{"id":5456,"date":"2017-09-11T11:45:03","date_gmt":"2017-09-11T11:45:03","guid":{"rendered":"https:\/\/qa-servotecnica.hintogroup.eu\/encoder-induttivi-vs-encoder-capacitivi\/"},"modified":"2023-05-01T17:51:31","modified_gmt":"2023-05-01T17:51:31","slug":"encoder-induttivi-vs-encoder-capacitivi","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/qa-servotecnica.hintogroup.eu\/it\/encoder-induttivi-vs-encoder-capacitivi\/","title":{"rendered":"Encoder Induttivi vs Encoder Capacitivi"},"content":{"rendered":"\n<p><strong>Gli encoder capacitivi o induttivi possono sembrare, a prima vista, molto simili e gli aspetti che li differenziano possano apparire confusi. Entrambi utilizzano una tecnica di non contatto per la misurazione della posizione, e entrambi possono essere costruiti impiegando circuiti stampati. Tuttavia i principi fisici su cui si basano sono piuttosto diversi.<\/strong><br><strong>Questo articolo spiega queste diversit\u00e0 confrontandone i lati positivi e negativi che entrambe le soluzioni presentano.<\/strong><\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Sensori Capacitivi \u2013 Principio di funzionamento<\/h2>\n\n\n\n<p>La scoperta della possibilit\u00e0 di immagazzinare grosse quantit\u00e0 di energia elettrica, \u00e8 da attribuire allo scienziato Ewald George von Kleist, inventore del primo condensatore. Questo componente \u00e8 formato da due piastre (o facce) conduttive separate da un materiale dielettrico, tipicamente aria, plastica o ceramica. Un semplice modello matematico del condensatore \u00e8 mostrato in Figura 1.<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"450\" height=\"235\" src=\"https:\/\/qa-servotecnica.hintogroup.eu\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/esempio-di-condensatore-semplice.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-5448\"\/><figcaption class=\"wp-element-caption\"><em>Figura 1<\/em> &#8211; Un condensatore semplice<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n<p>La permittivit\u00e0 elettrica \u0510, ovvero la quantit\u00e0 di energia elettrica trattenuta da un materiale non conduttore sottoposto ad un campo elettrico, \u00e8 costituita da due parti \u0510r e \u05100 dove \u0510r \u00e8 la permittivit\u00e0 statica relativa (anche chiamata costante dielettrica) del materiale tra le due piastre, \u05100 la permittivit\u00e0 statica nel vuoto. (\u05100 = 8.854E-22 F\/m).<\/p>\n\n\n\n<p>Il principio capacitivo \u00e8 utilizzato in dispositivi quali telefoni, tablet, cellulari che impiegano la tecnologia touch screen, ovvero rilevano la presenza o l\u2019assenza di un dito grazie alla variazione della costante dielettrica \u0510r che va a cambiare la capacit\u00e0.<\/p>\n\n\n\n<p>Una seconda applicazione \u00e8 rappresentata dal sensore capacitivo di spostamento ovvero una riga lineare capacitiva o un encoder capacitivo rotativo; questi sensori lavorano sulla variazione di capacit\u00e0 tra le facce del condensatore. Come si pu\u00f2 notare dalla Figura 1 la capacit\u00e0 varia in proporzione alla distanza tra le facce (d) e all\u2019area di sovrapposizione (A). Lo spostamento pu\u00f2 essere misurato assialmente variando d, oppure in direzione planare variando l\u2019area di sovrapposizione A. Le facce del condensatore possono essere costruite impiegando circuiti stampati, il che permette un notevole vantaggio in termini economici. Per memorizzare qualsiasi quantit\u00e0 significativa di carica la dimensione d deve essere piccola rispetto all\u2019area delle piastre. Solitamente d \u00e8 1 mm. I sensori capacitivi lineari o rotativi, sono costruiti in modo tale che lo spostamento provochi una variazione in A o in d. In altre parole una faccia \u00e8 sull\u2019elemento mobile del sensore mentre l\u2019altra faccia \u00e8 sull\u2019elemento fisso. Mentre i 2 elementi si spostano tra loro si ha una variazione della superficie capacit\u00e0 C del condensatore.<\/p>\n\n\n\n<p>Purtroppo la capacit\u00e0 \u00e8 anche influenzata da fattori diversi dallo spostamento. Se il materiale dielettrico \u00e8 circondato da aria, la sua permittivit\u00e0 varia sia con la temperatura sia con la presenza di umidit\u00e0, infatti l\u2019acqua ha una diversa costante dielettrica rispetto all\u2019aria; cambiando la permittivit\u00e0 cambia di conseguenza la capacit\u00e0. A meno che il materiale dielettrico non venga sigillato, i sensori capacitivi non sono adatti a lavorare in ambienti con sbalzi termici elevati o con probabilit\u00e0 di condensazione e\/o variazioni di umidit\u00e0.<br>La necessit\u00e0 intrinseca di avere una distanza tra le facce del sensore molto contenuta rispetto alle dimensioni delle facce stesse, comporta una grande precisione meccanica per l\u2019installazione. Questo fattore implica un aumento notevole del costo di installazione; Oltretutto si dovr\u00e0 tenere contro anche dell\u2019espansione termica e dell\u2019influenza che possono avere eventuali derivanti dalla struttura esterna al sensore che avranno ripercussioni sulla distanza tra e facce del condensatore e causando una distorsione della misura.<\/p>\n\n\n\n<p>Inoltre l\u2019effetto capacitivo si basa sulla conservazione della carica elettrica nel condensatore. Se il sistema attorno al sensore genera cariche elettrostaiche, queste possono influenzare negativamente la misurazione. In casi estremi il sensore non funziono affatto o, peggio ancora, il disturbo elettrostatico generer\u00e0 una misurazione credibile ma errata. La messa a terra del sistema meccanico su cui viene installato il sensore, pu\u00f2 essere una soluzione ed \u00e8 indispensabile per i sensori angolari capacitivi in cui l\u2019albero rotante genera cariche statiche derivanti dal rotolamento dei cuscinetti, dagli ingranaggi o dalle pulegge.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Sensori induttivi \u2013 Principio di funzionamento<\/h2>\n\n\n\n<p>Nel 1831, Michael Faraday, scopr\u00ec che una corrente alternata che percorre un conduttore pu\u00f2 indurre una corrente in senso opposto in un secondo conduttore affiancato al primo. Questo principio di induzione viene ampliamente usato come base di misura della posizione e della velocit\u00e0 nei resolver, nei synchro e negli LVDT. La teoria di base pu\u00f2 essere spiegata considerando 2 avvolgimenti, uno definito trasmettitore (Tx) a quale si applica una corrente alternata, ed il secondo che funge da ricevitore (Rx) nel quale viene indotta una corrente:<\/p>\n\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"600\" height=\"361\" src=\"https:\/\/qa-servotecnica.hintogroup.eu\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/legge-di-faraday-induzione.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-5451\"\/><figcaption class=\"wp-element-caption\"><em>Figura 2<\/em> &#8211; Principio induzione di Faraday<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n<p>La tensione nell\u2019avvolgimento di ricezione \u00e8 funzione dell\u2019area delle bobine, della geometria della distanza tra le due. Tuttavia, come con i sensori capacitivi, anche per i sensori induttivi diversi fattori possono influenzare il comportamento delle bobine. La temperatura \u00e8 uno di questi, ma pu\u00f2 essere eliminato semplicemente impiegando pi\u00f9 bobine di ricezione e calcolando la posizione dal differenziale tra i segnali ricevuti (come in un trasformatore differenziale). Di conseguenza se la temperatura cambia, l\u2019effetto viene annullato poich\u00e9 il differenziale tra i segnali ricevuti \u00e8 inalterato per una data posizione.<\/p>\n\n\n\n<p>A differenza dei sistemi con tecnologia capacitiva, quelli con tecnologia induttiva sono meno influenzati dagli agenti esterni come acqua e particelle. Poich\u00e9 le bobine possono essere distanziate in modo rilevante, la precisione meccanica per l\u2019installazione \u00e8 meno importante e i due elementi, quello fisso e quello mobile hanno tolleranze di montaggio abbastanza elevate. Ci\u00f2 aiuta a ridurre i costi di installazione e permette l\u2019incapsulamento dei componenti permettendo ai sensori di resistere a sollecitazioni esterne come vibrazioni, essere immune a sostanze gassose o presenza di polvere.<\/p>\n\n\n\n<p>I sensori induttivi forniscono una soluzione ottimale per quelle applicazioni che prevedono un alloggiamento in ambienti particolari tipici delle applicazioni per la difesa, aerospaziale e nell\u2019industria petrolifere.<\/p>\n\n\n\n<p>Uno dei maggiori inconvenienti dei sensori induttivi \u00e8 che per la costruzione impiegano delle bobine di ferrite che devono essere costruite con particolare accuratezza per ottenere una misurazione precisa della posizione. Un numero significativo di bobine deve essere impiegato per ottenere un segnale elettrico stabile e questo li rende ingombranti, pesanti e costosi.<\/p>\n\n\n\n<p>Si pensa che i sensori induttivi siano particolarmente sensibili a disturbi elettromagnetici ma l\u2019impiego, con successo, dei resolver come elemento adatto per pilotare la commutazione e controllare la velocit\u00e0 dei motori smentisce completamente questa teoria. Sia i resolver che gli LVDT sono la soluzione per applicazioni aerospaziali o civili gi\u00e0 da molti anni.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Un differente approccio ai sensori induttivi<\/h2>\n\n\n\n<p>Un approccio diverso ai sensori induttivi \u00e8 quello di impiegare una tecnologia di stampa laminare per la realizzazione delle bobine anzich\u00e9 impiegare le bobine in ferrite, ed \u00e8 la soluzione impiegata da Zettlex. Questo comporta che gli avvolgimenti possono essere prodotti in rame inciso o stampato su differenti variet\u00e0 di pellicole in poliestere o carta oppure laminati su ceramica. In questo modo si realizzano avvolgimenti molto precisi raggiungendo una prestazione di misura molto maggiore a costi contenuti, peso degli avvolgimenti contenuto pur mantenendo inalterata la robustezza.<\/p>\n\n\n\n\n\n<p>Gli IncOder Zettlex sono dispositivi senza contatto tra i due elementi principali, ciascuno a forma di anello. L\u2019ampio foro rende pi\u00f9 facile il montaggio su alberi passanti, su collettori rotanti, fibre ottiche, tubi e cavi. IncOrder non richiedono un montaggio meccanico con alte tolleranze, il rotore e lo statore possono facilmente essere avvitati alle parti meccaniche della macchina. La misurazione non viene influenzata da elementi esterni e sono ideali per ambienti difficili in cui i dispositivi capacitivi potrebbero risultare inaffidabili.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">In conclusione<\/h2>\n\n\n\n<p>I benefici dei tre differenti sensori sono indicati nella tabella sottostante. Si pu\u00f2 notare che dei tre sistemi quello con approccio induttivo non tradizionale, impiegato da Zettlex, \u00e8 quello che elenca il maggior numero di vantaggi.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-table\"><table><tbody><tr><td><\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\"><strong>Capacitive<\/strong><\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\"><strong>Inductive (Traditional Coils)<\/strong><\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\"><strong>Inductive (Printed Coils)<\/strong><\/td><\/tr><tr><td>High Resolution<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><\/tr><tr><td>High Repeatability<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><\/tr><tr><td>High Accuracy<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><\/tr><tr><td>Resilience to Dirt, Water or Condensation<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\"><\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><\/tr><tr><td>Resilience to electrostatic effects<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\"><\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><\/tr><tr><td>Robust EMC OperationLow Thermal Drift<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><\/tr><tr><td>Low Thermal Drift<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\"><\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\"><\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><\/tr><tr><td>Easy to Install<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\"><\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">?<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><\/tr><tr><td>Compact<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\"><\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><\/tr><tr><td>Lightweight<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\"><\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><\/tr><tr><td>Economical<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">?<\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\"><\/td><td class=\"has-text-align-center\" data-align=\"center\">X<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Gli encoder capacitivi o induttivi possono sembrare, a prima vista, molto simili e gli aspetti che li differenziano possano apparire confusi. 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