La scelta del giusto sensore di velocità per un'applicazione è di fondamentale importanza per ottenere una misura accurata e affidabile. Dopo tutto, il segnale del sensore è l'ingresso per un sistema di protezione da sovravelocità. Un sensore difettoso comporta un segnale di ingresso inaffidabile e influisce negativamente sull'accuratezza e sull'affidabilità del sistema di protezione.
La scelta del sensore giusto richiede diverse considerazioni, che possono essere suddivise in considerazioni ambientali e considerazioni relative alla macchina.
Considerazioni sulla macchina:
- Qual è il numero di giri previsto?
- Qual è l'obiettivo che viene misurato e quali sono le sue specifiche?
- Ci sono limitazioni sul peso e sulle dimensioni della posizione di montaggio?
- Qual è la lunghezza necessaria del cavo?
Considerazioni ambientali:
- Qual è la temperatura ambiente prevista?
- La misurazione avviene in aree a rischio di esplosione (ATEX)?
- Sono presenti forti campi elettromagnetici?
- La misurazione avviene in un ambiente corrosivo?
Per le misure di velocità industriali esistono tre tipi principali di principi di misura:
- Sensori elettromagnetici - noti anche come: sensori passivi, sensori a riluttanza variabile (VR) o pick-up magnetici
- Sensori di prossimità - noti anche come: eddy current o sensori di spostamento
- Sensori a effetto Hall - noti anche come: sensori attivi
Sensori elettromagnetici
Un sensore elettromagnetico utilizza un campo magnetico per misurare le variazioni della distanza tra la punta del sensore e l'oggetto di destinazione. Il sensore contiene una bobina avvolta intorno a un magnete che provoca una variazione della corrente magnetica (flusso) e della bobina quando i denti di un ingranaggio passano davanti al sensore. L'ingranaggio in movimento crea un flusso variabile che induce una tensione proporzionale nella bobina, la cui frequenza è correlata alla velocità di rotazione. Il segnale è un'onda sinusoidale la cui ampiezza dipende dalle dimensioni, dalla velocità e dalla distanza del bersaglio.
Vantaggi
Un vantaggio dei sensori elettromagnetici è l'applicabilità alle applicazioni ad alta temperatura. Esistono tipi specifici di sensori che sono adatti a funzionare con temperature superiori a 300°C. Inoltre, i sensori elettromagnetici sono facili da usare e altamente affidabili. Un altro grande vantaggio è che il sensore ha una connessione a due fili e quindi spesso si adatta alle infrastrutture esistenti.
Svantaggi
Uno dei principali svantaggi dei sensori elettromagnetici è che l'ampiezza del segnale dipende da un fattore di dimensioni, velocità e distanza del target. Se la velocità è troppo bassa, il dente dell'ingranaggio troppo piccolo o la distanza dal materiale di destinazione troppo grande, il segnale sarà troppo piatto. Se invece la velocità è elevata, il dente dell'ingranaggio è grande o la distanza è piccola, il segnale mostrerà impulsi enormi (fino a 80 V). L'applicazione e il posizionamento dei sensori elettromagnetici richiedono molta attenzione e competenza per il loro corretto funzionamento. Poiché questo tipo di sensori non funziona bene con le basse velocità, non sono adatti per il rilevamento della velocità zero.
Sensori di prossimità
Un sensore di prossimità utilizza un campo elettromagnetico per misurare le variazioni di distanza da un oggetto. Quando un ingranaggio passa davanti al sensore, questo misura una variazione della distanza: vicino (dente) e lontano (tacca). La velocità di rotazione può essere determinata in base al tempo che intercorre tra questi eventi.
Vantaggi
Un grande vantaggio delle sonde di prossimità è che il principio di misura mostra sia gli impulsi che la posizione rispetto ai denti. Ciò consente di capire la distanza impostata dai denti del target.
I sensori di prossimità sono disponibili anche con un'uscita in corrente dinamica, che consente di utilizzare cavi di lunghezza molto elevata (oltre 1000 m). I sensori con uscita in corrente dinamica non sono influenzati dall'impedenza del cavo, come nel caso dei sensori di prossimità basati su segnali di tensione, effetto Hall e sensori elettromagnetici.
Svantaggi
L'uso di sensori di prossimità per la misurazione della velocità presenta uno svantaggio. A una velocità elevata (RPM), può verificarsi una saturazione, a causa della quale la linea sinusoidale si appiattisce sempre più. Quando il dente dell'ingranaggio passa davanti al sensore ad alta velocità, un sensore di prossimità rileva a malapena la differenza di distanza. Più alta è la velocità, meno efficace sarà il sensore di prossimità per la misurazione della velocità.
Un altro svantaggio è che un sensore di prossimità non è in grado di gestire bene l'eccentricità del bersaglio. L'eccentricità del bersaglio (un ingranaggio oscillante) genera un seno nel seno. Questo comporta dei problemi, soprattutto quando si verifica la saturazione del segnale in questione. Il sensore potrebbe emettere il seno dell'eccentricità dell'ingranaggio invece del seno del dente e delle tacche.
Sensori a effetto Hall
Un sensore a effetto Hall misura le variazioni del flusso magnetico tra il magnete e il materiale di destinazione. I sensori sono dotati di condizionatori di segnale integrati, che generano un chiaro segnale a onda quadra. A differenza dei sensori elettromagnetici, i sensori a effetto Hall sono sensibili alle dimensioni del flusso magnetico piuttosto che alla velocità con cui cambia. I sensori di velocità a effetto Hall hanno un ampio campo di misura e possono essere utilizzati per misurare sia parti a bassa velocità o stazionarie che parti ad alta velocità.
Vantaggi
Un vantaggio di un sensore a effetto Hall è che il sensore fornisce direttamente un'uscita digitale facile da trasmettere ed elaborare. Un altro vantaggio è che i sensori a effetto Hall sono solitamente dotati di un'elaborazione interna del segnale. Il segnale viene digitalizzato e amplificato molto velocemente, rendendolo meno vulnerabile alle interferenze come le EMI (interferenze elettromagnetiche).
Svantaggi
A causa dell'elettronica incorporata, i sensori a effetto Hall sono limitati alle applicazioni che operano a temperature comprese tra -40 °C e + 150 °C. Inoltre, i sensori a effetto Hall richiedono un collegamento a 3 fili.
Perché i sensori a effetto Hall sono da preferire:
- Registrazione affidabile della velocità da fermo. Consente di misurare a partire da frequenze di 0,1 Hz.
- I segnali digitali sono adatti a distanze elevate (fino a 300 m).
- I segnali a onda quadra sono facilmente elaborabili dai sistemi di velocità.
- Possibilità di costruire due elementi del sensore in un'unica custodia, per consentire misure di direzione.
- La struttura del sensore è più piccola e più leggera (peso) rispetto ad altri sensori di velocità.
- Un sensore a effetto Hall è meno difficile da posizionare correttamente di un sensore elettronico e meno sensibile all'eccentricità del bersaglio rispetto ai sensori di prossimità.
- Questo tipo di sensore è il meno sensibile alle vibrazioni e alle fluttuazioni di temperatura.
Vedi anche: Sistemi di protezione contro la sovravelocità »
