Benvenuto su questo sito dedicato all’automazione industriale, oggi parliamo di apparecchiature da campo, e in particolare ci occuperemo dei sensori di pressione, facendo chiarezza anche sui vari termini che vengono utilizzati per indicare questi componenti molto utilizzati nei sistemi d’automazione.
Oggi conosciamo gli oggetti in grado di trasmetterci i valori di temperatura, pressione, livello e così via.
Ecco gli argomenti di oggi:
I vari modi di chiamare le apparecchiature come le sonde.
Il sensore o sonda.
Il trasduttore.
I principi di funzionamento dei trasduttori.
Sensori e trasduttori, le vere differenze.
Cos’è il trasmettitore di segnale.
Differenza tra trasmettitore e switch.
I vari modi di chiamare le apparecchiature come le sonde.
I termini sensore, trasduttore e trasmettitore, nel corso degli anni sono andati via via confondendosi, e ovunque vengono utilizzati indiscriminatamente, soprattutto la dicitura “trasmettitore”.
Le sonde di pressione sono apparecchi che permettono di misurare la pressione all’interno di serbatoi, nelle tubazioni, e in diversi altri ambienti, e sono solitamente composte da diverse componenti meccaniche ed elettroniche.
Cominciamo a vedere cosa significa il termine “sensore”.
Il sensore o sonda.
Con il termine sensore, o sonda, si indica l’elemento che effettua la prima lettura della variabile che ci interessa, in effetti esso rappresenta il punto di contatto vero tra la variabile da misurare e il sistema di misurazione.
Alla variazione del valore della variabile fisica misurata si produrrà una variazione nel segnale (solitamente elettrico o magnetico) prodotto dal sensore.
Nella prossima immagine vediamo il sensore di pressione, essa si trova sulla parte estrema dell’apparecchio a contatto con il “palloncino” di test.
Il trasduttore.
Il termine trasduttore si riferisce a un oggetto in grado di trasformare una forma di energia in un’altra, seguendo una linea di conversione per cui la seconda forma d’energia viene valorizzata in proporzione alla prima.
Nell’ambito dell’automazione industriale, e in generale nel campo elettrico, la forma di energia in uscita è un segnale elettrico, per cui quando parliamo di trasduttore di pressione, di livello, di temperatura e così via, indichiamo un apparecchio che converte il segnale fisico prodotto dalla sonda in un segnale elettrico o elettronico.
Nella prossima figura vediamo un trasduttore di pressione, sulla parte bassa abbiamo la sonda (o sensore) e sulla parte alta la parte di collegamento elettrico per inviare il segnale ai trasmettitori o a qualsiasi strumento di controllo.
I principi di funzionamento dei trasduttori.
I trasduttori di segnale lavorano in sinergia con le sonde per fornire segnali elettrici valutabili con gli strumenti. I principi di funzionamento su cui si basano questi apparecchi sono molteplici, per esempio abbiamo sensori di pressione a membrana e piezoresistivi.
Nella prossima figura vediamo un trasduttore di questo tipo, notiamo che la pressione applicata (parte bassa) lavora su un diaframma a cui è collegato un estensimetro (strain gauge); a questo è collegato un circuito elettrico fatto con tre resistenze e pilotato da una tensione.
L’estensimetro in effetti lavora come una quarta resistenza, e questa resistenza cambia proprio in base alla pressione che agendo sul diaframma va a stretchare (deformare) l’estensimetro stesso: questo cambia la sua resistenza quando viene deformato, in particolare più si estende e maggiore è la resistenza che esso offre.
Il segnale di uscita V out cambierà in base al valore della resistenza variabile offerta dal sensore.
Sensori e trasduttori, le vere differenze.
Possiamo affermare che tutti i sensori sono trasduttori ma che non tutti i trasduttori sono anche sensori. Per esempio un altoparlante è un trasduttore (trasforma l’energia elettrica in moto che diventa poi onde sonore), questo però non è una sonda poiché non genera segnali (se non in piccolissima parte) se ne muoviamo noi la membrana.
Tutti i sensori invece in un modo o nell’altro trasformano l’energia, anche se quest’energia per essere “apprezzata” deve essere elaborata dai trasduttori.
Cos’è il trasmettitore di segnale.
Fino a questo punto abbiamo parlato di sonde, sensori e trasduttori, per completare il quadro su questo tipo di apparecchiature manca l’ultimo componente, molto importante: il trasmettitore. Questo apparecchio serve a convertire il segnale in forma standard, per esempio in corrente 0 o 4-20 mA, oppure in tensione come lo 0-10V, o 0-5 volts.
Il trasmettitore di segnale lavora per “aggiustare” il segnale inviatogli dal trasduttore, il quale ha trasformato in precedenza la grandezza fisica misurata dal sensore (o sonda): questo è come funzionano questi apparecchi.
Il trasmettitore può essere integrato nell’apparecchiatura che contiene sonda e trasduttore, oppure costituire un apparecchio a se stante, montato nel quadro di controllo piuttosto che in campo.
Nella prossima immagine vediamo un piccolo sistema d’automazione con PLC, al quale è collegato un trasmettitore di pressione. In questo esempio l’apparecchio trasmette un segnale in corrente 4 / 20 milliampere, che corrispondono come scalatura a una pressione nella tubazione di 0 - 10 Bar.
Naturalmente la scalatura del segnale analogico può essere decisa nel PLC e nel trasmettitore stesso, a seconda del tipo di apparecchiatura utilizzata.
Come notiamo nell’immagine, in questo caso “trasmettitore” indica un apparecchio complesso che contiene sonda, trasduttore e trasmettitore; questo è il motivo per cui oggi per le apparecchiature di questo tipo utilizziamo quasi sempre il nome trasmettitore.
Differenza tra trasmettitore e switch.
Oggi sono disponibili, oltre che ai trasmettitori di segnale, anche dei semplici interruttori che aprono o chiudono un contatto quando la variabile fisica misurata sale o scende sotto una certa soglia, oppure si trova in una forchetta di valori o all’esterno di questa.
In questo caso parliamo di “pressure switch”, oppure “level switch”, così come di “temperature switch”, in italiano li chiamiamo “interruttore di pressione”, “interruttore di temperatura”, e “interruttore di livello”.
Il set point (valore soglia) che fa commutare lo switch in questi apparecchi può essere fisso oppure modificabile negli apparecchi stessi. Per esempio per uno switch di livello possiamo in certi casi scegliere la sensibilità, oppure per un interruttore di pressione la pressione oltre la quale il contatto si deve chiudere; lo stesso per un interruttore di temperatura.
Nella prossima immagine vediamo un interruttore di temperatura, questo oggetto è presente in moltissime delle nostre case, anche se con forme un pochino diverse: lo chiamiamo termostato!
