Considerando la continua crescita della domanda alimentata dalla pervasività delle applicazioni di monitoraggio e controllo in tutti gli aspetti della vita - dalla domotica all'industria, dall'agricoltura alla protezione ambientale - la società di analisi di mercato VDC prevede che le vendite mondiali associate ai soli sensori di posizione raggiungeranno gli 8 miliardi di dollari entro il 2018. Un'altra società di analisi, NanoMarkets, vede nelle applicazioni industriali di tipo Internet of Things un fattore chiave che guiderà l'ulteriore diffusione dei sensori. La building automation, in particolare, rappresenta un settore all'avanguardia nell'adozione dei sensori connessi. La società suggerisce come l'automazione degli edifici industriali e commerciali rappresenti attualmente oltre il 90% dei ricavi associati ai sensori internet industriali. I tipici sensori utilizzati nelle applicazioni di building automation per il controllo del clima permettono di rilevare grandezze termiche, gas, livelli di umidità, portate dell'aria e pressioni; parallelamente, i sensori di presenza e di movimento vengono normalmente impiegati nel controllo intelligente dell'illuminazione.
Applicazioni di building automation e smart home
La linecard di Avnet Abacus dispone di una vasta gamma di soluzioni, dai semplici sensori potenziometrici agli encoder ottici o magnetici ai sensori a effetto Hall, magneto-resistivi e induttivi. Tra questi, ad esempio, spiccano i sensori di posizione induttivi di Measurement Specialties, disponibili in versione lineare e rotante e in package che raggiungono misure sub-miniaturizzate. Questi prodotti offrono un ciclo di vita lungo e una risoluzione infinita; a questo si associano delle doti di elevata affidabilità. Sono disponibili inoltre moduli di controllo e strumentali in grado di semplificare l'integrazione di sistema e contribuire ad accelerare l'arrivo sul mercato dei prodotti finali. A questo si aggiunge la versatile gamma di fotomicrosensori non amplificati proposta da Omron, ideale per il rilevamento di posizione senza contatto (di prossimità od ottico). Tra le varie configurazioni disponibili si segnalano le versioni trasmissive EE-SX1107/1108/1109 per montaggio Smd, caratterizzate da dimensioni ultra compatte, con slot rispettivamente di 1, 2 o 3 mm e apertura di 0,15, 0,3 e 0,5 mm. La versione EE-SX1131 è un modello Smd con doppio rilevamento, ideale per le applicazioni di codifica. Nella gamma di sensori Avnet Abacus inserisce a catalogo ulteriori configurazioni che includono versioni con attuatore, a micro-spostamento, multi-beam e riflettenti, tutte adatte per soddisfare le esigenze applicative più varie come quelle degli elettrodomestici. Per esempio, il dato di torbidità - cioè la quantità di particelle estranee in sospensione in un liquido - è un parametro importante in uno spettro di applicazioni che va dal controllo degli elettrodomestici, ad esempio lavatrici e lavastoviglie ai processi di depurazione industriali. Il modulo 165D6042P003 di GE Sensing è un sensore combinato di temperatura e torbidità ottica che utilizza un fototransistore e un diodo per misurare la trasmissione della luce attraverso un campione di liquido. Tale processo permette di determinare la quantità di detriti presenti. Nelle applicazioni collegate agli elettrodomestici bianchi, il rilevamento di torbidità consente di regolare automaticamente il ciclo di lavaggio, risparmiando energia in caso di carichi poco sporchi.
Rilevamento della temperatura e della pressione
I termistori forniscono una soluzione robusta e affidabile per rilevare qualsiasi temperatura. Questi prodotti sono disponibili in vari formati e sono semplici da utilizzare. Oltre ai dispositivi per montaggio su scheda, ad esempio quelli alloggiati in package stile chip, in ceramica o incapsulati in vetro, i termistori sono disponibili in numerosi altri formati. Casi tipici sono le sonde stampate avvitabili, le sonde ad immersione per il monitoraggio di apparecchi quali le caldaie e le sonde per condutture che possono essere installate direttamente sul corpo di un raccordo metallico. Il tutto assicura un modo conveniente per monitorare la temperatura dell'acqua di un impianto di riscaldamento. Le sonde da montare direttamente sulle condutture sono proposte da numerosi fornitori, fra cui GE Sensing e Measurement Specialties. Esse consentono di risparmiare i costi associati ai processi di foratura e saldatura necessari per installare le invasive sonde interne. A complemento di questi sensori ad alte prestazioni per applicazioni industriali, Avnet Abacus offre una versatile gamma di prodotti precisi e affidabili per attività diversificate quali la misura del livello e dello spostamento, il monitoraggio del carico o la rilevazione di urti, vibrazioni e pressioni. Il dispositivo Omron 2SMPB-01-01 il sensore di pressione assoluta più preciso della società, garantendo delle letture relative a un vuoto perfetto di ± 6Pa. Ciò significa che il sensore è in grado di rilevare differenze di altezza di appena 50 centimetri. Il modulo è molto compatto, vanta un consumo energetico di soli 9 μA ed è abbastanza piccolo da essere integrato in strumenti portatili o apparecchiature indossabili.
Edifici intelligenti
L'Autorità internazionale dell'energia stima che l'illuminazione negli edifici residenziali e commerciali consumi circa il 20% dell'energia elettrica prodotta a livello mondiale. A tale proposito raccomanda una serie di cambiamenti che potrebbero fare risparmiare più di 2,4 EJ (Exa joule) all'anno entro il 2030.
Accanto alla transizione verso le tecnologie di illuminazione a risparmio energetico, un valido contributo può arrivare anche dalla regolazione intelligente. In concomitanza alle nuove norme edilizie che promuovono l'uso della luce naturale, i controlli di regolazione che rilevano i livelli di illuminazione ambientale permettono di utilizzare una quantità minima di energia elettrica solo per "compensare" la luce diurna e mantenere costante il livello desiderato. Un sensore come il NaPiCa AMS302 di Panasonic permette di rilevare l'intensità della luce ambientale. La risposta spettrale è simile a quella dell'occhio umano mentre il package da 5 mm di diametro dotato di piedini può essere montato su qualsiasi Pcb o installato sull'apertura di un pannello con l'ausilio di una lunetta. I sensori di CO2 vengono comunemente utilizzati nel monitoraggio della qualità dell'aria negli edifici. Questo rilevamento permette di effettuare il controllo automatico della ventilazione. In funzione del tipo di struttura e degli impianti di climatizzazione/ventilazione installati, esistono vari punti in cui è possibile monitorare il livello di CO2. I sensori a parete, come il modello Telaire 8000 Ventostat di GE Sensing, sono adatti per il monitoraggio di un'area specifica, come una sala conferenze o una sala riunioni. Quando il sensore viene montato su una presa o un condotto di aspirazione - discretamente fuori dalla vista - è possibile invece monitorare la qualità dell'aria di ritorno al sistema Hvac. Il GE T8031 è uno dei più compatti trasmettitori da condotto attualmente disponibili sul mercato: il dispositivo può essere utilizzato in sistemi con condotti di piccole dimensioni. GE Sensing offre anche un sensore di umidità relativa, l’EMD-4000, costituito da un dispositivo dotato di terminali con passo standard di 2,54 mm installabile facilmente a bordo di qualsiasi controllo Hvac, data logger o elettrodomestico. Questo prodotto può essere utilizzato anche per la misura in situ dell'acqua disciolta in vari liquidi (come olio per trasformatori, combustibili o solventi), proponendosi come soluzione ideale per le applicazioni industriali ed edifici intelligenti. L'umidità relativa viene rilevata misurando la variazione di impedenza provocata dall'assorbimento del vapore acqueo da parte di un elemento sensibile in polimero a film sottile. I compatti sensori di umidità della serie CHS di TDK richiedono solo la connessione a un alimentatore, generando quindi una tensione continua di fondo scala in corrispondenza del 100% di umidità relativa. Ciò consente la lettura diretta utilizzando un semplice voltmetro. L'alto livello di integrazione permette al progettista di risparmiare l'implementazione di ulteriori circuiti di controllo, rendendo superflua anche la taratura. A complemento delle dotazioni orientate al risparmio energetico e al comfort degli edifici connessi, i sensori intelligenti di presenza, come i modelli passivi a infrarossi PaPIR EKMB e EKMC (Fig.), consentono di regolare automaticamente non solo l'illuminazione ma anche il riscaldamento e gli altri sistemi. Essi permettono di ridurre al minimo il livello dei consumi energetici quando una stanza non è presidiata, aumentando viceversa il comfort quando vengono rilevati gli occupanti. I sensori dispongono di un amplificatore incorporato e di un'uscita digitale che facilitano il collegamento ad un microcontrollore host. Il basso consumo energetico li rende ideali per essere utilizzati nei moduli wireless di rilevamento presenza alimentati a batteria. Inoltre, l'uso di litio titanato nell'elemento sensore garantisce un componente completamente esente da piombo, a differenza dei convenzionali sensori PIR (PZT) equipaggiati con elementi ceramici ferroelettrici.
