Tre tipi di sensori strettamente correlati sono comunemente confusi: sensori di pressione, sensori di forza e sensori di carico. Queste tre categorie di sensori fanno riferimento in realtà ad oggetti estremamente diversi. È importante capire come si comportano e quali dati possano fornire, ed è altrettanto utile conoscerne la differenza, in modo da scegliere quelli più adatti alle proprie necessità.

Come sceglierli

Appare evidente che l’accuratezza della misurazione accresce la complessità del sensore.

I sensori di pressione sono progettati per riconoscere la pressione applicata su di un un’area specifica. Ne esistono tipi diversi per qualità e precisione. I sensori più semplici sono poco più di interruttori: due sottili lamine conduttrici sono separate da uno strato di schiuma sintetica forata. Quando la schiuma viene premuta, le lamine entrano in contatto e chiudono il circuito. In tal modo il sensore non misura il valore della pressione o il peso, quanto la presenza di una massa sufficiente a far cedere lo strato intermedio per realizzare la conduzione.

I sensori di forza offrono al contrario una precisione maggiore nella lettura della forza applicata su di essi.

Sebbene non agiscano come un interruttore, la loro sensibilità nelle misurazioni non è in grado di stabilire con precisione il livello di peso applicato ad essi: funzionano invece generando una resistenza elettrica che è proporzionale alla loro torsione. Per mantenere intatte le sue proprietà elettromeccaniche occorre quindi utilizzare una certa delicatezza nel gestirli.

Al lato opposto dei sensori di pressione troviamo i sensori di carico.

Il classico esempio di un sensore di carico è la bilancia pesa persone che si trova tipicamente nella stanza da bagno. I sensori di carico misurano accuratamente il peso sino ad un dato limite. Funzionano in modo simile ai sensori di forza, sfruttando il cambio di resistenza alla torsione.

I valori rilevati dal sensore di carico sono particlarmente bassi, e richiedono quindi una amplificazione per poter essere utilizzati in un circuito, tipicamente un Ponte di Wheatstone. L’uso di questo tipo di sensori è più complesso e delicato, e richiede una accurata taratura.

Costi

Come spesso accade, il costo di ciascun sensore è abbastanza basso, anche per i modelli più sensibili.

Un sensore di pressione discreto su può trovare intorno ai dieci-dodici euro; i sensori di forza resistivi viaggiano tra gli otto ed i venticinque euro, ma coprono un’area molto minore rispetto ai sensori di pressione, e potrebbero volercene diversi per coprire l’area necessaria. I sensori di carico, infine, viaggiano sul medesimo ordine di grandezza. In tutti i casi esistono kit fai-da-te, sistemi montati, e offerte complete di amplificazione e pannelli aggiuntivi.

Installazione

La vera sfida con tutti questi sensori è il modo di utilizzarli correttamente per evitare danni. Nel caso del pad a pressione e del sensore di forza, è buona norma porre uno strato di schiuma sintetica per imbottire la sezione sulla quale la forza viene esercitata, ma senza abbondare per evitare di falsare le misurazioni. Sotto i sensori occorre sistemare una solida base per offrire una superficie sulla quale poter esercitare un carico: tipicamente il pavimento, o un foglio di MDF o compensato da incolare sotto il sensore. Un rivestimento in vinile del sistema così prodotto ne garantisce una migliore protezione ed una estetica meno “aggressiva”.

I sensori di carico richiedono pochissimo movimento e dovrebbero essere posti a diretto contatto con una superficie leggermente increspata.

È infine possibile (e talvolta opportuno) utilizzare un array di sensori dislocati sulla superficie da misurare, per poter avere una serie di letture diverse alle quali applicare una media pesata (scusate il bisticcio di parole) dei valori registrati.

Come usarli

Abbiamo scelto il sensore che corrisponnde alle nostre esigenze: ora vediamo ccoome utilizzarlo  in pratica.

I pad a pressione sono un circuito estremamente semplice, lo stesso di un pulsante. L’hardware di un pad a pressione è anche abbastanza semplice da produrre: basta usare due fogli di pellicola, uno strato di schiuma espansa, un contenitore ed un paio di fili. In alternativa alla lamina, un ottimo materiale da utilizzare è uno strato di pellicola conduttiva, più flessibile della lamina.

Anche i sensori di forza sono semplici da utilizzare, e possono prendere il posto di altri sensori nei circuiti relativi ad Arduino. Il range di forza riscontrata varia con il modello del sensore, ma è semplice mappare il risultato per ottenere i dati secondo la scala desiderata.

I sensori di carico sono forse i sensori più complessi. Vengono solitamente utilizzati quando occorrono letture accurate, come nelle bilance. Per funzionare necessitano di circuiti aggiuntivi, come amplificatori per rendere fruibili da Arduino i minuscoli valori riscontrati.

Questi particolari sensori  (di pressione, di forza e di carico) funzionano seguendo il proncipio dei resistori variabili, e possono essere integrati con facilità nei nostri circuiti, alla stregua di un potenziometro o un fotoresistore.

Inviateci gli schemi dei vostri progetti funzionanti con questi specifici trasduttori, ed i migliori saranno pubblicati su queste colonne!

Link utili:

• Sensore di pressione
• Sensore di forza
• Sensore di carico

Luigi_Morelli

Definire ciò che si è non risulta mai semplice o intuitivo, in specie quando nella vita si cerca costantemente di migliorarsi, di crescere tanto professionalmente quanto emotivamente. Lavoro per contribuire al mutamento dei settori cardine della computer science e per offrire sintesi ragionate e consulenza ad aziende e pubblicazioni ICT, ma anche perche’ ciò che riesco a portare a termine mi dà soddisfazione, piacere. Così come mi piace suonare (sax, tastiere, chitarra), cantare, scrivere (ho pubblicato 350 articoli scientfici e 3 libri sinora, ma non ho concluso ciò che ho da dire), leggere, Adoro la matematica, la logica, la filosofia, la scienza e la tecnologia, ed inseguo quel concetto di homo novus rinascimentale, cercando di completare quelle sezioni della mia vita che ancora appaiono poco ricche.