Sensore di Pressione Idraulica: Funzionamento e Applicazioni

I sensori si trovano in numerosi ambiti. Per esempio, nel settore automobilistico, un segnale inviato dal sensore può far muovere la lancetta del tachimetro quando l’utente accelera o frena, permettendogli così di valutare la propria velocità. Tuttavia, in questa operazione, il sensore funge semplicemente da intermediario tra il parametro misurato e l’informazione rappresentata. Ciò che arriva alla fine (cioè il risultato visibile sul tachimetro) è in realtà uno strumento di misura. Per questo motivo, è normale trovare sensori nei banchi di prova.

Ma entrando più nel dettaglio, si può dire che ogni tipo di sensore ha caratteristiche specifiche. Analizziamo quindi i diversi tipi di sensori e le loro applicazioni.

Sensori di Forza

I sensori di forza misurano la tensione o la compressione. Questi sensori convertono le forze fisiche in segnali elettrici proporzionali alla forza applicata. Serve a misurare il grado di flessione di un elemento (o la sua curvatura/torsione). Funziona tramite una resistenza che varia in base al livello di flessione. La misurazione avviene dunque attraverso la flessione: maggiore è la flessione, più forte sarà il segnale inviato dal sensore.

Analizzando i sensori di forza, possiamo distinguere tre tipi principali, ognuno progettato per un uso specifico e in un contesto particolare. Tra questi troviamo:

• Sensori di flessione
• Sensori elettrici
• Sensori idraulici

Sono particolarmente comuni nel settore dei banchi di prova. Questi sensori servono, ad esempio, a valutare la pressione che un oggetto subisce. Un esempio concreto è rappresentato da un banco prova per telai di racchette: qui i sensori misurano le forze applicate e ciò che subisce il banco di endurance. Questo è solo uno dei tanti esempi di utilizzo dei sensori di forza.

Sensori di Movimento

I sensori di movimento (noti anche come rilevatori di movimento) sono generalmente utilizzati per tutto ciò che riguarda il campo della sorveglianza. Il loro funzionamento si basa principalmente sulla variazione di temperatura.

Sensori di Velocità

Progettati per essere integrati in strutture che richiedono un alto livello di resistenza, i sensori di velocità sono presenti in un’ampia gamma di settori industriali. Per quanto riguarda i banchi di prova, vengono utilizzati principalmente in pompe, compressori o turbine. Il funzionamento del sensore di velocità è il seguente: la velocità di rotazione magnetica genera una tensione che corrisponde alla velocità di rotazione e che successivamente viene convertita in un segnale.

Un esempio di applicazione di questi sensori si trova nei banchi di prova di performance idraulica utilizzati, ad esempio, per testare i rubinetti miscelatori.

Sensori di Luce

I sensori di luce trovano applicazione in diversi settori e per vari utilizzi. Ad esempio, servono per stimare l’indice di luminosità in una stanza o per migliorare l’illuminazione (ad esempio, determinando quando accendere o abbassare la luminosità). Inoltre, sono utilizzati per proteggere contro la sovraluminosità.

Questi sensori sono disponibili in molte forme diverse e sono utilizzati in ambiti molto vari. Tra gli esempi figurano i tester LED (per schermi), i sensori solari (per pannelli solari o scaldabagni) o i sensori fotonici (utilizzati per catturare la luce). Ma come funziona un sensore di luce? Il principio di funzionamento è il seguente: il sensore reagisce in modo simile a un pannello solare. In pratica, in base alla quantità di luce ricevuta, il sensore produce più o meno energia.

Le onde solari inviate sotto forma di luce sono composte da fotoni. Questi fotoni, grazie alla loro energia, liberano elettroni che permettono successivamente di generare un segnale elettrico. Questi sensori sono particolarmente diffusi nell’industria automobilistica. Infatti, i nuovi sistemi presenti nei modelli più recenti di automobili consentono l’accensione automatica dei fari in base al livello di luminosità ambientale.

Sensori di Umidità

I sensori di umidità trovano applicazione in numerosi settori. Consentono di misurare l’umidità in due forme principali: umidità relativa, espressa in percentuale (%), e umidità assoluta, misurata in grammi per metro cubo (g/m³). Questi sensori sono principalmente utilizzati nei settori agroalimentare, industriale e nel settore delle costruzioni (BTP).

Per valutare l’umidità di un ambiente, esistono diverse modalità, che si avvalgono di sensori specifici:

1. Il sensore psicometrico offre il vantaggio principale di non invecchiare nel tempo. Garantisce una grande precisione e un’elevata qualità delle misurazioni. È utilizzabile in qualsiasi circostanza, poiché può funzionare anche con un’umidità del 100%. Tuttavia, presenta delle limitazioni: non funziona correttamente se la temperatura scende sotto gli 0°C o se l’umidità nell’aria è troppo bassa.
2. Un’alternativa è rappresentata dal sensore capacitivo, che offre una lunga durata di vita senza necessità di manutenzione. A differenza del sensore psicometrico, è utilizzabile anche in condizioni di temperatura inferiori a 0°C.

Sensori di Pressione Idraulica e Monitoraggio Ambientale

I punti di monitoraggio della diga del serbatoio sono dotati di misuratori di livello e pluviometri, e i colleghi sono dotati di trasmissione wireless RTU per raccogliere informazioni in tempo reale come il livello dell'acqua e le precipitazioni nel serbatoio. Pluviometri, misuratori di livello e RTU sono installati nelle sezioni trasversali del fiume per monitorare i dati relativi al livello e al flusso del fiume durante la stagione delle piogge e fornire un allarme tempestivo quando il livello dell'acqua sta per superare la linea di allarme del fiume.

I trasduttori di pressione, per la misura dei livelli piezometrici nei pozzi risalgono alla metà degli anni '60, ma sono entrati nell'uso normale delle indagini idrogeologiche da circa 20 anni. Il motivo è da ricercare nella diffusione dei computer portatili ma soprattutto nella disponibilità di software semplici ed in grado di trattare le migliaia di dati che questi strumenti registrano dopo qualche mese di acquisizione. I sensori di livello automatico si presentano come dei cilindri in acciaio di diametro in genere da 1 a 2,5 cm, in grado di registrare variazioni di livello piezometrico (pressione), temperatura e conducibilità.

Ve ne sono di due grandi categorie, quelli assoluti (senza cavo di compensazione) e quelli relativi. Questi ultimi sono caratterizzati dall'avere lo strumento di misura, che viene calato nel pozzo, collegato tramite un tubicino di compensazione della pressione barometrica con le batterie, che rimangono in superficie. La grande utilità che deriva dall'uso di questi strumenti è nella possibilità di separare delle variabili naturali od artificiali che altrimenti renderebbero completamente errate alcune interpretazioni. Si è visto, ad esempio, che la pressione barometrica influisce in maniera diversa sui livelli piezometrici degli acquiferi rendendo pertanto in alcuni casi imprecise le interpretazioni delle prove di pompaggio. Negli artesiani, le variazioni repentine e sconosciute della pressione atmosferica possono produrre variazioni di livello anche di 20-30 cm nell'arco di poche ore.

Un altro vantaggio fornito dall'esame delle serie temporali (grafici che riportano variazioni di un parametro rispetto al tempo) risiede nella capacità di definire con maggiore precisione il grado di confinamento di un acquifero e quindi di capire se un livello è continuo o meno. Se, ad esempio, andiamo a confrontare la variazione dell'efficienza barometrica (BE) nel tempo, in diversi pozzi che filtrano uno stesso acquifero, l'andamento delle curve indica il grado di comunicazione (vedi grafico modificato da Butler). Con BE si definisce l'efficienza barometrica, data dal rapporto tra la variazione di livello piezometrico e quella di pressione atmosferica per uno stesso intervallo temporale.

Un moderno sensore di livello relativo per utilizzo in piezometri di piccolo diametro. La parte di misura ha un diametro di 1 cm, mentre quella che contiene le batterie e la memoria è di 2,5 cm e resta in superficie. Un altro esempio delle possibilità offerte dagli acquisitori automatici qui utilizzati per misurare le variazioni di livello naturale e dinamico di 2 pozzi, quelli idrometrici di un fiume e l'altezza di precipitazione.

Pressostati, Vuotostati e Trasduttori

Nelle applicazioni industriali ed automotive si richiede frequentemente che il raggiungimento di un valore di pressione, precedentemente impostato, venga trasformato in un segnale elettrico, utilizzato per dare inizio al ciclo macchina, oppure per segnalare e monitorare una determinata situazione (esempio: perdite nell’impianto, allarmi etc...). Queste operazioni sono generalmente gestite da componenti, tarati in funzione dell’applicazione, che prendono il nome di PRESSOSTATI, VUOTOSTATI E TRASDUTTORI. La taratura avviene tramite una vite di regolazione che, agendo su una molla, definisce il carico della stessa.

Nella versione NORMALMENTE APERTA (N.A.) il contatto si presenta aperto, ossia non esiste passaggio di corrente in assenza di pressione. Nei pressostati con contatti NORMALMENTE CHIUSI (N.C.) vediamo che, in assenza di pressione i contatti sono chiusi e il segnale è presente sui contatti esterni. In quest’ultima versione è possibile utilizzare indifferentemente sia i contatti N.C. che N.A.

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