo radar a modulazione di frequenza continua. È ampiamente utilizzato nella misurazione del livello dei liquidi nei serbatoi di stoccaggio di grandi dimensioni.
III. Analisi delle configurazioni di produzione dei diversi prodotti
Le configurazioni di uscita dei diversi modelli di sensori presentano caratteristiche specifiche. Vediamole nel dettaglio.
| Modello del prodotto | Configurazione dell'output | Requisiti di alimentazione | Numero di cavi |
|---|---|---|---|
| KUS550/600/630 | Una comunicazione digitale, un segnale analogico e fino a due uscite di commutazione | Comunicazione digitale: superiore a 3,3 V (consigliato superiore a 3,6 V); Segnale analogico e uscite di commutazione: superiore a 12 V | Fino a 9 fili |
| KUS3000 | Disponibile nelle versioni M18 e M30. È dotato di un'unica uscita, ma include la funzione di apprendimento (Teach-in). | Sistema fisso a quattro fili (alimentazione, terra, Teach-in/RS485A, 4–20 mA/NPN/PNP/RS485B/0–10 V) | 4 fili |
| KSLV605 | Un segnale digitale, un segnale analogico e fino a due uscite di commutazione | Alimentazione: 24 V | Fino a 9 fili (quando l'uscita analogica è di tipo in tensione) |
| KLD800 | Uscita analogica da 4 a 20 mA, comunicazione digitale RS485 e comunicazione analogico-digitale HART | 4 – 20 mA e HART: alimentazione, massa; RS485: alimentazione, massa, RS485A, RS485B | Varia a seconda del tipo di output |
IV. Precauzioni per l'uso dei sensori
Quando si utilizzano i sensori, le precauzioni da adottare variano a seconda del tipo di prodotto.
(I) Prodotti a ultrasuoni
Durante l'installazione, assicurarsi che non vi siano oggetti che possano causare interferenze all'interno dell'angolo del fascio. Prestare attenzione agli effetti del mezzo e della temperatura sulla riflessione delle onde ultrasoniche. Evitare la zona cieca e le aree soggette a vibrazioni o schizzi. Assicurarsi che la superficie riflettente sia piana e che la pressione nell'ambiente di lavoro non sia troppo elevata.
(II) Prodotti capacitivi
Il liquido da misurare non deve aderire alla sonda o al tubo in acciaio inossidabile e non deve essere troppo viscoso. Prestare attenzione alla resistenza alla pressione, alla velocità di ricambio del liquido, alle fluttuazioni, alla temperatura, alla sedimentazione e alla stratificazione del liquido.
(III) Prodotti radar
Durante la misurazione, assicurarsi che lo strumento sia posizionato perpendicolarmente al mezzo. Prestare attenzione all'assenza di oggetti che possano causare interferenze all'interno dell'angolo del fascio, alla costante dielettrica del mezzo e alla resistenza alla pressione.
V. Linee guida per la scelta dei sensori
Nella scelta di un sensore, è necessario valutare in modo approfondito una serie di fattori.
(I) Prodotti a ultrasuoni
Stabilire i parametri quali il campo di misura, il fluido, l'alimentazione elettrica e l'uscita. Valutare le condizioni dell'ambiente in loco e, se necessario, consultare i disegni o le fotografie.
(II) Prodotti capacitivi
Si raccomanda di tenere in considerazione parametri quali il campo di misura, il fluido, l'alimentazione e l'uscita, prestando inoltre attenzione alle caratteristiche del liquido da misurare.
(III) Prodotti radar
Oltre ai parametri di base, occorre tenere conto di requisiti quali le specifiche relative alle flange o alle filettature, il metodo di installazione, la temperatura e la pressione.
(IV) Altri prodotti
Per i misuratori di portata, occorre tenere in considerazione parametri quali il calibro e il campo di misura. Per i misuratori di pressione, occorre prestare attenzione all'interfaccia di pressione e alla precisione.
I sensori svolgono un ruolo fondamentale in diversi ambiti. Comprendere le nozioni di base, i punti chiave del loro utilizzo e i metodi di selezione può aiutarci a sfruttarne al meglio le prestazioni e a migliorare l'efficienza lavorativa. Spero che questo blog possa fornirvi una comprensione più chiara dei sensori e rendervi più competenti nelle applicazioni pratiche.
