Che cos’è un sensore
Un sensore è il primo elemento di una catena di misura. Si tratta di un dispositivo in grado di rilevare dati fisici dall’ambiente circostante e trasmetterli ad un sistema di controllo. Il sensore quindi interagisce direttamente con il sistema misurato e la sua funzione è quella di acquisire in ingresso una grandezza fisica o chimica ed esprimere in uscita una grandezza di altro tipo. Tale grandezza in uscita viene elaborata e poi trasmessa ad uno strumento di misura terminale (sistema a catena aperta) oppure ad un sistema di controllo (sistema a catena chiusa).
Quello dei sensori è un campo in continua crescita e continuo sviluppo, data la vasta gamma di settori ai quali il loro utilizzo può essere applicato e rivelarsi estremamente utile: dai processi industriali alla medicina, dalla robotica al controllo ambientale; l’uso dei sensori è ormai diffusissimo e fa parte della nostra quotidianità, migliorando sensibilmente le prestazioni di attrezzature e macchinari sia di settori altamente specializzati, sia di uso comune come le automobili.
Classificazione dei sensori
- Sensori fisici: Rilevano la grandezza meccanica, termica, acustica, elettrica, magnetica, ottica, elettromagnetica. I sensori fisici più ultizzati sono quelli elettrici, mentre i sensori a fibra ottica sono tra gli ultimi ad esser stati inventati e la loro applicazione è al momento per lo più limitata all’ambito scientifico.
- Sensori meccanici: Nei sensori meccanici sia la grandezza in entrata che quella in uscita sono grandezze di tipo meccanico o termico, e si distinguono tra loro in base al funzionamento: avremo quindi sensori di contatto, come gli ingranaggi, nei quali la grandezza di ingresso e uscita è costituita da uno spostamento; i sensori elastici, nei quali la grandezza in entrata modifica la forma di un elemento elastico, producendo in uscita uno spostamento; i sensori inerziali, come il pendolo, nel quale la grandezza in entrata è l’accelerazione di gravità e la grandezza in uscita è il periodo di oscillazione; i sensori termici, come il termometro; i sensori idropneumatici, in cui una corrente fluida incontra un ostacolo dalla forma studiata e viene da esso deviata.
- Sensori elettrici: I sensori elettrici si dividono in due grandi categorie: attivi e passivi. Un sensore elettrico è attivo quando l’effetto fisico su cui si basa assicura che l’energia misurata venga trasformata in energia elettrica; è passivo quando necessita di un’alimentazione esterna per trasformare l’energia misurata.
I sensori e le condizioni ambientali
Come abbiamo sottolineato all’inizio, il sensore acquisisce i dati in entrata direttamente dall’ambiente circostante. Questo significa che all’atto pratico il loro funzionamento può essere influenzato da una o più variabili ambientali. Il regolare funzionamento di un sensore può quindi dipendere o essere influenzato da fattori quali temperatura, umidità, pressione, polveri, luminosità eccetera. Pertanto è fondamentale tenere presenti tutti questi elementi nel momento in cui si sceglie un sensore, in modo tale da selezionare quello più adatto al luogo in cui deve svolgere la sua funzione. Se necessario è opportuno provvedere alle misure di precauzione per proteggere il sensore: in un ambiente molto polveroso, ad esempio, si dovrà optare per un sensore con gli ingranaggi protetti, per evitare che la polvere si depositi tra di essi compromettendone il regolare funzionamento. In un ambiente in cui sono presenti forti campi magnetici e/o elettrici sarà necessario usare sensori insensibili a tali campi o adeguatamente protetti, onde evitare un’alterazione dei risultati elaborati dal sensore.
Applicazione pratica dei sensori
I sensori al giorno d’oggi rappresentano una tecnologia di base, indispensabile in tutti quei casi in cui si intende realizzare dei dispositivi di autonomazione delle decisioni operative. I sensori possono inoltre costituire un valido supporto in ambito aziendale, dal momento che i dati immagazzinati dal sensore possono essere inseriti in un database tramite il quale diventa semplice ricostruire la storia dei processi aziendali, molto utili nel momento di prendere decisioni ed elaborare strategie.
Il sensore quindi è il primo elemento della catena tecnologica che consente di prendere informazioni dal mondo reale al fine di aumentare le possibilità di conoscerlo e studiarlo, in vista di molteplici scopi (ricerca scientifica, supporto all’utente nel processo decisionale, incremento della produttività, eccetera).
I sensori si trovano nella maggior parte dei dispositivi che utilizziamo ogni giorno: dal telecomando al termometro ai nostri smartphone. I cellulari di ultima generazione, in particolare, si basano sul funzionamento dei sensori. La capacità dell’immagine di adattarsi subito allo schermo quando giriamo il nostro smarphone, ad esempio, è dovuta all’accelerometro, un sensore che misura l’accelerazione del device e funziona in concomitanza con il giroscopio, un altro sensore largamente utilizzato dai dispositivi mobili per individuare ogni movimento degli stessi.
Un altro esempio di uso comune dei sensori è il magnetometro, il sensore che misura intensità e direzione di un campo magnetico. E’ il magnetometro che permette di scaricare ed utilizzare le varie applicazioni. Sfruttano la tecnologia dei sensori sia strumenti di misurazione classica, come il termometro, che gli strumenti più recenti già divenuti imprescindibili nella vita moderna, come il gps. Di sviluppo molto più recente ed innovativo, invece, sono i lettori di impronte digitali che ormai alcuni smartphone utilizzano per sbloccare il dispositivo al posto delle vecchie password.
Panoramica sulle diverse tipologie di Sensori
Di seguito spieghiamo esattamente a cose servono le varie tipologie di sensore:
Sensori radio
Utilità dei sensori radio per la concentrazione di anidrite carbonica
Trascorrere molte ore all’interno di un ambiente può determinare, specie se non si è soli, una massiccia conversione dell’ossigeno della stanza in Anidrite Carbonica (CO2). Ciò può determinare, oltre che forti emicranie, notevoli cali della concentrazione e della produttività, oltre che sonnolenza e spossatezza. Per questa ragione, un sensore radio, sopratutto nelle scuole e negli uffici, rappresenta un’ottima soluzione, perché rileva la concentrazione di Co2 all’interno di una stanza e vi avverte quando è necessario un ricambio dell’aria. Alcuni modelli, inoltre, misurano anche il tasso di umidità in un ambiente, impedendo la formazione di muffa e agenti patogeni.
Sensori di temperatura e umidità
Applicazioni del sensore di temperatura e umidità per ambienti
I sensori di temperatura e umidità sono utilizzati per misurare la temperatura dell’aria, di liquidi o la temperatura superficiale di un solido. Sono spesso impiegati in ambito industriale, ma ciò non esclude che questi sensori possano soddisfare delle esigenze quotidiane. Dal monitoraggio del microclima all’interno di acquari, ai modelli predisposti per l’ambito gastronomico, dotati di un punto di misurazione asettico in acciaio inox, i misuratori di temperatura e umidità si rivelano molto utili per l’agricoltura e per mantenere costante il clima della propria abitazione e verificare il tasso di umidità che, se troppo elevato, può procurare innumerevoli danni per la salute. A seconda delle esigenze, sono disponibili modelli da parete, da condotta o con sonda remota.
Sensori Modbus
Condizioni di inquinamento atmosferico e sensori Modbus
Ottimi misuratori per la temperatura degli interni, ma dotati anche di altre e utilissime funzionalità, i sensori Modbus si mostrano come i più adatti per il monitoraggio della qualità dell’aria negli ambienti chiusi. Un sensore Modbus garantisce l’igene e il benessere del proprio ambiente indoor ed è un sensibilissimo termometro da interni. Un prodotto intelligente, questo, capace, grazie alle misurazioni al punto di rugiada, di prevedere in anticipo la formazione di condensa in modo da permetterci di prevenirne la formazione. Tra le svariate applicazioni del sensore Modbus, anche quella di rilevare l’eccessiva quantità di Co2 e la presenza di gas misti, grazie al sensore VOC.
Sensori Voc e Co2
Cosa sono e come si rendono utili i sensori Voc e Co2
La sigla Voc, per esteso Volatile organic Compounds, indica un sensore capace di rilevare nell’aria, la presenza di gas misti e nocivi. Questi Gas che, più precisamente, sono composti organici volatili, sono spesso causati dall’utilizzo di materiali, spesso sintetici e da laboratorio, utilizzati nei nuovi impianti elettrici, per incrementare l’isolamento e migliorare l’efficienza energetica, oltre che da prodotti cosmetici, solventi e detergenti per la casa. A lungo andare, l’esposizione a questi gas può danneggiare notevolmente la salute degli esposti o determinare un forte calo della concentrazione. Prevenire la formazione di gas volatili è possibile, mantenendo l’ambiente sempre ventilato, monitorare la contaminazione, invece, è semplice, con l’installazione di un sensore Voc.
I sensori Co2, invece, servono per misurare la concentrazione dei principali ossidi di carbonio : il monossido di carbonio (CO) e l’Anidrite carbonica (Co2). Spesso utilizzati in uffici, scuole e ambienti di lavoro, i sensori Co2 si dimostrano indispensabili per la creazione di un ambiente favorevole al lavoro, lo studio e la concentrazione. La presenza di Co2 nell’aria, infatti, incide notevolmente sulla concentrazione e la produttività. I moderni sensori sono dotati della tecnologia a infrarossi, che utilizza la spettroscopia infrarossa che riduce l’incidenza della luce infrarossa sul rilevatore Co2.
Sensori Pt 100
Termoresistenza e sensori pt 100
La termoresistenza è un sensore di temperatura che utilizza la variazione della resistività di alcuni materiali al variare della temperatura. Le termoresistenze presenti in commercio sono molte e di diversa fattura ma, in linea di massima, tutte si dimostrano resistenti agli agenti corrosivi. Si chiamano Pt 100, o Pt 1000, quelle termoresistenze che usano come materiale il platino, la cui temperatura di 0 gradi equivale a 100 Ω e 1000 Ω.
Le Pt 100 e le Pt 1000, possono essere divise in due principali tipologie:
- le termoresistenze a film sottile
- le termoresistenze a filo.
Nelle prime, viene applicato un sottile strato di platino sotto una piastra portante in ceramica. Questa tipologia si caratterizza, oltre che per le comode dimensioni ridotte, anche per una eccezionale resistenza alle vibrazioni. Dato meno tecnico, ma non accessorio, le termoresistenze a film sottile hanno, in genere un ottimo rapporto qualità/prezzo. Per quanto riguarda la seconda tipologia, quella a filo, si tratta di un filo di platino avvolto in un corpo di protezione rotondo. Quest’ultima, che può essere a due, a tre o a quattro fili, e il filo bifilare può essere avvolto in un corpo di protezione in vetro o in ceramica. La differenza principale tra i due materiali sta perlopiù nella resistenza alle vibrazioni, più elevata nei corpi in vetro, ridotta in quelli in ceramica.
