Analogni in digitalni senzorji nudijo dolgoročno-stabilnost, natančnost in zanesljivost.
Sistemi za krmiljenje gibanja in industrijsko avtomatizacijo predstavljajo številne izzive za oblikovalce. Na primer, boriti se morajo s prekomerno umazanijo in prahom, ki jih najdemo v tovarniških nastavitvah. Poleg tega lahko tekoči trakovi in sistemi za pobiranje-in-postavljanje doživijo visoke vibracije ali konice udarne sile, kar ogroža stabilnost senzorjev vezja. Izbrani sistem magnetnega zaznavanja mora imeti izjemno vzdržljivost, da zagotovi-dolgoročno natančnost in zanesljivost znotraj aplikacije.
Med načrtovanjem projekta bi morali načrtovalci opraviti temeljit pregled okoljskih, mehanskih, električnih in magnetnih parametrov industrijskih aplikacij. Inženirji bi morali analizirati celotno magnetno vezje industrijskih aplikacij-vključno s senzorji in magnetnimi aktuatorji. Ob upoštevanju vseh kritičnih dejavnikov lahko inženirji priporočijo zmogljive senzorje po meri za izpolnjevanje edinstvenih zahtev sistemov industrijske avtomatizacije.
Ta članek obravnava, kako izbrati visoko natančne in zanesljive senzorje za aplikacije industrijske avtomatizacije. Po opredelitvi in opisu prednosti več analognih in digitalnih senzorjev podaja primere industrijskih aplikacij, ki uporabljajo te naprave.
Analogni rotacijski in linearni senzorji Hallovega učinka zagotavljajo stabilnost in natančnost
Analogni senzorji omogočajo končnim uporabnikom takojšnjo povratno informacijo o položaju magneta v sistemih industrijske avtomatizacije. V preteklosti so analogni Hallovi senzorji merili gostoto magnetnega pretoka in so bili zelo dovzetni za temperaturne vrednosti aplikacije. Nedavni napredek v tehnologiji analognega Hallovega učinka omogoča, da čipi z Hallovim učinkom merijo kot polja fluksa namesto tradicionalne amplitude, kar bistveno zmanjša občutljivost na temperaturne spremembe. Danes Hallovi senzorji zagotavljajo zelo stabilne analogne izhode v obsežnih temperaturnih območjih.
Naslednji senzorji Hallovega učinka so-primerni za aplikacije analognega zaznavanja po meri:
Rotacijski senzorji z Hallovim učinkom Ti polprevodniški-senzorji ne uporabljajo gibljivih delov in vključujejo zaznavne elemente Hallovega učinka z vezjem za zagotavljanje analognih izhodnih signalov, ki ustrezajo spremembam v rotacijskih magnetnih poljih. Senzorji z rotacijskim Hallovim učinkom ponujajo dve možnosti izhoda: analogno ali pulzno širinsko modulacijo (PWM). Napravo je mogoče programirati, kar omogoča inženirjem, da povežejo specifične izhodne napetosti ali vrednosti PWM z natančnimi rotacijskimi stopinjami.
Nastavite lahko več programskih točk za do 360 stopinj vrtenja. Vsaka programska točka predstavlja izhodno vrednost napetosti ali PWM, ki ustreza določenemu kotu magnetnega polja. To ustvari visoko{3}}natančen merilni izhodni signal razmerja-visoke ločljivosti glede na stopnjo rotacije.
Prednosti:
- Ne doživlja sprememb vrednosti upora ali mehanske obrabe kot mehanske rotacijske naprave ali rotacijske naprave z uporovno folijo
- Zagotavlja izjemno stabilnost pri normalnih delovnih temperaturah do +105 stopinj
- Zagotavlja natančnost vrtenja 0–360 stopinj z izhodom 0,5–4,5 VDC ali 10–90 % delovnim ciklom PWM
Aplikacije:
Nadomešča naprave z uporovno folijo in mehanske potenciometre, ki so nagnjeni k obrabi in težavam z oksidacijo, ki povzročajo izgubo signala v krmilnih enotah.
Aplikacije za nadzor gibanja vključujejo merjenje kota loputnih ventilov v tekočinah in natančen nadzor pretoka
Zaznavanje položaja vrtljivih stikal v krmilnih tokokrogih
Linearni Hallov senzor
Senzorji linearnega Hallovega učinka merijo gibanje linearnega magnetnega polja namesto vrtenja. Ta senzor je mogoče programirati za nastavljeno izhodno napetost, ki je sorazmerna z dano potovalno razdaljo. (Njegove izhodne možnosti so enake kot pri rotacijskih senzorjih Hallovega učinka.) Ta senzor z enim samim čipom Hallovega učinka meri linearno gibanje in relativni kot magnetnega pretoka magnetnega aktuatorja z največjim hodom 30 mm. Posledica tega je sorazmeren izhodni signal glede na natančno gibanje senzorja.
Prednosti:
Senzor in aktuator se lahko namestita znotraj končnega območja namestitve aplikacije (vključno z vsemi magnetnimi vplivi iz okolja);
Ta položaj vgradnje omogoča inženirjem, da optimizirajo izhodni signal aplikacije, saj bodo vse tolerance ranžiranja, mehanske tolerance magnetnega polja ali zlaganja vključene v programirani izhodni signal, da ustrezajo smeri magnetnega pretoka, ko se magnet vrti.
Aplikacije:
Uporablja se kot senzor nivoja tekočine za spremljanje nivoja tekočine; senzor zaznava položaj premikajočega se plovca, opremljenega z magnetom
Zagotavlja izjemno natančne tolerance položaja za avtomatizirane sisteme izbir-in-postavljanja
Reed stikala in Hallovi senzorji zagotavljajo visoko zanesljivo digitalno zaznavanje
Uporabniki industrijske avtomatizacije imajo raje digitalne izhode, ko preverjajo, ali je predmet (npr. vrata dvigala) v pravilnem položaju. Naslednji digitalni senzorji ponujajo izjemno zanesljivost v prilagojenih aplikacijah magnetnega zaznavanja:
Reed stikalo
Kontakti reed stikala so izdelani iz plemenite kovine in zatesnjeni v stekleno cev. To električno stikalo deluje brez potrebe po zunanjem viru napajanja.
Prednosti:
Odporen na vlago in druge okoljske nevarnosti, kar zagotavlja zanesljivo delovanje v milijonih ciklov.
Aplikacije:
Električne obremenitve-na ravni-mikroprocesorske logike
Digitalne aplikacije za vklop/izklop, kot so zapiranje vrat ali sistemi za zaznavanje položaja na industrijskih trgih/trgih za nadzor gibanja (saj lahko preklapljajo AC ali DC bremena); primeri vključujejo vrata tovornih ali potniških dvigal z uporabo reed stikal za zaznavanje zaprtja vrat, glejte sliko 2.
Digitalni Hallov senzorji
Ti senzorji integrirajo zaznavne elemente Hallovega učinka z vezjem za zagotavljanje digitalnih vklopnih/izklopnih izhodnih signalov, ki ustrezajo spremembam magnetnega polja, ne da bi potrebovali kakršne koli gibljive dele. Aktivno vezje naprav s Hallovim efektom vedno porabi majhno količino toka.
Prednosti:
Zagotavlja visoko zanesljivost
Možnost programiranja za aktiviranje znotraj določenih toleranc magnetnega polja za izpolnjevanje natančnih zahtev glede zaznavanja
Aplikacije:
Omejeno na industrijske aplikacije in aplikacije za nadzor gibanja, ki vključujejo nizke vrednosti enosmerne napetosti in toka.
Pogosto se uporablja v-aplikacijah zaznavanja visokih hitrosti, kot je zaznavanje vrtilne hitrosti na tekočih trakovih. Za primer senzorja hitrosti s Hall-učinkom, ki zazna vrtenje 16-polnega obročnega magneta, glejte sliko 4.
Zaključek
Okolja industrijske avtomatizacije in nadzora gibanja predstavljajo številne nevarnosti za okolje. Oblikovanje magnetnega vezja, ki vključuje robustne magnetne senzorje, je ključno za zagotavljanje natančnih in zanesljivih rešitev industrijske avtomatizacije. Za nekatere industrijske aplikacije bo morda potreben prilagojen magnetni senzor za doseganje dolgoročne-zanesljivosti. Reed stikala in senzorji Hallovega učinka so -primerni za digitalne aplikacije, ki zahtevajo izjemno zanesljivost, kot so sistemi za zaznavanje zaprtih vrat dvigal. Rotacijski in linearni senzorji Hallovega učinka povečujejo stabilnost in natančnost prilagojenih analognih aplikacij, vključno s spremljanjem pretoka tekočine in avtomatiziranimi sistemi izbir-in-postavljanja.