IT202100028070A1 - “trasduttore di posizione lineare senza contatto.” - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dell'invenzione industriale avente per titolo:

?Trasduttore di posizione lineare senza contatto.?

La presente invenzione concerne un trasduttore di posizione lineare senza contatto.

Sono noti nello stato della tecnica sistemi sensorizzati per il controllo di posizione disposti nei principali organi mobili di un sistema meccanico di macchine utensili a controllo numerico o di linee di produzione robotizzate, di veicoli industriali e agricoli o di macchine per la movimentazione di terra. Tra gli attuatori lineari pi? diffusi nel mondo industriale e dell?idraulica mobile sono presenti gli attuatori elettrici lineari e i cilindri idraulici.

Generalmente, in ambito industriale, la parte mobile degli attuatori elettrici ? connessa al cursore del sensore di posizione lineare, che risiede allesterno dell'attuatore. Per quanto concerne le applicazioni di idraulica mobile, i sensori posti all?esterno dell?attuatore possono risultare sconvenienti perch? gli organi mobili dei macchinari possono presentare molteplici gradi di libert?. Inoltre, considerando i livelli di sporco e detriti che caratterizzano l?ambiente di lavoro tipico delle macchine agricole e di movimento terra, il sensore montato allesterno dell?azionamento, se non debitamente protetto, rischia di danneggiarsi. Per questo motivo risultano particolarmente attrattivi tutti quei sensori di posizione lineare che possono essere montati direttamente all?interno del cilindro idraulico o pneumatico o, pi? in generale, dell?azionamento.

Attualmente esistono sensori di posizione lineare basati su diversi principi di funzionamento.

Sono noti sensori resistivi come quello descritto nel brevetto US 4,386,552 dove si utilizza un sensore potenziometrico resistivo come elemento primario di un trasduttore di posizione lineare interno cilindro. Questo tipo di sensore ? composto da un cursore, che include un contatto elettrico strisciante ed una pista resistiva circolare sulla quale scorre il cursore. Il cursore si muove di moto circolare e, strusciando, modifica il percorso elettrico della pista, determinando una variazione della resistenza equivalente tra i due terminali della pista resistiva.

Le principali limitazioni di questa tecnica di misura riguardano l?usura della pista resistiva ad opera del contatto strisciante. Inoltre, per trasdurre la posizione dell?asta del cilindro, il sensore potenziometrico resistivo deve essere alloggiato insieme alla meccanica di accoppiamento al pistone allinterno del compartimento dell?olio, esponendo costantemente la pista resistiva agli effetti corrosivi dell?olio e delle impurit? in esso presenti. Infine, a seguito di un malfunzionamento, il sensore potenziometrico non pu? essere facilmente estratto per essere sostituito, a meno di non smontare l?estremit? fissa del cilindro in cui ? alloggiato.

Sono noti sensori senza contatto capacitivi come quello descritto nel brevetto FR 2539868, in cui si utilizza un sensore capacitivo come elemento primario di un trasduttore di posizione lineare interno cilindro. Questo tipo di sensore ? composto da due armature, una realizzata dalla stessa asta del pistone, la quale ? forata e permette lo scorrere al suo interno della seconda armatura costituita da un?asta solidale all?estremit? fissa del cilindro idraulico. Le due armature sono elettricamente isolate tra loro. La capacit? elettrica equivalente misurabile tra le due armature varia in funzione della lunghezza del tratto che vede le due armature affacciate.

Questa tecnica di misura senza contatto preserva dall?usura meccanica gli elementi primari che compongono il sensore. Tuttavia, per trasdurre la posizione dell?asta del pistone, il sensore capacitivo deve essere alloggiato all?interno del compartimento dell?olio. Quindi, l?intera parte sensibile del trasduttore ? costantemente immersa in olio, il quale, oltre a poter presentare effetti corrosivi, ha sensibili variazioni della sua costante dielettrica al variare del livello di impurit?, come sporco e acqua, della temperatura e pressione di lavoro. Tale indesiderata variazione della costante dielettrica si riflette sulla capacit? equivalente tra le due armature e, se non compensata, pu? essere erroneamente interpretata come la variazione della posizione dell?asta del cilindro.

Inoltre, a seguito di un malfunzionamento, il sensore capacitivo non pu? essere facilmente estratto per essere sostituito: un?armatura ? parte integrante del pistone, mentre l?altra armatura pu? essere sfilata solamente dopo aver rimosso l?estremit? fissa del cilindro idraulico.

Nei brevetti US 6,234,061 e US 7,290,476 si utilizza un trasduttore di spostamento induttivo (Linear Variable Displacemnte Transducer - LVDT) come elemento primario per determinare la posizione dell?asta del pistone che scorre all? interno di un cilindro idraulico. Il trasduttore ? realizzato mediante un tubo composto da tre avvolgimenti disposti con assi paralleli e con all? interno un nucleo cilindrico feiromagnetico mobile, meccanicamente connesso all?asta del pistone. L?avvolgimento centrale ? da considerarsi come il primario di un trasformatore, che si accoppia differentemente con i due avvolgimenti secondari in funzione della posizione del nucleo ferromagnetico. La variazione di riluttanza tra gli avvolgimenti del trasformatore ? proporzionale allo spostamento del nucleo.

L?accoppiamento meccanico tra il nucleo ferromagnetico e l?asta del pistone ? realizzato tramite un sistema incluso all?interno del cilindro e composto da un filo, fissato ad una estremit? alla punta dell?asta, e all?altra estremit? ad un tamburo dotato di molla di ritorno. Tramite un meccanismo a vite senza fine, la rotazione del tamburo ? convertita nella traslazione di un perno che, con un sistema di camme, insiste sul nucleo ferromagnetico del trasduttore di spostamento induttivo.

Questa tecnica di misura senza contatto preserva dall?usura meccanica gli elementi primari che compongono il trasduttore. Tuttavia, per rilevare la posizione dell?asta del pistone, il sensore induttivo deve essere alloggiato all?interno del compartimento dell?olio, subendo dunque i suoi effetti corrosivi. Inoltre, per quanto questa tecnica di trasduzione sia relativamente robusta alle variazioni della temperatura di lavoro dell?olio, essa pu? risentire dell?influenza delle impurit? in esso presenti, come sporco e acqua, che possono generare una variazione indesiderata della riluttanza, la quale, se non compensata, pu? essere erroneamente interpretata come la variazione della posizione dell?asta del cilindro.

La sostituzione dell?elemento primario induttivo a seguito di un malfunzionamento comporta necessariamente la rimozione dell?estremit? f?ssa del cilindro idraulico in cui ? alloggiato.

Sono noti sensori magnetoresistivi come quello descritto nel brevetto JP 62229003A in cui si utilizza un sensore di spostamento magnetico basato su magnetoresistori (Giant Magnetoresistance - GMR) come elemento primario per determinare la posizione dell?asta del pistone che scorre all? interno di un cilindro idraulico. Il trasduttore ? costituito da una o pi? coppie di magneti poste all?esterno del cilindro idraulico, e da un sensore di intensit? del campo magnetico, realizzato con quattro magnetoresistori arrangiati a Ponte di Wheatstone e posizionato all?interno del cilindro, fissato all?asta del pistone. I magneti di ciascuna coppia sono posizionati in maniera diametralmente opposta rispetto all?asse del cilindro, generando un campo magnetico ortogonale alla direzione dello spostamento dell?asta del pistone. Rivestendo opportunamente il cilindro con materiale ad elevata permeabilit? magnetica, il campo generato dalle coppie di magneti ? esteso per tutta la lunghezza dello stesso. I magnetoresistori si trovano dunque a muoversi all?interno di un campo magnetico con intensit? che ? funzione della posizione dell?asta del pistone.

Questa tecnica di trasduzione ? senza contatto, quindi l?elemento sensibile non subisce usura meccanica. Inoltre, nonostante il sensore di intensit? del campo magnetico sia collocato nel compartimento dell?olio, esso pu? essere debitamente rivestito da materiale passivante non ferromagnetico per risultare immune ad eventuali effetti corrosivi dell?olio.

D?altra parte, i magnetoresistori sono particolarmente sensibili alle variazioni della temperatura di lavoro. Inoltre, essendo posizionati sulla parte mobile del cilindro idraulico, necessitano di un apposito sistema di cablaggio anti-attorcigliamento per poter riportare il segnale elettrico all?esterno dell?apparato meccanico tramite apposito connettore.

Tale complessit? si evidenzia anche nell?operazione di sostituzione del sensore a seguito di un guasto: mentre i magneti che generano il campo magnetico di riferimento possono essere alloggiati all?esterno del cilindro, quindi in un luogo pi? facilmente accessibile dal manutentore, per raggiungere l?elemento sensibile magnetoresistivo ? necessario rimuovere l?estremit? del cilindro e sfilare l?asta del pistone.

I sensori magnetostrittivi, alla quale famiglia appartiene il sensore presentato nel brevetto EP 1571425, sono una classica soluzione per ottenere un?accurata misura della posizione lineare di un organo mobile di un sistema meccanico. La tecnica magnetostrittiva si basa sulla misura del tempo di volo di un?onda acustica trasmessa lungo un filo di materiale magnetostrittivo, che viene riflessa indietro in prossimit? della strozzatura indotta da un anello magnetico che scorre lungo la guida d?onda. Tale tecnica senza contatto permette di ottenere elevate risoluzioni di misura, a discapito di tuttavia di costi elevati, un?elevata suscettibilit? alle variazioni di temperatura, vibrazioni e campi magnetici esterni. Urti meccanici applicati accidentalmente sull?asta contenente la guida d?onda possono compromettere la taratura del sensore, fino a danneggiarlo irrimediabilmente.

Sono noti sensori magnetici come quelli descritti nei brevetti US 8,829,893 e US 9,062,694; in detti brevetti si utilizza una schiera di sensori magnetici disposti per tutta la lunghezza della parte fissa di un cilindro idraulico accoppiati a uno o pi? magneti alloggiati nell?asta del pistone. Sia che si sfruttino elementi magnetoresistivi o ad effetto Hall arrangiati a ponte, il principio di misura ? senza contatto, quindi l?elemento sensibile primario ? esente dall?usura meccanica e il suo grado di protezione pu? essere incrementato tramite tradizionali tecniche di passivazione come la resinatura.

I sensori magnetici rilevano l?intensit? del campo magnetico. Interrogando ogni sensore e combinando le relative uscite ? possibile risalire alla posizione dell?asta. Il pregio di questa soluzione ? che la schiera di sensori magnetici pu? essere posizionata all? esterno del cilindro idraulico, risultando facilmente accessibile per la manutenzione e protetta dagli stress meccanici e termici tipici del compartimento dell?olio. D?altra parte, la struttura stessa del cilindro pu? attenuare il campo magnetico prodotto dai magneti mobili al suo interno, costringendo la schiera dei sensori a lavorare in condizioni di scarsa sensibilit?. Inoltre, la schiera di sensori risulta esposta ad eventuali interferenze generate da componenti metallici o magnetici che si muovono nelle vicinanze del cilindro. Per questi motivi, nel brevetto US 9,062,694 si propone di alloggiare la schiera di sensori su un supporto magneticamente polarizzato, che da un lato scherma contro le interferenze e dall?altro rende pi? robusta la misura dell?intensit? del campo magnetico. Infine, la complessit? e costo di tale trasduttore sono direttamente proporzionali alla massima corsa misurabile: maggiore ? la lunghezza dell?asta del pistone, maggiore ? il numero di sensori magnetici da disporre e pi? complesso diventa il cablaggio, l? indirizzamento e la gestione di ciascun elemento sensibile.

Per ridurre, a parit? di intervallo di misura, il numero di sensori Hall da includere all?interno della schiera di sensori magnetici, il brevetto WO 2016046537 propone l?utilizzo di una schiera di sensori, connessa all?estremit? fissa del cilindro, che pu? scorrere all?interno dell?asta del pistone, la quale ? cava. Nell?asta del pistone ? incluso un magnete, cavo anch?esso, appositamente lavorato per generare all? interno della sua cavit? un campo magnetico con intensit? che varia linearmente a seconda della posizione. Anche in questo caso, combinando la misura dell?intensit? del campo magnetico di ciascun sensore della schiera ? possibile risalire alla posizione dell?asta. La particolare geometria del magnete garantisce un incremento dell?intensit? del campo magnetico lungo l?asse di spostamento dell?asta del pistone rispetto alle soluzioni precedenti, permettendo un posizionamento pi? rado dei sensori che compongono la schiera. Inoltre, posizionando la schiera di sensori all? interno del cilindro, si riducono gli effetti derivanti da sorgenti di disturbo elettromagnetico a discapito dell?obbligata immersione nel compartimento dell?olio dell?elettronica del sensore, con tutti i problemi di difficile accessibilit? in caso di manutenzione che ne conseguono.

Nei brevetti US 7,956,606 e US 9,341,266 si utilizza un solo sensore rotativo magnetico come elemento primario per determinare la posizione di un?asta che scorre all?interno di un cilindro idraulico. L?elemento sensibile ? affacciato e allineato al centro di un magnete, che ruota in accordo al movimento dell?asta del pistone. La posizione angolare del vettore di polarizzazione del magnete ? dunque trasdotta dell?elemento sensibile in un segnale elettrico. La scheda elettronica e il sistema meccanico che accoppia il movimento lineare dell?asta del pistone con il movimento rotativo del magnete, risiedono in due alloggiamenti separati. Questa soluzione permette di schermare il sensore magnetico rispetto alle interferenze provenienti dall?ambiente esterno al cilindro. La sostituzione dell?elemento sensibile primario a seguito di un malfunzionamento risulta invece pi? complicata rispetto al sistema proposto nel brevetto US 8,829,893, poich? ? necessario procedere rimuovendo l?estremit? fissa del cilindro idraulico in cui ? alloggiata l?elettronica.

In vista dello stato della tecnica, scopo della presente invenzione ? quello di fornire un trasduttore lineare di posizione senza contatto che sia pi? semplice di quelli noti. La soluzione proposta pu? essere inclusa all?interno di guide lineari industriali o cilindri idraulici.

In accordo alla presente invenzione, tale scopo viene raggiunto mediante un trasduttore di posizione lineare comprendente:

- un magnete,

- mezzi sensibili non in contatto con detto magnete e magneticamente accoppiati con detto magnete, detto magnete essendo configurato per muoversi linearmente e fissabile ad un elemento del quale si vuole rilevare la posizione, caratterizzato dal fatto che detti mezzi sensibili comprendono:

- una pluralit? di resistenze connesse ad una tensione di alimentazione,

- una pluralit? di interruttori magnetici disposti in modo che ogni interruttore magnetico della pluralit? di interruttori magnetici sia accoppiato con la rispettiva resistenza della pluralit? di resistenze e la massa, detti interruttori magnetici essendo normalmente aperti ma almeno un interruttore magnetico della pluralit? di interruttori magnetici essendo chiuso per l?azione di detto magnete cos? che detti mezzi sensibili forniscano una tensione di uscita data da una partizione della tensione di alimentazione, detta tensione di uscita corrispondendo a detta posizione lineare del magnete permanente.

Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di sue forme di realizzazione pratica, illustrata a titolo di esempi non limitativi negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 mostra uno schema elettrico di un trasduttore di posizione lineare senza contatto in accordo ad una prima forma di realizzazione della presente invenzione;

la figura la mostra un esempio di circuito equivalente di partizione dello schema di figura 1 ;

la figura 2 mostra uno schema elettrico di un trasduttore di posizione lineare senza contatto in accordo ad una variante della prima forma di realizzazione della presente invenzione;

la figura 2a mostra un esempio di circuito equivalente di partizione dello schema di figura 2;

la figura 3 mostra uno schema di un interruttore magnetico degli schemi di figura 1 e 2;

la figura 4 mostra uno schema di un trasduttore di posizione senza contatto in accordo alla prima forma di realizzazione della presente invenzione o della sua variante;

la figura 5 ? una vista parzialmente sezionata di un trasduttore di posizione senza contatto in accordo alla prima forma di realizzazione della presente invenzione o della sua variante;

la figura 6 ? un?altra vista parzialmente sezionata del trasduttore di posizione senza contatto di figura 5.

La figura 1 mostra uno schema elettrico di un trasduttore di posizione lineare senza contatto in accordo ad una prima forma di realizzazione della presente invenzione. Il trasduttore di posizione lineare comprende mezzi sensibili 1 comprendenti una pluralit? di resistenze R1..Rn preferibilmente disposte in serie e collegate ad una tensione di alimentazione E; il trasduttore comprende una pluralit? di interruttori magnetici MS1, MS2...MSn disposti in modo che ogni interruttore magnetico della pluralit? di interruttori magnetici sia accoppiato con la rispettiva resistenza della pluralit? di resistenze e la massa GND, cio? in modo che l?interruttore magnetico MS1 sia accoppiato con la resistenza R1 e la massa GND, l?interruttore magnetico MS2 sia accoppiato con la resistenza R2 e la massa GND e cos? via fino all?interruttore magnetico MSn che ? accoppiato con la resistenza Rn e la massa GND. La pluralit? di interruttori magnetici MS1, MS2...MSn sono realizzati in tecnologia Hall o GMR o TMR o AMR e vengono disposti linearmente su un supporto plastico (normalmente poliammide per circuiti PCB) seguendo la direzione di misura. La configurazione della figura 1 consente una partizione di tensione pesata della tensione di alimentazione E.

E? presente un magnete permanente 2 ed i mezzi sensibili 1 sono non in contatto con detto magnete 2 ma magneticamente accoppiati con il magnete 2; il magnete 2 ? configurato per muoversi linearmente, ad esempio lungo un asse X, ed ? fissabile ad un elemento del quale si vuole rilevare la posizione. Il magnete 2 si muove linearmente tra la Posizione 1 associata all? interruttore magnetico MS1 e la Posizione n associata all?interruttore magnetico MSn; la pluralit? di interruttori magnetici MS1, MS2...MSn vengono disposti linearmente sul supporto plastico seguendo la direzione di misura lungo l?asse X.

Il magnete 2 muovendosi in prossimit? dei mezzi sensibili 1, si accoppia magneticamente con almeno un interruttore magnetico della pluralit? di interruttori magnetici MS1, MS2...MSn chiudendo un circuito elettrico che va dalla tensione di alimentazione E a massa GND. La chiusura dell?interruttore magnetico definisce una ed una sola configurazione morfologica della rete resistiva imponendo una partizione della tensione di alimentazione E che determina la tensione di uscita Vout associata alla posizione del magnete lungo la direzione di misura lungo l?asse X. A titolo di esempio, riferendosi alla Figura 1, il posizionamento del magnete 2 in Posizione 3 impone la chiusura dell?interruttore magnetico MS3 definendo un circuito equivalente di partizione come riportato in Figura la a cui, se le resistenze R1, R2 e R3 hanno tutte valore uguale R, ? associata una tensione di uscita Vout = 0.80 E. Se si muove il magnete in Posizione 4 poi in Posizione 5 e via via che ci si porta verso Posizione n (fondoscala) la tensione Vout tender? a crescere in proporzione Vout = [n+1/n+2] E dove n ? la posizione considerando tutte le resistenze della pluralit? di resistenze R1, R2...Rn uguali a R. Gli interruttori magnetici della pluralit? di interruttori magnetici MS1, MS2...MSn sono disposti in modo da creare una pluralit? di differenti partizioni della tensione di alimentazione E che determinano una pluralit? di differenti tensioni di uscita Vout1, Vout2...Voutn associate alle n posizioni lineari Posizione 1... Posizione n che il magnete permanente 2 pu? assumere. Il magnete permanente 2 deve avere dimensioni inferiori alla distanza D fra due interruttori magnetici successivi ed adiacenti e deve avere un campo magnetico tale da accoppiarsi magneticamente ad un solo interruttore magnetico della pluralit? di interruttori magnetici MS1, MS2...MSn. Gli interruttori magnetici della pluralit? di interruttori magnetici MS1, MS2...MSn sono equidistanti, cio? la distanza d fra qualunque interruttore magnetico ed il successivo ed adiacente ? sempre la stessa distanza D, preferibilmente compresa fra 1 e 5 mm.

La Figura 2 riporta invece una configurazione evoluta della soluzione presente in accordo ad una variante della forma di realizzazione di Figura 1, poich? si immagina che il magnete 2 non solo possa assumere una delle n posizioni possibili in cui attiva l?interruttore magnetico corrispondente alla posizione, ma ? possibile che il magnete possa anche assumere una posizione intermedia tra due posizioni in cui va a chiudere contemporaneamente gli interruttori magnetici corrispondenti alle due posizioni. Questa funzionalit? permette di raddoppiare la risoluzione che in Figura 1 era pari a n (cio? il magnete qui generava un definito valore di Vout nella sola corrispondenza di n ed n+1 non potendo chiudere i due interruttori MSn e MSn+1 contemporaneamente) mentre in Figura 2 diviene 2n-2, cio? si raddoppia. A titolo di esempio, riferendosi alla Figura 2, il posizionamento del magnete nella posizione intermedia tra Posizione 2 e Posizione 3 impone la chiusura contemporanea degli interruttori magnetici MS2 e MS3 definendo un circuito equivalente di partizione come riportato in Figura 2 a cui ? associata una tensione di uscita Vout = 0.62 E se le resistenze R1, R2 e R3 hanno tutte valore uguale R. Gli interruttori magnetici della pluralit? di interruttori magnetici MS1, MS2...MSn sono disposti in modo da creare una pluralit? di differenti partizioni della tensione di alimentazione E che determinano una pluralit? di differenti tensioni di uscita Vout1, Vout2...Vout2n associate alle 2n posizioni lineari che il magnete permanente 2 pu? assumere. Il magnete permanente deve avere dimensioni inferiori alla distanza D fra due interruttori magnetici successivi ed adiacenti ed avere un campo magnetico tale da accoppiarsi magneticamente ad una coppia di interruttori magnetici adiacenti della pluralit? di interruttori magnetici MS1, MS2...MSn. Gli interruttori magnetici della pluralit? di interruttori magnetici MS1, MS2...MSn sono equidistanti, cio? la distanza d fra qualunque interruttore magnetico ed il successivo ed adiacente ? sempre la stessa distanza D, preferibilmente compresa fra 1 e 5 mm.

Cio? ? possibile avere un valore di uscita Vout diverso da 0 anche nella posizione intermedia tra le posizioni generiche n e n+1. La possibilit? di chiudere due interruttori alla volta ? resa possibile andando a disporre gli interruttori magnetici MS1, MS2, MS3...MSn sul supporto plastico con una distanza relativa tra loro tale da permettere alle linee del campo magnetico del magnete permanente 2 di concatenarsi con due interruttori magnetici alla volta.

In Figura 3 ? riportato lo schema a blocchi interno di una possibile configurazione di un interruttore magnetico della pluralit? di interruttori magnetici MS1, MS2...MSn. L?elemento principale del sistema ? l?elemento sensibile 10 che costituisce la parte sensibile per il rilievo della posizione del magnete permanente 2 in movimento lungo l?asse X; l?elemento sensibile 10 comanda l?apertura o la chiusura di un interruttore M, preferibilmente un transistor MOS. L?elemento sensibile 10 ? costituito da un piatto Hall oppure da un magnetoresistore in tecnologia AMR, GMR o TMR. Se non ? presente il magnete in prossimit? dell?elemento sensibile 10 la differenza di potenziale in uscita dal blocco 10 di Figura 3 ? uguale a zero e il transistor M rimane spento. Diversamente se ? presente il magnete 2 in prossimit? dell?elemento sensibile 10, cio? ad una distanza compresa fra 1 mm e 8mm, la differenza di potenziale in uscita dal blocco 10 raggiunge valori pari a qualche centinaia di microvolt che consente di accendere il transistor. Preferibilmente l?interruttore magnetico comprende un elemento correttore di offset 11 che preleva i due segnali in uscita dall?elemento sensibile 10 e provvede ad eliminare l?offset mediante una tecnica di misura chopping andando a commutare continuamente i due segnali di ingresso. La cancellazione dell?offset ? fondamentale per togliere tutte le dipendenze dagli effetti dei potenziali di contatto e della loro dipendenza dalla temperatura. Preferibilmente ? anche presente un amplificatore 12 a valle dell?elemento 11 per amplificare il segnale in uscita dall?elemento 11. Questa operazione ? necessaria poich? in partenza i segnali provenienti dall?elemento sensibile 10 sono nell?ordine di qualche decina di microvolt e non adatti ad accendere il transistor M. Il segnale amplificato Samp viene portato in ingresso ad un comparatore-squadratore 13 che rileva il livello del campo magnetico imposto dal magnete 2 ed attraverso l?elemento di comando 14 accende il transistor M cos? da chiudere l?interruttore magnetico. E? presente un dispositivo di alimentazione 15 dei vari elementi 10-13 tramite la tensione E; il dispositivo di alimentazione 15 ? configurato per compensare le derive termiche dell?elemento sensibile 10 regolando la corrente di polarizzazione del piatto Hall o degli elementi magnetoresistivi. La regolazione della corrente corregge la sensibilit? dell?elemento sensibile 10 ai campi magnetici per compensare le variazioni indotte sul magnete permanente per effetto della temperatura stessa.

Nelle figure 4-6 ? descritta una realizzazione di trasduttore di posizione senza contatto in accordo alla prima forma di realizzazione della presente invenzione o alla sua variante. Il trasduttore di posizione lineare ? costituito da uno stelo cilindrico 20 in metallo amagnetico (ad esempio materiali inossidabili AISI304/AISI316 oppure alluminio) su cui scorre coassialmente un magnete permanente 2 a forma anulare con polarizzazione radiale. Nello stelo metallico ? disposto il circuito di figura 1 o 2 realizzato su supporto in poliammide che alloggia N=128 interruttori magnetici MSI, MS2...MS128 e la rete di 256 resistori pesati costituita da 2 x N = 256 resistori. L?alimentazione E viene fornita al trasduttore mediante il cavo di collegamento 21. Il magnete permanente 2 pu? muoversi liberamente lungo l?asse longitudinale X. Gli interruttori magnetici MS1, MS2...MS128 alloggiati internamente al cilindro metallico possono concatenarsi con i campi magnetici generati dal magnete 2 in moto poich? il corpo metallico ha caratteristiche amagnetiche rendendolo penetrabile dalle stesse linee di campo magnetico. Raggiunta una specifica posizione (ad esempio il 50% del fondoscala della corsa L sull?asse X come riportato in Figura 4) le linee di campo magnetico generate dal magnete permanete si concatenano con l?interruttore magnetico MS64 attivandolo. La tensione Vout viene portata in uscita mediante il cavo di collegamento 21. La lettura della tensione Vout permette all?utente di stabilire in modo univoco la posizione del magnete permanente 2. Il trasduttore delle figure 4-6 comprende anche un tappo 22 ed un O-Ring 23 interno allo stelo cilindrico per garantire la tenuta interna per la presenza di fluido idraulico nella sezione perimetrale esterna al trasduttore nelle tipiche applicazioni in interno cilindro. E? anche presente un secondo O-Ring 24, un back-up ring 25 ed un retaining ring 26 nella sezione prossima al cavo di uscita 21. Questi ultimi necessari a garantire la tenuta di fondo sempre nelle applicazioni in interno cilindro.

La misura di posizione avviene senza alcun contatto meccanico tra l?elemento sensibile 1 e il magnete 2. Essendo privo di usura meccanica, le caratteristiche metrologiche del trasduttore non subiscono degrado nel tempo legato al suo utilizzo. Tale degrado caratterizza altri trasduttori lineari largamente diffusi, tra cui quelli basati su pista resistiva e cursore con contatti elettrici striscianti.

Il trasduttore di posizione lineare senza contatto in accordo all?invenzione pu? essere utilizzato come sensore di posizione all?interno di cilindri idraulici o pneumatici, come sensore di posizione per sospensioni o sistemi sterzanti, come sensore di posizione per macchine a controllo numerico o come sensore di livello (carburante es GPL/metano, gas es Ossigeno...).

Claims (8)

RIVENDICAZIONI

1. Trasduttore di posizione lineare comprendente:

- un magnete (2),

- mezzi sensibili (1) non in contatto con detto magnete e magneticamente accoppiati con detto magnete, detto magnete essendo configurato per muoversi linearmente e fissabile ad un elemento del quale si vuole rilevare la posizione, caratterizzato dal fatto che detti mezzi sensibili comprendono:

- una pluralit? di resistenze (R1, R2...Rn) connesse ad una tensione di alimentazione (E),

- una pluralit? di interruttori magnetici (MS1, MS2...MSn) disposti in modo che ogni interruttore magnetico della pluralit? di interruttori magnetici sia accoppiato con la rispettiva resistenza della pluralit? di resistenze e la massa (GND), detti interruttori magnetici essendo normalmente aperti ma almeno un interruttore magnetico della pluralit? di interruttori magnetici essendo chiuso per l?azione di detto magnete cos? che detti mezzi sensibili forniscano una tensione di uscita (Vout) data da una partizione della tensione di alimentazione, il valore di detta tensione di uscita corrispondendo a detta posizione lineare (Posizione 1,... Posizione n) del magnete permanente.

2. Trasduttore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto magnete rappresenta un cursore magnetico mobile linearmente rispetto a detti mezzi sensibili.

3. Trasduttore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi sensibili (1) sono disposti in un involucro tubolare (20) e detto magnete ? a forma di anello ed ? coassiale a detto involucro tubolare e scorrevole su esso.

4. Trasduttore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che gli interruttori magnetici di detta pluralit? di interruttori magnetici sono disposti in modo che detto magnete permanente agisca per la chiusura su un solo interruttore di detta pluralit? di interruttori magnetici.

5. Trasduttore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che gli interruttori magnetici di detta pluralit? di interruttori magnetici sono disposti in modo che detto magnete permanente agisca per la chiusura su due interruttori magnetici adiacenti di detta pluralit? di interruttori magnetici.

6. Trasduttore secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che gli interruttori magnetici di detta pluralit? di interruttori magnetici sono equidistanti e detto magnete permanente ha dimensioni inferiori alla distanza (D) di due interruttori magnetici adiacenti.

7. Trasduttore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ogni interruttore magnetico di detta pluralit? di interruttori magnetici comprende un elemento magneticamente sensibile (10) atto ad accoppiarsi magneticamente con detto magnete permanente ed un interruttore (M) controllato da detto elemento sensibile, detto interruttore essendo chiuso quando detto elemento sensibile ? accoppiato con detto magnete permanente.

8. Trasduttore secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto interruttore ? un transistor (M) e detto elemento magneticamente sensibile (10) quando si accoppia con detto magnete permanente (2) produce una tensione atta ad accendere detto transistor.