Analoge en digitale sensoren bieden stabiliteit, precisie en betrouwbaarheid op lange termijn-.
Motion control- en industriële automatiseringssystemen bieden talloze uitdagingen voor ontwerpingenieurs. Ze hebben bijvoorbeeld te maken met overmatig vuil en stof in de fabrieksinstellingen. Bovendien kunnen transportbanden en pick{2}}en-systemen te maken krijgen met hoge trillingen of impactkrachtpieken, waardoor de stabiliteit van circuitsensoren in gevaar komt. Het geselecteerde magnetische detectiesysteem moet een uitstekende duurzaamheid bezitten om nauwkeurigheid en betrouwbaarheid op lange termijn binnen de toepassing te garanderen.
Tijdens de projectplanning moeten ontwerpingenieurs een grondige beoordeling uitvoeren van de omgevings-, mechanische, elektrische en magnetische parameters van industriële toepassingen. Ingenieurs moeten het volledige magnetische circuit van industriële toepassingen analyseren-inclusief sensoren en magnetische actuatoren. Rekening houdend met alle kritische factoren kunnen ingenieurs krachtige, op maat gemaakte sensoren aanbevelen om te voldoen aan de unieke eisen van industriële automatiseringssystemen.
In dit artikel wordt besproken hoe u zeer nauwkeurige en betrouwbare sensoren selecteert voor industriële automatiseringstoepassingen. Na het definiëren en beschrijven van de voordelen van verschillende analoge en digitale sensoren, worden voorbeelden gegeven van industriële toepassingen die deze apparaten gebruiken.
Analoge roterende en lineaire Hall-effectsensoren zorgen voor stabiliteit en nauwkeurigheid
Met analoge sensoren kunnen eindgebruikers direct feedback krijgen over de magneetpositie binnen industriële automatiseringssystemen. Historisch gezien maten analoge Hall-effectsensoren de magnetische fluxdichtheid en waren ze zeer gevoelig voor toepassingstemperatuurwaarden. Recente ontwikkelingen in de analoge Hall-effecttechnologie stellen Hall-effectchips in staat de hoek van het fluxveld te meten in plaats van de traditionele amplitude, waardoor de gevoeligheid voor temperatuurvariaties aanzienlijk wordt verminderd. Tegenwoordig leveren Hall-effectsensoren zeer stabiele analoge uitgangen over een groot temperatuurbereik.
De volgende Hall-effectsensoren zijn zeer geschikt-voor aangepaste analoge detectietoepassingen:
Roterende Hall-effectsensoren Deze op halfgeleiders-gebaseerde sensoren gebruiken geen bewegende delen en integreren Hall-effect-sensorelementen met circuits om analoge uitgangssignalen te leveren die overeenkomen met veranderingen in roterende magnetische velden. Rotary Hall Effect-sensoren bieden twee uitvoeropties: analoog of pulsbreedtemodulatie (PWM). Het apparaat is programmeerbaar, waardoor ingenieurs specifieke uitgangsspanningen of PWM-waarden kunnen koppelen aan nauwkeurige rotatiegraden.
Er kunnen meerdere programmeerpunten worden ingesteld voor een rotatie van maximaal 360 graden. Elk programmeerpunt vertegenwoordigt een spannings- of PWM-uitgangswaarde die overeenkomt met een specifieke magnetische veldhoek. Dit genereert een uitgangssignaal met een hoge-precisie en een hoge- resolutieverhouding ten opzichte van de mate van rotatie.
Voordelen:
- Ondervindt geen veranderingen in de weerstandswaarde of mechanische slijtage zoals mechanische roterende of resistieve filmroterende apparaten
- Biedt uitzonderlijke stabiliteit bij normale bedrijfstemperaturen tot +105 graden
- Levert een rotatienauwkeurigheid van 0-360 graden met een uitgangsspanning van 0,5-4,5 VDC of een PWM-werkcyclus van 10-90%
Toepassingen:
Vervangt weerstandsfilm en mechanische potentiometerapparaten die gevoelig zijn voor slijtage en oxidatieproblemen die signaalverlies in besturingseenheden veroorzaken.
Motion control-toepassingen omvatten het meten van de hoek van klepkleppen in vloeistoffen en het nauwkeurig regelen van debieten
Detectie van de positie van draaischakelaars in regelcircuits
Lineaire Hall-effectsensor
Lineaire Hall Effect-sensoren meten lineaire magnetische veldbeweging in plaats van rotatie. Deze sensor kan worden geprogrammeerd voor een ingestelde uitgangsspanning die proportioneel is aan een bepaalde reisafstand. (De uitgangsopties zijn identiek aan die van roterende Hall Effect-sensoren.) Met behulp van een enkele Hall Effect-chip meet deze sensor de lineaire beweging en de relatieve magnetische fluxhoek van een magnetische actuator, met een maximale slag van 30 mm. Dit resulteert in een proportioneel uitgangssignaal ten opzichte van de precieze beweging van de sensor.
Voordelen:
De sensor en actuator kunnen binnen het uiteindelijke installatiegebied van de toepassing worden geplaatst (inclusief alle magnetische invloeden uit de omgeving);
Met deze montagepositie kunnen ingenieurs het uitgangssignaal van de toepassing optimaliseren, aangezien eventuele rangeer-, mechanische toleranties van het magnetische veld of stapeltoleranties in het geprogrammeerde uitgangssignaal worden opgenomen om overeen te komen met de richting van de magnetische flux wanneer de magneet draait.
Toepassingen:
Gebruikt als vloeistofniveausensor voor het bewaken van vloeistofniveaus; de sensor detecteert de positie van een bewegende vlotter uitgerust met een magneet
Biedt extreem nauwkeurige positietoleranties voor geautomatiseerde pick-en-place-systemen
Reedschakelaars en Hall-effectsensoren zorgen voor uiterst betrouwbare digitale detectie
Gebruikers van industriële automatisering geven de voorkeur aan digitale uitgangen bij het verifiëren of een object (bijvoorbeeld liftdeuren) zich in de juiste positie bevindt. De volgende digitale sensoren bieden uitzonderlijke betrouwbaarheid in aangepaste magnetische detectietoepassingen:
Reed-schakelaar
De contacten van een reedschakelaar zijn gemaakt van edelmetaal en verzegeld in een glazen buis. Deze elektrische schakelaar werkt zonder dat er een externe voedingsbron nodig is.
Voordelen:
Bestand tegen vocht en andere gevaren voor het milieu, waardoor een betrouwbare werking gedurende miljoenen cycli wordt gegarandeerd.
Toepassingen:
Microprocessor-bestuurde elektrische belastingen op logisch-niveau
Digitale aan/uit-toepassingen, zoals deursluitings- of positiedetectiesystemen in industriële/motion control-markten (omdat ze AC- of DC-belastingen kunnen schakelen); voorbeelden zijn onder meer vracht- of passagiersliftdeuren die reedschakelaars gebruiken voor detectie van deursluiting, zie Figuur 2.
Digitale Hall-effectsensoren
Deze sensoren integreren Hall-effect-sensorelementen met circuits om digitale aan/uit-uitgangssignalen te leveren die overeenkomen met veranderingen in het magnetische veld, zonder dat er bewegende delen nodig zijn. De actieve circuits van Hall-effectapparaten verbruiken altijd een kleine hoeveelheid stroom.
Voordelen:
Biedt hoge betrouwbaarheid
Programmeerbaar om te activeren binnen gespecificeerde magnetische veldtoleranties om aan nauwkeurige detectievereisten te voldoen
Toepassingen:
Beperkt tot industriële en motion control-toepassingen met lage DC-spannings- en stroomwaarden.
Wordt veel gebruikt in toepassingen voor detectie van hoge- snelheden, zoals rotatiesnelheidsdetectie op transportbanden. Zie Figuur 4 voor een voorbeeld van een snelheidssensor met Hall{2}}effect die de rotatie van een 16-polige ringmagneet detecteert.
Conclusie
Industriële automatiserings- en motion control-omgevingen brengen talrijke gevaren voor het milieu met zich mee. Het ontwerpen van een magnetisch circuit waarin robuuste magnetische sensoren zijn geïntegreerd, is de sleutel tot het leveren van nauwkeurige, betrouwbare industriële automatiseringsoplossingen. Voor bepaalde industriële toepassingen kan een aangepaste magnetische sensor nodig zijn om betrouwbaarheid op de lange- termijn te bereiken. Reedschakelaars en Hall-effectsensoren zijn zeer geschikt voor digitale toepassingen die uitzonderlijke betrouwbaarheid vereisen, zoals detectiesystemen voor het sluiten van liftdeuren. Roterende en lineaire Hall-effectsensoren verbeteren de stabiliteit en nauwkeurigheid van op maat gemaakte analoge toepassingen, waaronder vloeistofstroombewaking en geautomatiseerde pick-and-place-systemen.