TRASDUTTORI Il sistema di misurazione di un regolatore, o di un controllore, è l insieme dei dispositivi che gli consente di conoscere con continuità il valore delle grandezze fisiche controllate; esso ha ingresso i valori, rilevati sul campo, dei parametri caratteristici del processo ed in uscita i segnali elettrici idonei a comunicare tali valori al controllore. Il sistema di ingresso è costituito da un sensore, un convertitore ed un condizionatore; i primi due elementi insieme costituiscono il trasduttore che può essere definito nel seguente modo: un trasduttore di misura è un dispositivo che rileva un informazione su una variabile fisica e la converte in un segnale, di natura elettrica, ad essa legato da una legge di corrispondenza ben definita. Il sensore è l elemento sensibile alle variazioni della grandezza fisica da controllare; la relazione esistente tra l ingresso e l uscita del sensore è una caratteristica invariante del sensore stesso la cui conoscenza è indispensabile per la sua applicazione. Il convertitore si rende necessario per trasformare il segnale proveniente dal sensore in un segnale con caratteristiche fisiche più adatte alla trasmissione ed all elaborazione successiva delle informazioni. Il condizionatore infine,conferisce al segnale in uscita dal trasduttore le proprietà più idonee affinché esso possa essere interpretato dall unità di controllo. In alcuni casi, le funzioni del sensore e del convertitore possono convivere in un unico elemento. I Trasduttori possono essere classificati in base a diversi criteri: In base alla grandezza misurata: - di posizione (misure di distanza, prossimità o presenza, contatto); - di movimento (misure di spostamento, velocità, accelerazione); - di azione dinamica (misure di deformazione, forza, coppia, pressione); - di portata (misure di portata); - di temperatura(misure di temperatura). In base all apporto energetico: - Attivi (forniscono in uscita un segnale direttamente utilizzabile, senza richiesta di energia esterna; per esempio la termocoppia che, sottoposto ad un gradiente di temperatura dà in uscita una tensione); - Passivi Richiedono energia esterna, per esempio il potenziometro che, per fornire una tensione o una corrente in uscita in funzione delle variazioni di resistenza, deve essere alimentato da un generatore di tensione. In base al tipo di segnale di uscita: - Analogici forniscono un segnale in uscita di tipo continuo, proporzionale al valore del segnale in ingresso; per esempio il potenziometro che, all interno di un range dipendente dalle caratteristiche costruttive, fornisce in uscita un valore di tensione, o di corrente,
linearmente dipendente dalla resistenza ovvero dalla grandezza fisica (posizione) che la determina; - Digitali forniscono un uscita costituita da una successione di segnali di tipo binario. Infine si può fare riferimento anche all ubicazione rispetto alla macchina per la quale operano e possono essere classificati in trasduttori interni ed esterni (questa distinzione si riferisce in particolare alla robotica industriale, dove i trasduttori interni sono quelli installati sull automa che misurano la posizione, la velocità e l accelerazione dei componenti il braccio nonché lo sforzo esercitato dalla pinza, ecc I trasduttori esterni si impiegano per misurare grandezze relative all ambiente che circonda il robot come la distanza, il contatto e il riconoscimento visivo. I SENSORI possono essere classificati in base al fenomeno fisico sfruttato ai fini della misura e si dividono in base a questo in: - meccanici in cui il fenomeno più sfruttato è quello della deformazione; esso è prevalentemente impiegato per rilevare il contatto, la pressione, la forza oppure la presenza. La deformazione può essere prodotta (finecorsa) dalla grandezza da misurare su corpi di diversa natura: leveraggi vari, cilindretti pneumatici, membrane, soffietti. La deformazione subita, nella maggior parte dei casi, viene convertita in un segnale elettrico proporzionale alla pressione o alla forza. In molti casi, come per esempio in tutti i tipi di finecorsa, il segnale di uscita, elettrico o pneumatico, è di tipo On-Off. - elettrici: la famiglia dei sensori elettrici è quella più numerosa essendo tanti i fenomeni di questo tipo cui si può ricorrere per ottenere elementi sensibili alle variazioni di diverse grandezze fisiche; si possono sfruttare alcune caratteristiche elettriche dei materiali come la resistenza, la capacità, fenomeni magnetici, termoelettrici ecc - acustici: le variazioni delle grandezze vengono rilevati per mezzo della variazione della frequenza caratteristica di una vibrazione, attraverso la variazione della velocità di propagazione di un onda sonora in un mezzo, grazie alla variazione del tempo impiegato da un segnale acustico a percorrere una certa distanza. Tali tipi di sensori vengono impiegati per rilevare posizione, prossimità, livello e portata. - ottici: impiegati nelle fotocellule per rilevare la prossimità; - a semiconduttori: sfruttano diverse proprietà dei semiconduttori quali l effetto fotoelettrico (conversione di energia luminosa in energia elettrica, come i fotodiodi, i fototransistor e le celle fotovoltaiche), la fotoresistività (variazione della resistività da parte di alcuni materiali, al variare dell intensità luminosa che li colpisce), la termo resistività (variazione della resistenza da parte di alcuni materiali, al variare della temperatura). - magnetici: per misurare grandezze fisiche che provocano una variazione del flusso magnetico; si possono distinguere tre tipi: - sensori ad effetto Hall impiegati come interruttori di prossimità; - sensori magnetoelastci impiegati nei trasduttori di forza; - sensori magnetorestrittivi impiegati nella misurazione di grandezze meccaniche.
PARAMETRI CARATTERISTICI La caratteristica di trasferimento di un trasduttore è costituita dalla legge matematica, o meglio dalla sua rappresentazione grafica, che lega la grandezza di ingresso a quella di uscita. Nel caso più semplice essa può essere di proporzionalità diretta ma, in generale, è più complessa. Un fenomeno sempre presente è quello dell isteresi, dovuto alla dissipazione di energia, per il quale un dispositivo può fornire per lo stesso valore I x dell ingresso, un uscita diversa a seconda che ad I x si giunga da valori minori o maggiori. Il funzionamento ottimale di un trasduttore è quello definito da una caratteristica lineare; è per questo motivo che si definisce l errore di linearità dato dalla relazione: 100 ovvero dal rapporto tra lo scostamento massimo ed il valore di fondo scala. Si definisce campo di misura, o range di funzionamento, l intervallo compreso tra i due valori estremi tra i quali può variare la grandezza di ingresso. Si definisce risoluzione, o potere risolutivo, la più piccola variazione della grandezza in ingresso che provoca una variazione della grandezza in uscita. In realtà ogni trasduttore, seppure con caratteristica lineare, fornisce in uscita un segnale analogo a quello riportato in figura, in cui si osserva che al segnale di ingresso I corrisponde l uscita U; al variare di I l uscita U non varia finché I non raggiunge il valore I + I; la risoluzione viene espressa in termini assoluti dal valore I. La qualità di un trasduttore è tanto migliore quanto minore è la sua risoluzione. Si definisce valore di soglia la massima variazione del segnale di ingresso necessaria per ottenere un uscita diversa da zero: Si definisce sensibilità il rapporto 100 ovvero dal rapporto tra la minima variazione della grandezza di uscita ed il valore di fondo scala. Ad elevata sensibilità corrisponde un minor range di funzionamento ed una migliore qualità del trasduttore. Per aumentare la sensibilità si ricorre spesso all amplificazione del segnale di uscita. La precisione di un trasduttore, da non confondersi con la risoluzione, è la proprietà di fornire valori di misura il più possibile vicini ai valori veri della grandezza misurata. La precisione di un trasduttore si valuta attraverso il rapporto tra l errore ed il fondo scala: 100 Con E = errore assoluto = valore effettivo valore misurato. Si definisce tempo di risposta, o prontezza, il tempo necessario affinché l uscita raggiunga un valore pari al 90-95% del valore a regime. Minore è il tempo di risposta migliore è la qualità del dispositivo essendo minore il ritardo con cui esso reagisce alla variazione dell ingresso. Infine una caratteristica funzionale di difficile definizione ma molto importante è l affidabilità del trasduttore, in quanto si riferisce alla capacità del trasduttore di mantenere nel tempo invariati tutti i parametri di funzionamento. Connesse all affidabilità sono la vita utile (durata del dispositivo in ore di funzionamento del trasduttore), le condizioni di impiego (limiti entro cui mantenere per esempio temperatura ed umidità per un corretto funzionamento del trasduttore), il sovraccarico (valore massimo, oltre il campo di misura, che può occasionalmente essere applicato senza provocare la rottura del dispositivo).
In base a quanto detto, il trasduttore migliore è quello che più si avvicina alle condizioni ideali, cioè: - Linearità della caratteristica di funzionamento; - Elevata sensibilità; - Bassa risoluzione; - Tempo di risposta nullo; - Mancanza di isteresi. In realtà un simile dispositivo non esiste e pertanto la scelta va effettuata in modo da ottimizzare i parametri che risultano più significativi in relazione all impiego che del trasduttore si deve fare; in ogni caso sarà bene avere: - Un grande campo di misura; - Un basso errore di linearità; - Un piccolo tempo di risposta; - Una bassa impedenza di uscita; - Un basso costo; - Una buona reperibilità del dispositivo o dei suoi componenti; - Un soddisfacente rapporto costo/prestazioni. FUNZIONAMENTO DEI TRASDUTTORI TRASDUTTORI DI POSIZIONE Un trasduttore di posizione è un dispositivo in grado di rilevare lo spostamento subìto da un corpo mobile all interno del sistema controllato; se il moto del corpo è rettilineo il trasduttore si dice lineare, se il moto è rotatorio esso si dice angolare. Potenziometri lineari e angolari I potenziometri sono trasduttori elettrici di tipo resistivo; possono essere sia lineari che angolari; in ogni caso sono costituiti da una resistenza a filo su cui scorre un cursore. Indipendentemente dalle soluzioni costruttive, hanno tutti lo stesso funzionamento, come si osserva dagli schemi elettrici in figura, basato sulla legge di Ohm. Alimentando il potenziometro con una tensione di ingresso V i applicata tra A e B si ottiene: da cui si vede come la tensione in uscita dipenda da r ovvero dallo spostamento l subito dal cursore che rappresenta la caratteristica del potenziometro che risulta essere di linearità essendo sia V i che l costanti.
Esempio: calcolare la tensione in uscita dal potenziometro nel caso in cui il cursore si trova in posizione l=400 mm sapendo che la sua lunghezza è 1m e che è alimentato da una tensione di 10 V. Applico la: = 10 =4 V. Per quanto riguarda il rilevamento di posizioni angolari si ha: ; dove e A = spostamento massimo rilevabile. Esempio: calcolare la tensione in uscita dal potenziometro che ha uno spostamento massimo rilevabile 350 sapendo che è alimentato da una tensione di 5 V e che il cursore ha percorso un angolo di 50. Applico la: = 5 =0,7 V. ENCODER L encoder è il trasduttore più impiegato per la misura degli spostamenti angolari dell albero al quale viene direttamente accoppiato; si tratta di un codificatore ottico digitale. Come si vede in figura, l encoder è costituito da un disco serigrafato in modo da presentare su una corona circolare settori alternativamente opachi e trasparenti, da una sorgente luminosa e da un fotosensore disposti sui due lati opposti di tale disco. Gli impulsi luminosi, a causa della rotazione del disco, investono il fotosensore con una sequenza che dipende dalla disposizione sulla circonferenza dei settori trasparenti; lo spostamento angolare solidale con il disco è misurato dal numero di impulsi luce che raggiungono il fotosensore. Per conoscere anche il verso di rotazione possono essere impiegati due fotosensori A e B posizionati in modo da fornire in uscita due segnali sfasati di 90 ; se A precede B, rispetto ad un impulso di riferimento, il verso è antiorario, mentre se B precede A l'albero ruota in senso orario. Questo tipo di encoder è detto incrementale poiché il numero di segnali in uscita è proporzionale in modo incrementale allo spostamento subito dal disco. Presenta tra i vantaggi un costo contenuto, ma ha il difetto che il conteggio può essere influenzato da disturbi esterni e inoltre, una eventuale interruzione di alimentazione può dar luogo all'indicazione di posizioni non corrette.
Questi inconvenienti si superano con l'encoder assoluto che è realizzato in modo tale da fornire un'informazione binaria distinta per ogni posizione dell'albero; in esso il disco è serigrafato su più corone circolari (4 o 8); ad ogni corona corrisponde un fotosensore che può essere a livello alto o basso; con 8 bit è possibile quindi individuare 2 8 =256 posizioni per giro. Gli elementi sensibili agli impulsi luce sono fototransistor o celle fotovoltaiche. TRASDUTTORI DI VELOCITA' Quelli più impiegati sono: - le dinamo tachimetriche; - gli alternatori tachimetrici; - gli encoder incrementali. I primi due sono di tipo analogico; il terzo è digitale ed il suo funzionamento è stato già esaminato. Per essere usato come trasduttore di velocità, tuttavia, deve essere fornito di un'elettronica di controllo che, contando gli impulsi in un determinato intervallo di tempo, misura la frequenza di rotazione del disco e provvede successivamente ad emettere un segnale proporzionale a tale frequenza e quindi alla velocità. DINAMO TACHIMETRICA E' costituita da una dinamo calettata sull'albero rotante del quale si vuole misurare la velocità di rotazione; essa genera una tensione di uscita proporzionale al numero di giri compiuti dall'albero: V u = K n dove K è un coefficiente che dipende dalle soluzioni costruttive adottate, è il flusso magnetico e n è la velocità di rotazione espressa in giri/min. Il prodotto K esprime la costante tachimetrica caratteristica del trasduttore. La caratteristica tensione - velocità di rotazione è, quindi, nel caso ideale lineare, ma con buona approssimazione si può ritenere lineare anche nel caso reale. Generalmente per la formazione del campo rotante vengono usati magneti permanenti nello statore anche se la loro sensibilità alla temperatura può essere causa di errori. Un elemento di disturbo è costituito dalla presenza delle spazzole che, oltre a
richiedere una manutenzione periodica, provocano un segnale di uscita poco pulito (ondulato) che deve essere opportunamente trattato prima di venire inviato al controllore. TRASDUTTORI DI FORZA Data la semplice relazione esistente tra forza e deformazione (legge di Hooke), i trasduttori di forza sono, in effetti, dei trasduttori di deformazione; per la misura di tale grandezza possono essere impiegati: - estensimetri o strain-gauges ( a resistenza o piezoelettrici); - trasformatori differenziali. ESTENSIMETRI A RESISTENZA o a FILO Esso è costituito da un filo conduttore di materiale ad elevata resistività (manganina, costantana) che, per contenere l'ingombro viene ripiegato su linee parallele per formare una specie di griglia. Il filo è fotoinciso su un supporto in materiale plastico che viene incollato sul corpo soggetto alla forza da rilevare facendo attenzione che la direzione della forza coincida con quella prevalente dell'estensimetro. Molto spesso su uno stesso supporto si trovano fotoincisi diversi estensimetri con lo scopo di misurare le forze agenti lungo direzioni diverse. Poiché la forza applicata, producendo una variazione di lunghezza del filo, provoca una variazione della resistenza, la misura di quest'ultima consente la realizzazione di un trasduttore di forza; la relazione impiegata è: dove E è la costante di elasticità del materiale mentre K rappresenta la costante estensimetrica, definita come il rapporto tra la variazione relativa di resistenza e quella di lunghezza. Il posizionamento degli estensimetri dipende dal tipo di forza che si deve misurare; nel caso di trazione e compressione la direzione della griglia deve essere parallela a quella della forza; per sollecitazioni di flessione essa va posta parallela alle fibre tese o compresse; se il corpo è soggetto a torsione, la griglia si dispone lungo un'elica inclinata di 45 rispetto all'asse di torsione. Per aumentare la sensibilità della misurazione si ricorre al montaggio di più estensimetri; per la trazione e la compressione si dispongono due estensimetri invece di uno in posizioni simmetriche rispetto alla retta d'azione della forza; per la flessione si utilizzano 2 estensimetri ( o 4) incollati sulle superfici opposte in modo tale che 1 (o 2) sia teso e l'altro (o gli altri 2) compresso; nel caso di
torsione si possono montare due estensimetri su eliche parallele, o su eliche inclinate tra di loro di 90. COLLEGAMENTO DI ESTENSIMETRI CON PONTE DI WHEATSTONE Analizziamo, adesso, come si effettua in pratica la misura della variazione di resistenza. Dalla definizione di K si deduce che, a parità di deformazione, quanto maggiore è il coefficiente estensimetrico del materiale tanto maggiore è la variazione di resistenza; ciò suggerirebbe l uso di materiali ad elevata costante estensimetrica; tuttavia questi ultimi hanno per contro un alto coefficiente di temperatura che non è accettabile in quanto una sensibile variazione di temperatura provoca una variazione della resistenza del filo che viene interpretata dal trasduttore come una forza applicata. Si deve quindi necessariamente eseguire la misurazione di piccole variazioni di resistenza; la soluzione più praticata è quella della loro conversione in tensione per mezzo del circuito a ponte di Wheatstone nel quale una delle quattro resistenze è costituita proprio dall estensimetro. Osservando la figura, la condizione di equilibrio del ponte (V AB = 0, TENSIONE NULLA SULLA DIAGONALE DI RILEVAMENTO) si ha quando è verificata la condizione: R E R1 = R 2 R 3. Valgono le seguenti relazioni tra le tensioni: ; Ogni sollecitazione a cui viene sottoposto l estensimetro modifica R E e pertanto mette il ponte in condizioni di non equilibrio; tra i nodi A e B si manifesta una tensione direttamente proporzionale alla variazione E. La misurazione di E può essere effettuata indirettamente attraverso la misurazione di V U con la formula seguente: 4 dove R è il valore, posto uguale, delle quattro resistenze del ponte. ESTENSIMETRI PIEZOELETTRICI Tali tipi di estensimetri sono adatti a rilevare anche forze molto piccole grazie alla loro migliore sensibilità rispetto a quelli a filo; sono inoltre meno soggetti al fenomeno dell isteresi ( fenomeno che si manifesta, in corrispondenza di una determinata lunghezza del filo, con due valori diversi di
resistenza a seconda se il filo sia stato in precedenza allungato o accorciato) essendo realizzati con materiali semiconduttori (silicio o quarzo). Il segnale in tensione viene misurato, come per quelli a filo, ponendo la piastrina di materiale piezoelettrico (La piezoelettricità è la proprietà di alcuni cristalli di generare una differenza di potenziale quando sono soggetti ad una deformazione meccanica) su un lato di un ponte di Wheatstone. CELLE DI CARICO Le celle di carico sono trasduttori estensi metrici che vengono impiegati per la misurazione di grandi forze quali per esempio il peso; sono normalmente costituite da un cilindro al quale sono applicati diversi estensimetri a resistenza, di norma quattro, disposti come in figura, e collegati a ponte; possono lavorare sia in trazione che in compressione, ma le prime sono più precise delle seconde. Il metodo più diffuso per la misurazione consiste nel prelevare la tensione continua in uscita dal ponte e, dopo una necessaria amplificazione, nel misurarla con un voltmetro tarato in Newton o in kilogrammi. TRASDUTTORI DI PRESSIONE Il metodo classico di misura della pressione è basato sulla sua trasduzione in segnale elettrico previa una intermedia trasformazione in deformazione di una membrana soggetta da un lato alla pressione da misurare a collegata dall altro ad un trasduttore di deformazione secondo schemi costruttivi che dipendono dal tipo di trasduttore impiegato; per questa sua caratteristica il trasduttore di pressione viene detto derivato. I sensori più utilizzati per la trasformazione della deformazione della membrana in segnale elettrico si suddividono in: - estensimetri; - trasduttori piezoelettrici; - trasformatori differenziali; - sensori capacitivi; - potenziometri. Il tipo di trasduttore più utilizzato è quello estensimetrico. In esso vengono impiegati estensimetri a semiconduttori. TRASDUTTORI DI LIVELLO La misurazione del livello serve per determinare la quantità di materiale presente all'interno di un serbatoio; un trasduttore di livello è un dispositivo in grado di trasformare in segnale elettrico l'azione che su di esso esercita il materiale. La misurazione può essere effettuata allo scopo di mantenere il livello di materiale nel serbatoio tra un livello minimo ed uno massimo o semplicemente per conoscere istante per istante il livello stesso. Nel primo caso è sufficiente che il trasduttore abbia uscite di tipo On-Off; nel secondo caso sono necessarie uscite analogiche.
Tra questi analizzeremo soltanto quelli conduttivi. Nei trasduttori di livello ad elettrodi conduttivi gli elementi sensibili sono due aste metalliche di lunghezza tale da arrivare con le estremità ai due livelli di massimo e di minimo da controllare. La presenza di liquido ad un'altezza compresa tra i due livelli chiude il circuito formato dall'elettrodo più lungo, detto anche sonda di minimo, e dalla massa metallica del serbatoio; l'abbassamento del livello sotto il valore minimo apre il suddetto circuito; infine la presenza di liquido sopra il livello massimo chiude il circuito tra l'elettrodo più corto, detto sonda di massimo, e la massa. In tutti i casi avviene la commutazione dei contatti dell'uscita a relè del dispositivo. Il materiale delle sonde dipende dal tipo di applicazione. Questo tipo di trasduttori hanno quindi un funzionamento di tipo On-Off. TRASDUTTORI DI TEMPERATURA Nei sistemi di controllo automatico sono utilizzati esclusivamente le termoresistenze, i termistori e le termocoppie. TERMORESISTENZE Queste possono essere a filo o a semiconduttore. Le termoresistenze a filo hanno elementi sensibili di tipo resistivo che sfruttano la dipendenza della loro resistenza dalla temperatura tramite la legge: 1 Dove R 0 è la resistenza alla temperatura di riferimento T 0, R T è la resistenza alla temperatura T e è il coefficiente di temperatura che dipende dal materiale. La loro caratteristica è da considerarsi praticamente lineare entro il campo di valori indicato dal costruttore. I materiali impiegati sono nichel, rame e platino. Dal punto di vista costruttivo, una termo resistenza è costituita da un filo, avvolto su un supporto isolante con dei morsetti per il montaggio al circuito di misura, di solito costituito da un ponte di Wheatstone che rileva le variazioni di resistenza, e quindi di temperatura, mediante la tensione letta sulla diagonale di rilevamento. Le termoresistenze sono di solito impiegate nel campo di temperatura che va da -200 C a +850 C; hanno elevata stabilità, buona linearità su un ampia gamma di temperature, possibilità di rilevare temperature elevate ed un ingombro ridotto. Per contro, sono poco resistenti alle vibrazioni, hanno un costo elevato, una bassa variabilità della resistenza con la temperatura, richiedono un cablaggio relativamente complesso e sono soggette al fenomeno dell autoriscaldamento (sono alimentate e pertanto percorse da corrente e subiscono riscaldamenti per effetto Joule). Tale fenomeno viene contrastato limitando la corrente ad un massimo di 10mA. I Trasduttori più utilizzati per le misure della temperatura sono sicuramente le termocoppie. Dal punto di vista fisico esse sono dei generatori di f.e.m. che convertono energia termica (calore) in energia elettrica sfruttando l effetto termoelettrico, detto effetto seeback.
Costruttivamente sono costituite da due fili conduttori di materiale diverso (rame-costantana, ferro-costantana, nickelcromo-costantana), saldati ad un estremità e aperti all altra, posti dentro una guaina isolante a sua volta contenuta in una protezione ceramica o metallica sulla quale sono predisposti i morsetti di collegamento. La parte sensibile, ovvero la zona di saldatura è detta giunto caldo mentre gli estremi liberi costituiscono il giunto freddo; al variare della temperatura del giunto caldo uno dei due elementi metallici assume una tensione positiva rispetto all altro facendo in modo che ai capi del giunto freddo si manifesti una f.e.m. la cui intensità dipende, oltre che dalla differenza di temperatura tra il giunto caldo e quello freddo, dalla coppia dei metalli che formano il dispositivo; in formula: dove è il coefficiente di Seebeck. Il collegamento della termocoppia al circuito di misura si realizza tramite i cosiddetti cavi compensati, ovvero cavi di materiale simile a quello della termocoppia. Per il funzionamento della termocoppia è necessario che i due giunti siano sottoposti ad una differenza di temperatura; per sfruttare il fenomeno ai fini della misurazione è necessario che il giunto freddo sia tenuto a temperatura di riferimento costante; in tal caso la corrente che circola nel circuito di misura, chiuso tra i due morsetti della termocoppia dipende solo dalla temperatura del giunto caldo. Caratteristica V-T di varie termocoppie TRASDUTTORI DI PROSSIMITA I trasduttori di prossimità sono dispositivi in grado di rilevare la presenza di un oggetto ad una data distanza; possono essere sia On-Off che analogici; in questo secondo caso forniscono in uscita un segnale proporzionale alla distanza dell oggetto dal sensore. I principali dispositivi di questo tipo sono gli interruttori di prossimità induttivi, capacitivi e ad ultrasuoni, i trasduttori ad effetto Hall e le fotocellule. INTERRUTTORI INDUTTIVI Questi dispositivi rilevano la presenza di un oggetto metallico (ferromagnetico) nelle loro vicinanze, grazie alla generazione da esso provocata, di una f.e.m. indotta ai capi di una bobina che eccitandosi chiude un contatto elettrico.
Tale dispositivo è costituito da un magnete permanente e da una bobina racchiusi all interno di una custodia. La vicinanza di un corpo metallico provoca la deformazione delle linee di flusso del campo magnetico generato dal magnete permanente; in condizioni normali non viene indotta corrente nella bobina perché non ci sono linee di flusso concatenate con essa. Quando un materiale ferromagnetico modifica il campo, alcune linee di forza vengono a passare all interno del solenoide generando una corrente indotta di ampiezza proporzionale alla variazione di flusso. Questi dispositivi sono caratterizzati, tuttavia, da piccole distanze di rilevazione (da 1 a 40 mm), poiché l andamento del segnale di uscita in funzione della distanza tra l interruttore e l oggetto è fortemente decrescente; il loro impiego prevalente si ha in applicazioni on-off, da cui il nome di interruttori. FOTOCELLULE I sensori ottici sono elementi sensibili alle radiazioni luminose, cioè alla luce; i più diffusi sono di gran lunga le fotocellule. Esse sono costituite da una sorgente di luce detta proiettore, e da un ricevitore sensibile alla luce, il cui segnale di uscita, opportunamente amplificato, comanda, in funzione del modello, un transistor, un tiristore o un relè. Le posizioni reciproche del proiettore e del ricevitore possono variare secondo le esigenze dando luogo a diversi sistemi di rilevamento: A sbarramento: proiettore e ricevitore sono separati, con l oggetto da rilevare funzionante come barriera ottica; A riflessione: proiettore e ricevitore sono affiancati mentre l oggetto da rilevare funziona come barriera ottica rispetto ad un catarifrangente; Reflex: proiettore e ricevitore sono affiancati mentre l oggetto da rilevare funziona direttamente come superficie riflettente. Le fotocellule sono dispositivi On-Off; l uscita può essere attivata in due modi: Corpo da rilevare Da un impulso buio: in uscita si ha il segnale on quando il fascio luminoso viene interrotto, e quindi oscurato; Da un impulso luce: in uscita si ha il segnale off quando il fascio luminoso è incidente sul ricevitore.