Su una linea di confezionamento che movimenta flaconi in plastica, vaschette in vetro e sacchi di granulato, il rilevamento di presenza è il primo anello della catena di controllo: se il sensore non vede il pezzo, la stazione a valle lavora a vuoto, il ciclo si ferma e la produzione perde minuti a ogni cambio formato. Il problema si presenta quasi sempre quando si prova a estendere a materiali non metallici una sensoristica nata per il metallo, o quando si vuole leggere il livello di un prodotto sfuso senza forare il serbatoio.
Il confronto fra sensori capacitivi di prossimità e altri metodi di rilevamento parte dal principio fisico. Il sensore capacitivo genera un campo elettrico davanti alla faccia attiva e misura la variazione di capacità provocata dall’avvicinarsi di un corpo con costante dielettrica diversa da quella dell’aria. Poiché qualunque materiale ha una sua permettività, il capacitivo rileva metalli, plastiche, vetro, legno, liquidi e granulati, mentre l’induttivo risponde solo ai metalli e l’ottico dipende dalla riflettività della superficie.
La scelta, però, non si esaurisce nell’elenco dei materiali rilevabili. Entrano in gioco la distanza di intervento e la sua riduzione con materiali a bassa costante dielettrica, la possibilità di leggere attraverso una parete non metallica, la sensibilità a umidità, condensa e depositi sulla faccia attiva, la ripetibilità, l’isteresi e i vincoli di montaggio schermato o non schermato. Le norme di riferimento sono la IEC 60947-5-2 per i dispositivi di prossimità e la IEC 60529 per i gradi di protezione dell’involucro.
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Che cosa rileva davvero un dispositivo di prossimità
Un dispositivo di prossimità non misura una dimensione: commuta un’uscita quando un corpo entra nella zona sensibile. Ciò che cambia da principio a principio è la grandezza fisica che genera la commutazione. Il capacitivo reagisce alla variazione di capacità fra elettrodo e bersaglio, quindi alla costante dielettrica del materiale: l’acqua, con permettività relativa vicina a 80, viene vista molto più facilmente di una plastica espansa, che si colloca poco sopra 1. L’induttivo reagisce alle correnti parassite indotte in un bersaglio conduttivo e ignora del tutto vetro e polimeri. Il fotoelettrico misura una variazione di flusso luminoso, il magnetico la presenza di un campo permanente, l’ultrasuoni il tempo di volo di un impulso acustico. Definire la grandezza in gioco è il primo filtro di selezione, perché determina quali bersagli sono rilevabili e quali restano invisibili.
Sensori capacitivi di prossimità: confronto metodi e criteri di scelta
Il confronto conviene impostarlo per bersaglio. Su un pezzo metallico l’induttivo resta la soluzione più robusta: insensibile a polvere, olio e umidità, con ripetibilità elevata e distanze nominali dell’ordine di pochi millimetri fino a qualche decina. Su materiali non metallici il capacitivo copre un campo che l’induttivo non raggiunge, con portate tipiche fino a circa venti o trenta millimetri sui formati cilindrici più grandi. Il fotoelettrico a barriera offre le distanze maggiori e la massima immunità al colore del bersaglio; la versione a riflessione con catadiottro semplifica il cablaggio, quella a tasteggio diretto lavora da un solo lato ma dipende dalla riflettività della superficie. L’ultrasuoni ignora trasparenza e colore ed è adatto a vetro, film e liquidi schiumosi. Il laser a triangolazione fornisce una lettura di distanza analogica su spot piccolo, il magnetico rileva il pistone in un cilindro attraverso la parete non ferromagnetica.
Distanza di intervento, montaggio e taratura in campo
La distanza nominale dichiarata vale per un bersaglio di riferimento; in campo va corretta con un fattore di riduzione che dipende dalla costante dielettrica. Passando da acqua a polipropilene o a polistirene espanso la distanza utile può ridursi a una frazione del valore nominale, e sui granulati incide anche il grado di riempimento. Il capacitivo è l’unico principio che consente di rilevare il prodotto attraverso una parete non metallica: fissando il sensore all’esterno di un serbatoio in plastica o vetro si legge il livello senza contatto con il processo, purché lo spessore della parete resti contenuto e sia inserito nella regolazione di sensibilità. Il montaggio va deciso fra versione schermata, installabile a filo del supporto metallico, e non schermata, che richiede uno spazio libero attorno alla faccia attiva. Fra sensori vicini va rispettata la distanza minima indicata dal costruttore, per evitare interferenza reciproca dei campi.
Disturbi, sporco e condensa: la diagnosi delle anomalie
La maggior parte dei falsi interventi ha una causa individuabile. Un capacitivo che commuta senza bersaglio ha quasi sempre un deposito conduttivo, un velo d’acqua o della condensa sulla faccia attiva: il campo elettrico si estende nel materiale depositato e la soglia viene superata stabilmente. Una sensibilità regolata al limite superiore amplifica il fenomeno, perciò conviene tarare a metà corsa e verificare l’isteresi, cioè lo scarto fra punto di intervento e punto di rilascio, che deve essere sufficiente a evitare oscillazioni dell’uscita. Un induttivo che perde ripetibilità segnala di solito deriva termica o un bersaglio troppo sottile. Sull’ottico il calo di margine funzionale indica lente sporca o disallineamento del catadiottro; sull’ultrasuoni echi anomali derivano da superfici inclinate o da correnti d’aria calda. Il grado IP dichiarato secondo IEC 60529 va confrontato con il lavaggio effettivo previsto sulla linea.
Quando il principio capacitivo conviene rispetto alle alternative
Il vantaggio del capacitivo si concentra in tre situazioni: bersagli non metallici, lettura di livello attraverso una parete e rilevamento di prodotti sfusi o liquidi dove un contatto meccanico sarebbe inaffidabile o non ammesso dall’igiene di processo. In tutti gli altri casi vale la pena confrontarlo con le alternative: l’induttivo resta preferibile sul metallo per costo e immunità ai disturbi, il fotoelettrico quando servono distanze superiori, l’ultrasuoni sui materiali trasparenti, il laser quando la presenza non basta e serve una misura. La verifica delle caratteristiche elettriche e delle prove funzionali segue la IEC 60947-5-2, che definisce distanze, tolleranze e comportamento delle uscite, mentre la scelta dell’involucro si appoggia alla IEC 60529.
Per il quadro completo su principio di funzionamento, parametri di taratura e criteri di installazione è disponibile l’approfondimento dedicato ai Sensori capacitivi di prossimità.
Che cosa copre il catalogo su questo tema, e che cosa no
Va detto con chiarezza: non trattiamo dispositivi di prossimità. Né capacitivi, né induttivi, né fotoelettrici, né a ultrasuoni, né magnetici; non forniamo i relativi accessori di montaggio schermato, non eseguiamo la taratura di sensibilità in campo e non rilasciamo dichiarazioni di conformità alla IEC 60947-5-2 o alla IEC 60529, che restano a carico del costruttore del dispositivo. Il paragone fra i cinque principi, in questa pagina, è materia tecnica: non è un’offerta.
C’è però un caso, e lo indica il testo stesso nell’ultimo paragrafo: il laser quando la presenza non basta e serve una misura. Quel caso il catalogo lo copre, ed è l’unico. Attenzione però alla differenza: un dispositivo di prossimità commuta un’uscita, un distanziometro restituisce un valore di distanza in continuo. Non è un sostituto più caro del sensore di prossimità: è un altro strumento, che risponde a un’altra domanda.
Misura di precisione
ASTECH serie LDM42
Misura di fase, precisione millimetrica su superficie naturale. Restituisce la distanza come valore continuo, non una commutazione di presenza: serve quando la quota va conosciuta, non solo superata. Uscita analogica, seriale o bus di campo secondo la versione.
La scheda appartiene alla categoria di catalogo Sensori laser di distanza e posizione, dove sono descritti campo di misura, comportamento sulle diverse superfici e interfacce disponibili.
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