La misura di pressione in spazi ristretti

In casi di misura di pressione con spazi di montaggio limitati, i moduli del sensore con un segnale di uscita compensato semplificano l’integrazione in molte applicazioni. Essenziale però è la collaborazione fra fornitore e utente. Ce ne parla WIKA.

di Ginevra Leonardi

Il bisogno di avere una maggiore intelligenza nei prodotti e nelle reti di produzione sta creando una richiesta di componenti semplici da integrare anche quando lo spazio è limitato. Per quanto riguarda i sensori di pressione, ad esempio, i produttori possono scegliere diversi livelli di configurazione, da semplici elementi di misura a moduli sensore già tarati. Concetti come “Industria 4.0” e “Industrial Internet of Things” sono ormai sulla bocca di tutti, ma già molto prima che se ne parlasse esisteva una richiesta di misura della pressione anche negli spazi di montaggio più ristretti. I sensori di pressione standard (trasmettitori di pressione) raggiungono subito i limiti della tecnologia, specialmente nel settore OEM. Ecco perché le aziende di questo ambito si rivolgono a produttori di tecnologie di misura come WIKA, capaci di aiutarle a sviluppare soluzioni personalizzate per applicazioni specifiche.

Integrare l’elemento di misura richiede uno sforzo elevato
Molte delle opzioni finora disponibili sul mercato iniziano installando l’elemento di misura vero e proprio, ovvero un ponte di Wheatstone o un estensimetro. Tuttavia, lo sforzo per integrare questo elemento risulta piuttosto elevato e deve essere sostenuto dall’utente. A parte gli aspetti meccanici, si tratta principalmente dei componenti elettrici: ogni singolo elemento del sensore deve essere misurato e tarato con l’ausilio di un’opportuna elettronica di elaborazione dei dati. Ad esempio, l’elettronica dell’utente deve determinare e compensare l’errore del punto zero e l’errore dello span di ciascun sensore. Per questo, occorre misurare il segnale del sensore sia quando il sistema è depressurizzato, sia quando è sottoposto alla pressione nominale/di lavoro. In entrambi i casi il segnale si discosterà dal set point (offset). L’elettronica di elaborazione, quindi, si occuperà di eliminare questi errori di misura.

Si può scegliere una soluzione adatta alle singole esigenze
Una simile procedura ha senso nel caso di volumi di fornitura elevati, perché il prezzo per componente è spesso inferiore. WIKA può quindi mettere insieme le apparecchiature di prova più appropriate per i diversi elementi del sensore, o sviluppare e costruire sistemi di prova completi per il processo di produzione dell’utente.
Se l’azienda è riluttante a tarare il sensore in questo modo durante la produzione, si consigliano moduli con sensore di pressione che forniscono un segnale standardizzato e pronto per la taratura. Se necessario, oltre a semplificare l’installazione durante il processo di fabbricazione del prodotto, questi moduli consentono anche la sostituzione rapida e semplice dei componenti di misura successivamente in campo. Poiché viene emesso un segnale standardizzato, il sensore può essere semplicemente sostituito e non deve essere ritarato. A seconda delle necessità, per questi moduli di sensore di pressione sono disponibili diverse tipologie di segnali di uscita. Segnali analogici come 1 … 10 V, 0,5 … 4,5 V raziometrici e
4 … 20 mA sono ancora molto comuni e ben collaudati nell’industria. Rispetto ad altri tipi di segnale, quelli in corrente sono molto meno sensibili alle interferenze, e sono quindi ideali per la trasmissione via cavo su lunghe distanze o per applicazioni in cui prevalgono condizioni EMC avverse.

I vantaggi dei segnali digitali
Insieme a quelli analogici, anche i segnali digitali si stanno rapidamente affermando. Il segnale I²C, ad esempio, originariamente sviluppato per la comunicazione dei dati su circuiti stampati, si sta facendo strada nel mondo dei sensori industriali. Presenta numerosi vantaggi in circostanze specifiche, in particolare un’adeguata protezione EMC e una linea di segnale non eccessivamente lunga: confronto alle versioni analogiche, il consumo di corrente di un modulo sensore con un segnale I²C tende ad essere inferiore; i tempi di attivazione del sensore possono essere estremamente brevi; non è necessario convertire il segnale analogico in uno digitale per un’ulteriore elaborazione elettronica; oltre ai valori di pressione, se necessario, un protocollo dati I²C consente di avere anche valori di temperatura. Il segnale I²C, inoltre, permette di implementare una versione dei sensori di pressione a bassa potenza, una valida alternativa in particolare per le applicazioni alimentate a batteria. In caso di data logger autonomi con trasmissione wireless, la sostituzione delle batterie deve essere limitata al minimo, e il funzionamento a efficienza energetica del sensore di pressione rappresenta un fattore vitale, così come per qualsiasi altro componente del prodotto finito.

Serve una costruzione compatta con connessioni flessibili
Oltre a un segnale di uscita adatto, per l’integrazione del sensore è importante una costruzione compatta con connessioni flessibili. Ormai dovrebbe essere chiaro che non solo le dimensioni, ma anche la sofisticata funzionalità dei sensori di pressione standard sono in contrasto con i requisiti di integrazione, sia in termini di esecuzione sia di economia. Ad esempio, se il sensore è installato in una custodia sigillata ermeticamente e con brevi collegamenti tra i fili e l’elettronica, è da dubitare la possibilità di avere un elevato grado di protezione IP o una protezione EMC adeguata. E poiché i moduli del sensore di pressione sono classificati come componenti esattamente come lo sono gli elementi di un sensore di pressione, la dichiarazione di conformità CE non è obbligatoria; solo il prodotto finale finito viene normalmente dotato di una marcatura CE.

L’importanza della collaborazione fra fornitore e utente finale
In base alle esperienze passate, quando si cerca il modo migliore per integrare una misura di pressione, è essenziale una stretta collaborazione tra il fornitore del sensore e l’utente finale. Se una “lista dei desideri” dev’essere trasformata in una soluzione di misura che soddisfi tutti i requisiti, e che sia ottimizzata per le sfide del futuro digitale, entrambe le parti devono essere disposte e in grado di adattarsi. Per raggiungere questo obiettivo, WIKA propone workshop sull’innovazione del valore, in cui gli esperti dell’azienda si incontrano con gli utenti per considerare quali aspetti delle specifiche siano realmente rilevanti, e quali delle potenziali alternative siano di conseguenza le più adatte dal punto di vista sia tecnico che commerciale.

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