5. Errori comuni
La lista seguente elenca gli errori più comuni che gli ingegneri fanno in relazione ai sensori di posizione:
Non tenere in considerazione i costi di un guasto al sensore. Tutti gli ingegneri voglio scegliere una soluzione low cost. Questo però non vuol dire scegliere semplicemente il sensore più economico. Come regola generale, il costo del guasto di un sensore sul campo, è destinato ad essere un problema maggiore e spesso più costoso di un sensore di posizione.
In altre parole, a conti fatti, selezionare un sensore che non si guasti sul campo risulterà essere sempre la scelta migliore in termini economici. Inoltre, c’è sempre la natura del guasto da tenere in considerazione. Un sensore che non funziona correttamente e che si arresta, è solitamente meglio di un sensore in avaria che produce una lettura sbagliato ma credibile. Le conseguenze di una lettura sbagliata in termini di costo e sicurezza, possono essere addirittura superiori di quelle di un sensore che semplicemente smette di funzionare o che ti da un errore.
Non capire la differenza tra ripetibilità, risoluzione e accuratezza. Rileggi la sezione 3 e assicurati di aver compreso le basi. È importante evitare l’errore (spesso diffuso dalla stessa industria dei sensori di posizione) di confondere risoluzione e accuratezza. Solo perché un encoder produce un milione di counts/giro, non vuol dire che esso sia accurato per un milionesimo di rivoluzioni. Al contrario, in molte applicazioni, spesso il requisito chiave è la ripetibilità e quindi, non è necessario mettere a specifica sensori con elevata accuratezza (=costi elevati).
Combinazione errata sensore-ambiente. L’uomo ha trovato diversi modi per sfruttare la maggior parte dei fenomeni fisici base per misurare la posizione attraverso l’utilizzo di tecniche ottiche, magnetiche, capacitive, resistive e induttive. Ogni tecnica ha la sua propria forza e debolezza. Come regola generale, non scegliere:
- Sensori resistivi (potenziometrici), ottici o capacitivi per ambienti sporchi o umidi. Condensazione e ghiaccio superficiale in attrezzatura all’aperto sono una delle cause principali di avaria.
- Sensori ottici, magnetici o capacitivi con applicazioni con range di temperatura esteso (la maggior parte non funzionerà sopra i 125°C)
- Sensori magnetici dove sono richieste performance ad elevate prestazioni, a meno ché non sia anche possibile eliminare i campi magnetici e predisporre un supporto meccanico di precisione per il sensore.
- Potenziometri in applicazioni con vibrazioni forti o prolungate. Questo perché i suoi contatti striscianti elettrici sono soggetti a guasti e usura dati da microscopici movimenti indotti da un sacco di vibrazioni.
Derivare una misura invece che misurare direttamente. Nella progettazione di un sensore di posizione, è buona norma misurare la posizione dell’oggetto a cui si è interessati. In altre parole misurarne la posizione direttamente. Prova a non dedurre o calcolare la posizione di un componente attraverso la misurazione di un altro componente come potrebbe essere un ingranaggio alla fine della linea di trasmissione o la posizione di un motore. È probabile che ci sia gioco, spazi, variazione da parte a parte, guasto meccanico, dilatazioni termiche differenziali/contrazioni, ecc. che ne comprometterebbero inevitabilmente il grado di misura della performance e l’affidabilità.
Dimenticare cavi e connettori. Cavi e connettori sono una delle cause primarie di guasti al sensore. Assicurati che siano presi in considerazione in ogni progetto e soprattutto che siano sollevati da sforzi in tutte le applicazioni che incontrano movimento, shock e vibrazioni.
Non leggere le diciture in piccolo del datasheet. Quella dei sensori di posizione è un’industria competitiva. Sfortunatamente, questo ha portato alcuni produttori a tenere un atteggiamento un po’ troppo furbo con le specifiche tecniche. Spesso la fanno franca perché sanno che molti ingegneri non avranno letto un documento come questo. La conseguenza è che i sensori verranno pubblicizzati con, per esempio, una risoluzione di 10,000 count/rev – senza però indicare l’accuratezza. Un altro esempio, è un sensore con una risoluzione incredibilmente alta ma con molta meno ripetibilità – in altre parole, molta risoluzione ma anche un sacco di rumore in output. Il trucco è non farsi ingannare da numeri in evidenza nel datasheet – leggi le diciture in piccolo.
6. Come scegliere un sensore di posizione
Il primo, nonché più importante, passo per scegliere un sensore di posizione consiste nell’essere molto chiari sulle performance che si necessitano, con focus particolare sui valori di risoluzione, ripetibilità e linearità. Esagerare questi valori porterà alla selezione di un prodotto inutilmente costoso. Il trucco è trovare un sensore che calza a pennello per l’utilizzo che se ne deve fare al minor costo complessivo – ricordandosi, in fase di configurazione, di aggiungere una tolleranza per eventuali guasti sul campo.
Puoi usare la seguente check-list per assicurarti di aver preso in considerazione tutti gli aspetti importanti nelle tue specifiche. Fornire questi dati ad un costruttore di sensori di posizione insieme ad un disegno tecnico dell’ingombro, farà sì che si pongano le basi necessarie per la tua discussione:
- Geometria – per esempio, o lineare o rotativo o curvilineo o 2D o 3D
- Spazio dell’ingombro – punti di fissaggio meccanici, posa cavi e ingombri
- Tipo di misura – incrementale o assoluta
- Fondo scala – per esempio, 360 gradi o 600mm
- Risoluzione – in altre parole, la più piccola variazione che deve essere misurata – per esempio 0,1 gradi o 0,2mm
- Ripetibilità – in altre parole, la stabilità della misurazione in termini di ritornare allo stesso punto – ad esempio ripetibilità = +/- 0,025mm
- Linearità – lo scarto massimo consentito da una lettura perfettamente accurata. Faresti meglio a pensare attentamente a questo aspetto dal momento in cui ci siamo resi conto che spesso quel che conta veramente in molte applicazioni è la ripetibilità.
- Range di temperatura a riposo e di funzionamento – -40°C +85°C è il più comune
- Alimentazione elettrica – per esempio, 5V, 12V o 24V
- Output elettrico – ad esempio dati seriali, impulsi, 0-10V, 4-20mA
- Cose poco comuni – come – “vogliamo tenere il consumo energetico più basso possibile” oppure “è per immersione in acido solforico bollente” o ancora “stiamo utilizzando un dispositivo capacitivo e abbiamo problemi di affidabilità”.