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Sep 29, 2023

Processo e controllo oggi

07/01/2022 Micro-Epsilon UK Ltd Both eddy current sensors as well as inductive

01/07/2022 Micro-Epsilon UK Ltd

Sia i sensori a correnti parassite che gli interruttori induttivi e i sensori di spostamento presentano ciascuno i rispettivi vantaggi quando si misura la posizione e lo spostamento di oggetti in ambienti difficili. Tuttavia, i recenti progressi nella progettazione, nell'integrazione, nel confezionamento e nella riduzione complessiva dei costi dei sensori a correnti parassite hanno reso questi sensori un'opzione molto più interessante, in particolare laddove elevata linearità, misurazioni ad alta velocità e alta risoluzione sono requisiti critici, afferma Glenn Wedgbrow, Business Development Manager presso Micro-Epsilon UK.

Per apprezzare i vantaggi intrinseci dei sensori a correnti parassite rispetto agli interruttori induttivi e ai sensori di spostamento, è importante comprendere innanzitutto il principio di funzionamento di entrambi i tipi.

Il classico sensore di spostamento induttivo è costituito da una bobina avvolta attorno a un nucleo ferromagnetico. Quando eccitata da una corrente alternata proveniente da un circuito di pilotaggio basato su un oscillatore, la bobina genera un campo magnetico concentrato attorno al nucleo. Le linee di flusso interagiscono con il conduttore bersaglio mentre si avvicina, creando correnti parassite che sono l'inverso della corrente di eccitazione iniziale e hanno l'effetto di ridurre la tensione attraverso l'oscillatore. Queste variazioni di tensione dovute alla variazione della distanza del traferro vengono rilevate e convertite in un segnale di uscita analogico, come un circuito da 4-20 mA, e quindi elaborate a monte per determinare lo spostamento.

In un sensore di spostamento induttivo, una bobina è avvolta attorno a un nucleo ferromagnetico e quando una corrente alternata viene fatta passare attraverso la bobina si genera un campo magnetico. Le linee del flusso magnetico interagiscono con un oggetto conduttivo mentre si avvicina e genera correnti parassite opposte, secondo le leggi dell'induzione magnetica di Faraday. Le correnti parassite respingono la corrente di eccitazione per provocare una caduta di tensione nell'oscillatore ed è questa caduta di tensione che viene utilizzata per determinare lo spostamento.

Un sensore di prossimità, chiamato anche interruttore di prossimità, è un'applicazione semplificata dei principi alla base dell'effetto di induzione, rilevando solo se un oggetto (il bersaglio conduttivo) è presente o meno. Un comparatore (trigger Schmitt) rileva la caduta di tensione e invia un segnale ad un amplificatore. Questo a sua volta commuta l'uscita in modo binario. L'uscita può essere normalmente aperta (NO) o normalmente chiusa (NC), a seconda della configurazione scelta dall'utente.

A causa del nucleo ferromagnetico in un sensore di spostamento induttivo, l'uscita non è lineare e quindi deve essere linearizzata nell'elettronica del sensore o matematicamente utilizzando polinomi nel sistema di controllo dell'impianto o della macchina.

Insieme alla non linearità, un altro svantaggio dell'utilizzo di un nucleo ferromagnetico sono le "perdite di ferro" dovute al nucleo stesso che assorbe il campo magnetico. Queste perdite aumentano con la frequenza, nella misura in cui un sensore di spostamento induttivo raggiunge il massimo a circa 50 misurazioni al secondo.

Un terzo problema con i sensori di spostamento induttivi è la scarsa tolleranza ad ampie variazioni di temperatura a causa dell'elevato coefficiente termico di espansione del materiale del nucleo di ferrite. Questa ampia variazione rende molto difficile la compensazione della temperatura, provocando solitamente una grande deriva termica dei sensori di spostamento induttivo.

I sensori a correnti parassite offrono una maggiore precisione

Per superare queste limitazioni, è stata sviluppata una certa classe di sensori di spostamento induttivo chiamati "sensori a correnti parassite" che invece di un nucleo di ferrite, utilizzano una bobina con nucleo in aria.

I sensori a correnti parassite utilizzano le stesse leggi dell'induzione magnetica dei sensori di spostamento induttivo e di prossimità. Tuttavia, l'uso di una bobina con nucleo in aria insieme ad elettronica avanzata, tecniche di produzione e calibrazione, li colloca in una categoria di prestazioni molto più elevate.

Sebbene i principi di funzionamento del sensore a correnti parassite siano in linea con le leggi di Faraday, viene misurato l'effetto delle correnti parassite sull'impedenza della bobina piuttosto che la variazione di tensione dell'oscillatore. Il controller calcola l'impedenza osservando la variazione dell'ampiezza e della posizione di fase della bobina del sensore.