Capitolo 6: Attuatori elettrici con sensori di posizione

Perché i prodotti TiMOTION di vostra scelta rispondano perfettamente ai bisogni e ai requisiti delle vostre applicazioni, è essenziale conoscere le caratteristiche e le opzioni disponibili per un funzionamento ottimale del vostro sistema.

Negli articoli precedenti, abbiamo avuto modo di spiegare i componenti e le funzioni di un attuatore elettrico, le opzioni disponibili di protezione e sicurezza, i diversi carichi supportati e le possibili velocità. In questo articolo, ci concentreremo sui diversi tipi di sensori di posizione.

Quando vengono dotati di sensori di posizione, gli attuatori elettrici riescono a comunicare la posizione della corsa direttamente alla centralina di controllo, divenendo così molto più precisi e offrendo prestazioni di altissimo livello.

Pur essendo opzionali, i sensori di posizione sono comunque essenziali e fortemente raccomandati per i sistemi più complessi. Sono infatti indispensabili per ottenere movimenti sincronizzati e fluidi, a prescindere dalle differenze di carichi supportati.

Inoltre, i sensori di posizione sono fondamentali per l’ottimizzazione di altre funzionalità che richiedono la conoscenza precisa della posizione della corsa di un attuatore. La capacità di memorizzazione della posizione rappresenta l’esempio perfetto.

I quattro principali sensori di posizione che TiMOTION utilizza nei suoi sistemi sono:

• Sensori a effetto Hall
• Potenziometri
• Sensori Reed
• Sensori ottici

1. Sensori a effetto Hall 

TiMOTION raccomanda l’utilizzo dei sensori a effetto Hall in quanto sono di dimensioni abbastanza ridotte da poter essere posizionati e integrati sull’albero dei più piccoli motori elettrici, offrendo così un segnale numerico di estrema precisione.

Questi sensori sono attivati da un campo magnetico che ha due caratteristiche essenziali: la densità di flusso e la polarità.

Il segnale di uscita fornito dai sensori a effetto Hall è relativo alla densità del campo magnetico presente intorno al sistema. Quando tale campo magnetico supera una certa soglia prestabilita, viene rilevato e genera una tensione chiamata Tensione di Hall.

I sensori a effetto Hall rappresentano una soluzione di qualità, affidabile e relativamente economica e risultano quelli più utilizzati in ogni tipo di applicazione.

NOTA: le centraline di controllo TiMOTION sono concepite per ricevere le informazioni inviate unicamente dai sensori a effetto Hall, pertanto non registrano la posizione fornita da altri tipi di sensori (opzione questa possibile solo dopo uno studio accurato della richiesta del cliente)

2. Potenziometro

Il potenziometro, noto anche con il nome di POT, è molto utilizzato nelle applicazioni industriali. Si tratta di un tipo di resistenza variabile a tre morsetti uno dei quali è collegato a un cursore che si sposta su una pista conduttrice mentre gli altri due sono collegati alle estremità di tale pista. Questo sistema permette di raccogliere, tra il morsetto collegato al cursore e uno degli altri due morsetti, una tensione che dipende dalla posizione del cursore e dalla tensione a cui è sottoposta la resistenza.

In altri termini, la resistenza determina la posizione. Quando la vite senza fine ruota, il valore della resistenza cambia, e ciascun valore della resistenza corrisponde a una posizione del cursore sull’attuatore.

Rispetto ai sensori a effetto Hall, i potenziometri hanno il vantaggio di conservare la posizione della corsa anche quando il sistema subisce un’interruzione di corrente. Tuttavia, i potenziometri hanno lo svantaggio di essere meno precisi dei sensori a effetto Hall in quanto inviano un segnale analogico e sono sottoposti all’effetto Joule. Questo, comunque non pregiudica la rilevazione della posizione globale.

3. Dispositivi Reed

I dispositivi Reed sono dei sensori di posizione magnetici. Dispongono di un commutatore elettrico azionato da un campo magnetico e sono composti da una coppia di contatti montati su delle lamine realizzate con materiale ferromagnetico e contenute in un involucro in vetro a tenuta stagna. Tali contatti possono essere normalmente aperti e chiudersi in presenza di un campo magnetico, o viceversa. È possibile azionare l’interruttore tramite una bobina che lo fa tornare nella sua posizione iniziale. Il commutatore a lamine si apre e si chiude grazie alla forza esercitata da ogni rotazione della vita senza fine e alla posizione della lunghezza della corsa dell’attuatore elettrico.

TiMOTION utilizza questo tipo di tecnologia anche all’interno di chiavette di sicurezza per comandi: il sistema è programmato per inviare un segnale alla centralina quando la chiave viene disinserita e le funzioni del comando vengono disattivate. È possibile posizionare questo tipo di sensori direttamente sul tubo esterno di determinati attuatori, così da rendere facilmente determinabile la lunghezza della corsa necessaria.

4. Sensori ottici

I sensori ottici vengono installati molto raramente sugli attuatori elettrici TiMOTION. Questi tipi di sensori trasformano i raggi luminosi in un segnale elettrico. Il principio di funzionamento è il seguente: al ruotare della vite senza fine, ruota anche un disco oscurante con una corona di fori, su cui è rivolto un fascio di luce. Tale reticolo, ruotando, copre e scopre alternativamente il fascio di luce direzionato sul sensore ottico, il quale invia poi un segnale alla centralina ogni volta che rileva una interruzione della luce. La rotazione del disco oscurante permette l’invio di venticinque segnali ad ogni giro completo.

Tabella: Vantaggi e svantaggi dei sensori di posizione