I sensori più utilizzati nei banchi prova
Su un banco di prova, i sensori servono a misurare le grandezze fisiche necessarie per analizzare il comportamento di un prodotto sottoposto a prova. A seconda del tipo di prova, possono misurare una forza, una pressione, uno spostamento, una velocità, una temperatura, l’umidità o anche la luminosità.
Questi dati vengono poi utilizzati per gestire la prova, verificare la conformità del prodotto, individuare eventuali anomalie o confrontare diversi risultati. Un sensore scelto in modo errato, posizionato male o calibrato in modo errato può falsare l’interpretazione dei dati, anche se il banco di prova è progettato correttamente.
I sensori più comunemente utilizzati su un banco di prova sono generalmente i sensori di forza, i sensori di pressione, i sensori di posizione, i sensori di velocità, i sensori ottici e i sensori di umidità. La loro scelta dipende dal prodotto sottoposto a prova, dalla precisione richiesta, dall’ambiente di prova e dal tipo di dati da analizzare.
SOMMAIRE
A cosa servono i sensori su un banco di prova ?
Un sensore consente di trasformare una grandezza fisica in un dato misurabile. Su un banco di prova, serve a monitorare ciò che accade durante il test: lo sforzo applicato, la pressione in un circuito, lo spostamento di un componente, la velocità di rotazione, la temperatura, l’umidità o la presenza di un segnale luminoso.
Queste informazioni vengono utilizzate per gestire il test, confrontare i risultati e verificare se il prodotto sottoposto a prova soddisfa i criteri previsti. Ad esempio, un sensore di pressione può monitorare l’andamento di un circuito idraulico, mentre un sensore di forza consente di misurare una forza di trazione, compressione o flessione.
La scelta del sensore dipende quindi dal tipo di prova effettuata, dalla precisione richiesta e dall’ambiente in cui opera il banco di prova. Un sensore utilizzato su un banco di prova idraulico non deve necessariamente soddisfare gli stessi requisiti di un sensore integrato in un banco di prova meccanico.
Quali sensori vengono utilizzati su un banco di prova?
A seconda del tipo di prova effettuata, un banco di prova può integrare diversi sensori per misurare le grandezze fisiche necessarie all’analisi del prodotto. La tabella seguente illustra le famiglie più comuni e i loro principali utilizzi.
Type de capteur | Mesure réalisée | Exemple d’utilisation sur banc d’essai |
Capteur de force | Effort, traction, compression, flexion | Mesurer la résistance d’une pièce, d’un matériau ou d’un assemblage |
Capteur de pression | Pression hydraulique ou pneumatique | Suivre un essai d’étanchéité, une épreuve hydraulique ou une pression cyclée |
Capteur de déplacement | Course, position, déformation | Contrôler la position d’un vérin ou mesurer la déformation d’un produit |
Capteur de vitesse | Vitesse de rotation ou de déplacement | Suivre un moteur, un axe, un actionneur ou un cycle dynamique |
Capteur optique | Présence, distance, position, contraste | Détecter une pièce, contrôler un repère ou mesurer sans contact |
Capteur d’humidité | Humidité ambiante ou environnementale | Suivre les conditions d’un essai climatique, d’endurance ou de vieillissement |
Sensori di forza e pressione
I sensori di forza e di pressione sono tra i sensori più comuni su un banco di prova. Consentono di misurare le forze applicate a un prodotto o la pressione presente in un circuito idraulico, pneumatico o meccanico.
Queste misure sono utili per verificare la resistenza di un componente, monitorare una variazione di pressione, seguire un ciclo di prova o rilevare un comportamento anomalo durante il test.
Il sensore di forza
Il sensore di forza misura una forza applicata in trazione, compressione, flessione o taglio, a seconda della configurazione utilizzata. È spesso presente sui banchi di prova meccanici, in particolare per determinare la resistenza di un pezzo, di un materiale o di un assemblaggio.
Su un banco di prova, consente ad esempio di misurare la forza necessaria per deformare un prodotto, verificarne la resistenza meccanica o monitorare l’andamento di una forza durante un ciclo ripetuto.
Il trasduttore di pressione idraulica
Il trasduttore di pressione idraulica misura la pressione di un fluido all’interno di un circuito. Viene utilizzato sui banchi di prova idraulici per monitorare la pressione durante una prova di tenuta, una prova idraulica, una prova di prestazione o una prova di pressione ciclica.
Questo tipo di sensore deve essere scelto in base all’intervallo di pressione da misurare, alla precisione richiesta, alla natura del fluido e alla frequenza di acquisizione necessaria durante la prova.
Il sensore di forza o di coppia
Alcune prove richiedono anche la misurazione di una forza di manovra o di una coppia di rotazione. È il caso, ad esempio, quando un banco di prova deve verificare il comportamento di una valvola, di un rubinetto, di un perno o di un meccanismo sottoposto a sollecitazioni ripetute.
Queste misurazioni consentono di comprendere meglio l’usura del prodotto, la regolarità del suo funzionamento o l’insorgere di un blocco meccanico nel corso della prova.
Sensori di posizione e di movimento
I sensori di posizione e di movimento consentono di monitorare lo spostamento di un elemento durante un test. Vengono utilizzati quando è necessario conoscere la corsa, la posizione angolare, la variazione di distanza o il movimento di un attuatore.
Su un banco di prova, queste misurazioni sono utili per controllare la posizione di un cilindro, monitorare la deformazione di un prodotto, verificare lo spostamento di un meccanismo o sincronizzare più movimenti durante un ciclo automatizzato.
Encoder incrementali e assoluti
Gli encoder consentono di misurare una posizione o una rotazione. Un encoder incrementale indica le variazioni di posizione rispetto a un punto di riferimento, mentre un encoder assoluto fornisce direttamente una posizione nota, anche dopo un’interruzione di corrente.
Vengono spesso utilizzati su assi motorizzati, attuatori o sistemi rotanti per monitorare con precisione uno spostamento o una rotazione durante il test.
Sensori di spostamento lineare LVDT
Il sensore LVDT misura uno spostamento lineare con buona precisione. È adatto a prove in cui si desidera monitorare nel tempo la corsa, la deformazione o la posizione di un componente.
Lo si trova, ad esempio, sui banchi di prova meccanici per misurare lo spostamento di un pezzo sottoposto a una forza, oppure sui banchi idraulici per monitorare la corsa di un cilindro.
Sensori di prossimità induttivi e capacitivi
I sensori di prossimità consentono di rilevare la presenza o l’assenza di un oggetto senza contatto diretto. I modelli induttivi vengono utilizzati per i componenti metallici, mentre quelli capacitivi sono in grado di rilevare altri materiali.
Su un banco di prova, vengono spesso utilizzati per fissare una posizione, confermare la presenza di un prodotto, rilevare il raggiungimento del finecorsa o verificare che un componente sia posizionato correttamente prima dell’avvio del test.
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I sensori di velocità
I sensori di velocità consentono di misurare la velocità di traslazione o di rotazione di un elemento durante un test. Sono utili quando il comportamento del prodotto dipende dal movimento, dal tempo di risposta o dalla ripetizione di un ciclo.
Su un banco di prova, queste misurazioni possono servire a controllare la velocità di un asse, monitorare la rotazione di un motore, verificare il movimento di un attuatore o confrontare l’uniformità di un meccanismo nel corso di diversi cicli.
I tachimetri
Il tachimetro misura la velocità di rotazione. Può essere utilizzato per monitorare un motore, un albero, un rullo o qualsiasi altro elemento rotante integrato in un banco di prova.
Questa misura è utile quando si desidera verificare una velocità nominale, rilevare uno scostamento o sincronizzare una rotazione con altri parametri misurati sul banco di prova.
Sensori di velocità lineare
I sensori di velocità lineare misurano la velocità di spostamento di un elemento in traslazione. Possono essere utilizzati su cilindri, attuatori o sistemi guidati.
Su un banco di prova, consentono di verificare la ripetibilità di un movimento, di controllare il rispetto di un profilo di spostamento o di analizzare la reazione del prodotto durante una fase dinamica.
I sensori ottici
I sensori ottici utilizzano la luce per rilevare una presenza, una posizione, una distanza, un colore o un contrasto. Vengono spesso impiegati quando si desidera effettuare una misurazione senza contatto o controllare rapidamente uno stato durante un ciclo di prova.
Su un banco di prova, possono essere utilizzati per verificare la presenza di un prodotto, rilevare il passaggio di un pezzo, controllare un riferimento visivo o garantire la sicurezza di una fase prima dell’avvio del test. Sono utili anche quando non è auspicabile il contatto diretto con il pezzo.
Le fotocellule
Le fotocellule rilevano la presenza o il passaggio di un oggetto tramite un raggio luminoso. Possono funzionare in modalità a barriera, a riflessione o a rilevamento diretto, a seconda della configurazione del banco.
Questo tipo di sensore viene spesso utilizzato per verificare che un prodotto sia posizionato correttamente, per contare i passaggi o per attivare un’azione automatica all’interno di una sequenza di test.
I sensori laser
I sensori laser consentono di misurare con precisione una distanza, una posizione o uno spostamento senza entrare in contatto con il pezzo. Sono utili quando si desidera rilevare una variazione minima o misurare un prodotto fragile, deformabile o difficile da strumentare.
Possono essere integrati in un banco di prova per monitorare una corsa, verificare una geometria, misurare una deformazione o seguire l’andamento di un pezzo durante una prova.
I sensori di umidità
I sensori di umidità misurano la quantità di acqua presente nell’aria o in un ambiente di prova. Sono utili quando le condizioni ambientali possono modificare il comportamento del prodotto sottoposto a prova o influenzare la qualità delle misurazioni.
In un banco di prova, questo tipo di sensore può essere integrato per monitorare l’umidità in una camera climatica, controllare un ambiente di invecchiamento o verificare le condizioni di una prova a lungo termine.
Perché misurare l’umidità durante una prova?
L’umidità può influire su alcuni materiali, componenti elettronici, assemblaggi incollati, parti in plastica o prodotti esposti a condizioni ambientali variabili. Misurarla consente di interpretare meglio i risultati ed evitare di attribuire una variazione al prodotto se in realtà essa deriva dall’ambiente di prova.
Misure spesso associate alla temperatura
In molti casi, l’umidità viene monitorata insieme alla temperatura. Questi due parametri consentono di definire con maggiore precisione le condizioni di prova, in particolare per i test di resistenza, di invecchiamento, di resistenza ambientale o di stabilità nel tempo.
Come scegliere un sensore per un banco di prova?
La scelta di un sensore non dipende solo dalla grandezza da misurare. Occorre inoltre tenere conto del prodotto sottoposto a prova, del tipo di prova, della precisione richiesta e dell’ambiente in cui opera il banco di prova.
I criteri principali da verificare
- la grandezza da misurare: forza, pressione, spostamento, velocità, temperatura, umidità o segnale ottico;
- il campo di misura necessario, con un margine adeguato alle condizioni di prova;
- la precisione richiesta e la ripetibilità delle misurazioni;
- la frequenza di acquisizione, in particolare per le prove rapide o cicliche;
- l’ambiente: temperatura, umidità, spruzzi d’acqua, vibrazioni, polvere o sollecitazioni meccaniche;
- le esigenze di taratura e di tracciabilità dei risultati.
Su un banco di prova idraulico, la scelta ricade spesso sulla pressione, sulla portata, sulla temperatura o sulla tenuta. Su un banco di prova meccanico, le misurazioni riguardano piuttosto le forze, gli spostamenti, i cicli o le deformazioni.
Il sensore deve infine essere compatibile con il software di acquisizione dati. I dati devono poter essere registrati, confrontati e integrati in un rapporto di prova utilizzabile dai team di qualità, R&S o di laboratorio.
Metrologia e taratura dei sensori di forza
Protocolli di controllo in loco e tracciabilità delle misure meccaniche
Nel campo delle prove meccaniche, la precisione delle misurazioni di resistenza, trazione o flessione dipende direttamente dalla stabilità delle catene di acquisizione. Le strutture delle nostre macchine integrano attacchi e supporti meccanici di taratura specifici. Queste configurazioni consentono di montare un sensore master di riferimento (cella di carico di riferimento) direttamente in serie sull’asse del cilindro di spinta, senza richiedere lo smontaggio completo delle attrezzature o del telaio di guida.
Il programma informatico, sviluppato nell’ambiente LabVIEW, integra un modulo di metrologia nativo accessibile tramite un profilo amministratore protetto. Durante le fasi di verifica periodica, l’operatore applica una rampa di carico controllata su 3-5 punti della scala di misura del sensore di forza. Il software calcola istantaneamente le rette di regressione lineare e aggiorna i coefficienti di correzione per eliminare le potenziali derive del segnale analogico (circuiti chiusi 4-20 mA o segnali 0-10 V).
Ogni ciclo di calibrazione genera una cronologia immutabile. I risultati, gli scostamenti rilevati e le curve di linearità vengono registrati e poi esportati automaticamente in formati digitali CSV o TDMS. Questi file forniscono ai direttori tecnici e ai responsabili della qualità i rapporti metrologici indispensabili per convalidare gli audit di certificazione e garantire la ripetibilità delle prove di resistenza sui nostri banchi di prova meccanici.
Dalla misurazione fisica alla conformità del prodotto
Forza, velocità, luminosità o umidità: la misurazione fisica diretta è indispensabile per verificare il comportamento di un sistema industriale. L’integrazione di questi sensori consente di utilizzare dati numerici concreti, sia durante i test di sviluppo in R&S che sulle linee di controllo della produzione.
L’affidabilità dei futuri banchi di prova dipenderà direttamente dalla precisione di questi strumenti. Una valutazione rigorosa in laboratorio o in officina rimane l’unico mezzo tecnico per individuare gli scostamenti di misura, verificare la resistenza dei componenti e garantire la conformità finale richiesta dal capitolato d’oneri.
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