Analoge und digitale Sensoren bieten langfristige Stabilität, Präzision und Zuverlässigkeit.
Bewegungssteuerungs- und industrielle Automatisierungssysteme stellen Konstrukteure vor zahlreiche Herausforderungen. Beispielsweise müssen sie mit übermäßigem Schmutz und Staub in den Werkseinstellungen zu kämpfen haben. Darüber hinaus kann es bei Förderbändern und Pick-{2}}and{3}}-Systemen zu starken Vibrationen oder Stoßkraftspitzen kommen, die die Stabilität der Schaltkreissensoren gefährden. Das ausgewählte magnetische Sensorsystem muss über eine hervorragende Haltbarkeit verfügen, um eine langfristige Genauigkeit und Zuverlässigkeit innerhalb der Anwendung zu gewährleisten.
Während der Projektplanung sollten Konstrukteure eine gründliche Prüfung der Umgebungs-, mechanischen, elektrischen und magnetischen Parameter industrieller Anwendungen durchführen. Ingenieure sollten den gesamten magnetischen Kreis industrieller Anwendungen analysieren-einschließlich Sensoren und magnetischer Aktuatoren. Unter Berücksichtigung aller kritischen Faktoren empfehlen Ingenieure möglicherweise leistungsstarke kundenspezifische Sensoren, um den besonderen Anforderungen industrieller Automatisierungssysteme gerecht zu werden.
In diesem Artikel wird erläutert, wie hochpräzise und zuverlässige Sensoren für industrielle Automatisierungsanwendungen ausgewählt werden. Nach der Definition und Beschreibung der Vorteile mehrerer analoger und digitaler Sensoren werden Beispiele für industrielle Anwendungen bereitgestellt, bei denen diese Geräte zum Einsatz kommen.
Analoge rotierende und lineare Hall-Effekt-Sensoren sorgen für Stabilität und Genauigkeit
Analoge Sensoren ermöglichen Endbenutzern eine sofortige Rückmeldung zur Magnetposition in industriellen Automatisierungssystemen. In der Vergangenheit maßen analoge Hall-Effekt-Sensoren die magnetische Flussdichte und reagierten stark auf die Temperaturwerte der Anwendung. Jüngste Fortschritte in der analogen Hall-Effekt-Technologie ermöglichen es Hall-Effekt-Chips, den Winkel des Flussfeldes anstelle der herkömmlichen Amplitude zu messen, wodurch die Empfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen erheblich verringert wird. Heutzutage liefern Hall-Effekt-Sensoren äußerst stabile Analogausgänge über große Temperaturbereiche.
Die folgenden Hall-Effekt-Sensoren eignen sich gut-für benutzerdefinierte analoge Sensoranwendungen:
Rotierende Hall-Effekt-Sensoren Diese auf Halbleiter-basierten Sensoren verwenden keine beweglichen Teile und integrieren Hall-Effekt-Sensorelemente mit Schaltkreisen, um analoge Ausgangssignale zu liefern, die Änderungen in rotierenden Magnetfeldern entsprechen. Rotierende Hall-Effekt-Sensoren bieten zwei Ausgangsoptionen: analog oder Pulsweitenmodulation (PWM). Das Gerät ist programmierbar, sodass Ingenieure bestimmte Ausgangsspannungen oder PWM-Werte mit präzisen Rotationsgraden verknüpfen können.
Mehrere Programmierpunkte können für eine Drehung von bis zu 360 Grad eingestellt werden. Jeder Programmierpunkt stellt einen Spannungs- oder PWM-Ausgangswert dar, der einem bestimmten Magnetfeldwinkel entspricht. Dadurch wird ein hoch{3}}präzises Ausgangssignal mit hoher-Auflösung im Verhältnis zum Grad der Drehung erzeugt.
Vorteile:
- Es kommt zu keinen Änderungen des Widerstandswerts oder mechanischem Verschleiß wie bei mechanischen Rotations- oder Widerstandsfilm-Rotationsgeräten
- Bietet außergewöhnliche Stabilität bei normalen Betriebstemperaturen bis zu +105 Grad
- Bietet eine Rotationsgenauigkeit von 0–360 Grad mit 0,5–4,5 VDC Ausgang oder 10–90 % PWM-Arbeitszyklus
Anwendungen:
Ersetzt Widerstandsfolien- und mechanische Potentiometergeräte, die anfällig für Verschleiß und Oxidationsprobleme sind, die zu Signalverlusten in Steuergeräten führen.
Zu den Anwendungen zur Bewegungssteuerung gehören die Messung des Winkels von Klappenventilen in Flüssigkeiten und die präzise Steuerung von Durchflussraten
Erfassen der Stellung von Drehschaltern in Steuerstromkreisen
Linearer Hall-Effekt-Sensor
Lineare Hall-Effekt-Sensoren messen die lineare Magnetfeldbewegung und nicht die Rotation. Dieser Sensor kann für eine festgelegte Ausgangsspannung programmiert werden, die proportional zu einer bestimmten Fahrstrecke ist. (Seine Ausgabeoptionen sind mit denen rotierender Hall-Effekt-Sensoren identisch.) Mit einem einzigen Hall-Effekt-Chip misst dieser Sensor die lineare Bewegung und den relativen magnetischen Flusswinkel eines magnetischen Aktuators mit einem maximalen Hub von 30 mm. Dadurch entsteht ein proportionales Ausgangssignal zur präzisen Bewegung des Sensors.
Vorteile:
Der Sensor und der Aktor können innerhalb des endgültigen Installationsbereichs der Anwendung platziert werden (einschließlich aller magnetischen Einflüsse aus der Umgebung);
Diese Montageposition ermöglicht es Ingenieuren, das Ausgangssignal der Anwendung zu optimieren, da etwaige Nebenschlüsse, mechanische Toleranzen des Magnetfelds oder Stapeltoleranzen in das programmierte Ausgangssignal einbezogen werden, um der Richtung des magnetischen Flusses zu entsprechen, wenn sich der Magnet dreht.
Anwendungen:
Wird als Flüssigkeitsstandsensor zur Überwachung des Flüssigkeitsstands verwendet; Der Sensor erkennt die Position eines beweglichen Schwimmers, der mit einem Magneten ausgestattet ist
Bietet äußerst präzise Positionstoleranzen für automatisierte Pick-{0}}and{1}}-Systeme
Reed-Schalter und Hall-Effekt-Sensoren sorgen für eine äußerst zuverlässige digitale Erfassung
Anwender der industriellen Automatisierung bevorzugen digitale Ausgänge, wenn es darum geht, zu überprüfen, ob sich ein Objekt (z. B. Aufzugstüren) in der richtigen Position befindet. Die folgenden digitalen Sensoren bieten außergewöhnliche Zuverlässigkeit in kundenspezifischen magnetischen Sensoranwendungen:
Reed-Schalter
Die Kontakte eines Reed-Schalters bestehen aus Edelmetall und sind in einer Glasröhre versiegelt. Dieser elektrische Schalter funktioniert ohne externe Stromquelle.
Vorteile:
Beständig gegen Feuchtigkeit und andere Umwelteinflüsse und gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb über Millionen von Zyklen.
Anwendungen:
Mikroprozessorgesteuerte-logische-elektrische Lasten
Digitale Ein-/Aus-Anwendungen wie Türschließ- oder Positionserkennungssysteme in Industrie-/Bewegungssteuerungsmärkten (da sie Wechsel- oder Gleichstromlasten schalten können); Beispiele hierfür sind Fracht- oder Personenaufzugstüren, die Reed-Schalter zur Türschließerkennung verwenden, siehe Abbildung 2.
Digitale Hall-Effekt-Sensoren
Diese Sensoren integrieren Hall-Effekt-Sensorelemente mit Schaltkreisen, um digitale Ein-/Aus-Ausgangssignale entsprechend Magnetfeldänderungen bereitzustellen, ohne dass bewegliche Teile erforderlich sind. Die aktiven Schaltkreise von Hall-Effekt-Geräten verbrauchen immer eine kleine Menge Strom.
Vorteile:
Bietet hohe Zuverlässigkeit
Programmierbar zur Aktivierung innerhalb bestimmter Magnetfeldtoleranzen, um präzise Erfassungsanforderungen zu erfüllen
Anwendungen:
Beschränkt auf Industrie- und Bewegungssteuerungsanwendungen mit niedrigen Gleichspannungs- und Stromwerten.
Wird häufig in Hochgeschwindigkeits-Sensoranwendungen eingesetzt, z. B. bei der Drehzahlmessung an Förderbändern. Ein Beispiel für einen Hall--Effekt-Geschwindigkeitssensor, der die Drehung eines 16-poligen Ringmagneten erkennt, finden Sie in Abbildung 4.
Abschluss
Industrielle Automatisierungs- und Bewegungssteuerungsumgebungen bergen zahlreiche Umweltgefahren. Der Entwurf eines Magnetkreises, der robuste Magnetsensoren integriert, ist der Schlüssel zur Bereitstellung präziser und zuverlässiger industrieller Automatisierungslösungen. Für bestimmte industrielle Anwendungen kann ein maßgeschneiderter Magnetsensor erforderlich sein, um eine langfristige Zuverlässigkeit zu erreichen. Reed-Schalter und Hall-Effekt-Sensoren eignen sich gut-für digitale Anwendungen, die eine außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, wie beispielsweise Systeme zur Erkennung des Schließens von Aufzugstüren. Rotations- und lineare Hall-Effekt-Sensoren verbessern die Stabilität und Genauigkeit kundenspezifischer analoger Anwendungen, einschließlich der Überwachung von Flüssigkeitsströmen und automatisierter Pick-and-Place-Systeme.