Индуктивные датчики положения измеряют индуктивность.

Индуктивные датчики не измеряют индуктивность. Работа этих устройств основана на взаимодействии магнитного поля катушки датчика и металла, который входит в состав объекта. Для точного определения возмущений в магнитном поле, вызванных этим объектом, используются хорошо известные свойства трансформатора с воздушным сердечником и закон Фарадея. Проще говоря, индуктивные датчики измеряют возмущение магнитного поля, обусловленное проводящим объектом (см. рис. 1).

Рис. 1. Образец индуктивного датчика положения

Магнитное поле генерируется не постоянным магнитом, который применяется в датчиках Холла и магниторезистивных датчиках, а первичной обмоткой трансформатора. Две вторичные обмотки используются для детектирования этого поля. Металлический объект, помещенный в магнитное поле, индуцирует вихревые токи, которые противодействуют полю.

Точность определения положения с помощью индуктивных датчиков невысока.

Это в корне неверное утверждение, т.к. индуктивные датчики положения работают с очень высокой точностью и при высоких рабочих температурах превосходят другие магнитные датчики, применение которых в таких случаях затруднено. Показания индуктивных датчиков положения не зависят от нелинейных свойств постоянного магнита – они фиксируют только возмущение в генерируемом ими магнитном поле. Погрешность их измерения не превышает ±0,1% во всем диапазоне измерения при комнатной температуре. Погрешность не превышает ±0,3% при более высоких температурах и изменениях воздушного зазора между объектом и датчиком.

Кроме того, для устранения вариаций температуры или минимизации этого эффекта применяется полноценный алгоритм.

Рис. 2. Схема синхронного демодулятора

причем демодулятор управляется осциллятором первичной стороны. Этот дрейф не влияет на амплитуду принимаемых сигналов. В то же время металлические объекты, находящиеся рядом с датчиком, могут влиять на магнитное поле. В таких случаях требуется калибровка, которая, однако, не учитывает изменений температуры. Для устранения погрешностей вычислений и дискретизации применяются 13-бит АЦП и 32-бит процессоры, обеспечивающие 12-бит разрешение на выходе в измеряемом диапазоне.

У индуктивных датчиков положения – высокая цена.

Высокая эффективность индуктивных датчиков сочетается с разумной стоимостью. Если датчикам Холла и магниторезистивным датчикам требуется постоянный магнит для обеспечения достаточно хорошей точности, то индуктивным датчикам необходимо только, чтобы объект был металлическим, благодаря чему пользователь может сэкономить на цене магнита. И хотя площадь платы индуктивного датчика больше за счет его проводников, ее стоимость существенно ниже стоимости постоянного магнита. Таким образом, индуктивный датчик положения – более экономичное решение, чем приложения с датчиком Холла или магниторезистивным датчиком благодаря тому, что магнитное поле измеряется без помощи магнита.

Индуктивные датчики положения чувствительны к внешнему магнитному полю.

Современные автоматические устройства генерируют еще больше паразитных магнитных полей, чем прежде, которые вызывают проблемы с использованием датчиков Холла и магнитных датчиков. В индуктивных датчиках положения применяется активная демодуляция для борьбы с этими паразитными полями.

Величина потребляемого тока электромобилями следующего поколения достигает нескольких сотен ампер (см. рис. 3).

Рис. 3. При работе мотора и протекании большого тока генерируются паразитные магнитные поля высокой напряженности

Кроме того, большинство электромобилей оснащено более чем тремя бесщеточными электродвигателями постоянного тока (BLDC), электронными гидроусилителями руля и системами помощи при торможении. Все эти системы генерируют паразитное магнитное поле. Поскольку у него высокая скорость нарастания, ужесточаются требования к проведению испытаний на помехоустойчивость. В соответствии с действующими стандартами автомобильная электроника при прохождении испытаний на электромагнитную совместимость подвергается воздействию поля постоянного тока величиной 4 мТл, и потому ложные показания датчиков недопустимы.

Преимущество индуктивных датчиков положения в том, что они устойчивы к этим помехам благодаря активной фильтрации только той частоты, которая требуется для измерений. Поскольку в этих датчиках не используются магнитные материалы, данные устройства не подвержены влиянию магнитного поля постоянного тока. Кроме того, описанный выше синхронный демодулятор отфильтровывает сигналы на других частотах, отличных от частоты возбуждения первичной обмотки. Такой принцип подавления не применим в датчиках Холла и магниторезистивных датчиках.

Измерение положения с помощью индуктивных датчиков – новая технология.

В индуктивных датчиках положения проводники печатной платы используются для определения положения объекта, а объектом измерения является металлический предмет. На самом деле, эта технология давно является общепринятой – лишь изменился способ измерения. Принцип работы линейного дифференциального трансформатора напряжения (LVDT) очень схож с принципом измерений индуктивного датчика положения. В этом трансформаторе первичная обмотка и две вторичные обмотки определяют положение металлической рукоятки в робототехнических приложениях. В индуктивных датчиках положения применяются во многом схожие методы, которые к тому же позволяют разместить проводники катушки на печатной плате.

В магнитных вращающихся трансформаторах, представляющих собой разновидность LVDT-трансформатора, применяются те же методы. И в этом случае не трансформатор определяет положение металлического объекта, а индуктивный датчик с помощью проводников печатной платы. Для определения координат все три названных устройства измеряют соотношение между двумя напряжениями, индуцированными возмущенным магнитным полем проводящего элемента.

Из-за дублирующего датчика объем занимаемого пространства удваивается.

Критически важным автомобильным и промышленным приложениям часто необходима избыточность для обеспечения самого высокого уровня безопасности. Благодаря оптимизации слоев печатной платы и некоторым инновационным методам создания первичной обмотки сдвоенному датчику не требуется в два раза больше места на печатной плате по сравнению с одинарным устройством (см. рис. 4).

Рис. 4. Решение с двумя датчиками

Два гальванически изолированных датчика, свободно связанных с полем, совместно измеряют величину одного и того же магнитного поля. Вторичные обмотки соединены с двумя микросхемами, с которых поступают два независимых сигнала о положении объекта, что повышает безопасность приложения.

Индуктивные датчики положения измеряют только небольшие линейные перемещения.

Индуктивные датчики положения могут измерять линейные перемещения в достаточно широком диапазоне. Наилучшая точность достигается в тех случаях, когда длина датчика сопоставима с диапазоном измерений; при этом выходное разрешение может масштабироваться даже при измерении минимального расстояния. Длина датчика варьируется в диапазоне 5–600 мм и выше. Любые ограничения по длине должны соотноситься со способностью осциллятора генерировать корректный сигнал для резонансного LC-контура. Во всех случаях применяется один и тот же принцип работы: определяются изменения генерируемого магнитного поля.

Измерение линейных перемещений – заметное преимущество этой технологии, а требуемая чувствительность достигается с помощью единого принципа измерения во многих используемых на практике диапазонах. В то же время для выполнения аналогичной задачи может потребоваться несколько мультиплексированных датчиков Холла, чтобы магнит перемещался из одного положения в другое. Перекрестное управление таким мультиплексированием достаточно сложное, а на результаты измерения может влиять изменение температуры. Индуктивный датчик не имеет таких недостатков и измеряет линейные перемещения в соответствии с требованиями приложений.

Индуктивные датчики положения измеряют только линейные перемещения.

Датчики этого типа могут измерять не только линейные, но и вращательные и дуговые перемещения с не меньшей точностью при более высокой помехоустойчивости. Индуктивная технология применяется для измерения положения автомобильных педалей, воздушных и водяных клапанов, а также роторов. Например, 360-градусный датчик положения ротора устроен как изогнутый линейный датчик с соединенными концами. Индуктивные датчики для измерения круговых перемещений – самые точные приборы благодаря тому, что генерируемое магнитное поле является очень однородным вдоль всех радиусов. Таким образом, эта технология обеспечивает измерение линейных, круговых и дуговых перемещений.

Измеряемые объекты должны быть изготовлены из магнитного материала.

Датчики рассматриваемого типа определяют изменения магнитного поля под влиянием перемещающегося металлического объекта, но в использовании магнитного материала нет необходимости. Все проводящие ток объекты вызывают появление вихревых токов, возмущающих магнитное поле (см. рис. 5).

Рис. 5. Вихревые токи, наведенные в металлической структуре

Чтобы увеличить расстояние, на котором определяется положение металлического объекта, а также уменьшить потребляемый ток, в качестве металлов с наилучшими проводящими свойствами применяется медь, алюминий или сталь.

Индуктивные датчики положения программируются внешними устройствами.

В автомобилях часто применяются датчиковые модули, которые подключаются к блокам управления двигателем с помощью проводов. Как правило, к датчику подключаются провода питания и заземления, а также выходного контакта. Калибровка модуля с помощью силового вывода исключает необходимость в дополнительных подключениях к печатной плате с датчиком, что позволяет сэкономить расходы и проблемы сборки. Однако в некоторых встраиваемых приложениях датчик может программироваться с помощью внешнего микроконтроллера, например LX3302A от компании Microchip с помощью выводов GPIO.

Разработчики не получают помощи от производителей компонентов.

Не так давно для получения хороших результатов требовалось обладать хорошим опытом проектирования приложений с магнитными датчиками, доступом к самым современным средствам моделирования методом конечных элементов или большим терпением для реализации проекта методом проб и ошибок. В настоящее время производители ИС предоставляют клиентам демонстрационные платы и наборы, которые позволяют не только начать с разработки модели, но и выполнить полноценные симуляции проводников печатной платы. Некоторые вендоры даже предоставляют результаты симуляций с анализом погрешности датчика до этапа испытаний печатной платы.

Шифр статьи: МСА816

Размещение статей, рекламы, новостей и подписка: [email protected]

Замена индуктивного датчика | Блог компании Texenergo

Мы, как специалисты в системах промышленной автоматизации, часто сталкиваемся с необходимостью замены индуктивных датчиков. Для знающего человека, работа с индуктивными датчиками не является даже рутинным событием — просто какое-то очередное действие. Для эксплуатирующего же персонала это может являться серьезной проблемой, которая только ухудшается стеснением озвучить свои вопросы или изначально неправильным пониманием работы системы автоматизации.

В промышленности и на производстве часто стоит задача определения положения какого-либо объекта. Это может быть подъехавшая кабина лифта, приблизившиеся металлическая болванка, кончик задвижки и так далее. Другими словами, во всех этих применениях нам нужен какой-то датчик положения. Задвижка закрылась? Можно запускать газ? Исторически датчиком положения в России может являться концевой выключатель типа ВПК 2110, ВП15 или тому подобное. Когда же возникает вопрос компактности или хоть какой-то точности, то любят использовать микропереключатель типа какого-нибудь МП2101.

На основе и своего, и мирового опыт мы категорически не рекомендуем использовать концевой выключатель в технологическом процессе. Концевые выключатели по международной классификации уже начинают называться «Выключателями безопасности». Потому, что подобная конструкция предназначена для нечастого, но надёжного срабатывания. Это и описывает полностью элемента системы обеспечения безопасности. Частое же срабатывание приводит к механическому износу изделия.

Индуктивный датчик же представляет собой бесконтактным датчиком. В чём плюс? Допустим датчик используется для определения положения задвижки. Подали сигнал и задвижка должны была закрыться для перехода к следующему этапу технологического процесса. Как же нам убедиться что задвижка не должна была, а на самом деле закрылась? Для этого нужен датчик. Использование механического датчика возможно, но тогда надо задаться вопросом о частоте закрытия-открытие задвижки. Ведь частое механическое воздействие приводит к физическому износу датчика. Например, у ВПК 2110 подвижный механизм крепится к корпусу гайкой. Каждое воздействие на механизм приводит к ослабеванию гайки вплоть до её потери. А неисправности датчики — это, мягко говоря, весьма сложный момент для любого качественного производства.

Индуктивный же датчик не имеет проблемы механического износа — он будет работать столько, сколько надо. Это только повышает надёжность технологического процесса. Датчик индуктивности бесконтактный, а это также значит что обслуживающему персоналу сложнее его обмануть. Если головку (подвижный) элемент концевого выключателя персонал может просто отвернуть в другую сторону, то с индуктивным это уже не вариант.

Мы все знаем в каких условиях приходится работать оборудованию. Обеспечить долговременную защиту датчика по IP быстро становится амбициозной задачей. Индуктивный же датчик обычно представляет из себя единое целое, что уже означает принципиально более высокую защиту от воздействия окружающей среды. Но это не предел. Корпус и внешние материалы индуктивного датчика могут выполняться и из специализированных материалов — для обеспечения химического сопротивления, для обеспечения гигиеничности и так далее.

Не только химическое или атмосферное воздействие приводит к порче. Мы чрезвычайно часто сталкиваемся с физического поломкой в следствии кинетического воздействия. Слишком умно звучит? Если проще, то датчик маленький, а на производстве периодически падают большие и тяжелые вещи. Это ломает датчики. Или, коннектор — провод подключения.

Обозначив все основные моменты, вернёмся же к замене сломавшегося или установке нового датчика.

Первое. Расстояние срабатывания датчика.

Это расстояние в 95% случаев измеряется в миллиметрах или нескольких сантиметрах. При приближении металлического объекта происходит изменение индуктивности поля вокруг датчика… Но если не языком учителя физики, то расскажем иначе. Индуктивный датчик проще рассматривать в качестве индуктивного выключателя, который выключается-включается какой-нибудь металлической штукой. То есть подъехала задвижка ближе, чем на 5.0мм и датчик переключился. Отъехала на 5,01 мм и датчик выключился.

В интернете почему-то модно использование индуктивного датчика в контексте коленвала. Рассмотрим. В этом случае речь идёт о датчике положения коленвала в, например, системе зажигания. Здесь становится понятно причина невозможности использования даже микропереключателя а-ля МП 1101. Диапазон ближе-дальше чрезвычайно мал и не факт что подвижный элемент механического датчика будет корректно переключаться.

Говоря практически про расстояние срабатывания. Нельзя универсально сказать что «больше лучше» или «меньше лучше». Допустим надо отработать приближение или «вход». Допустим мимо нас едет на конвейере металлическая банка диаметром 40мм. Её ближайший край находится на удалении 10 мм от датчика. Тогда, по большой счёту, нам не может подойти любой датчик в диапазоне срабатывания 10-50мм. (Ну, или почти так в зависимости от тонкостей окружности).

Второе. Диаметр датчика.

Наиболее популярны индуктивные датчики цилиндрической форму по стандартам М6, М8, М10, М12 и так далее. Допустим речь идёт и конвейере со стенкой толщиной 1 мм. Тогда в этой стенке делается отверстие нужного диаметра, вставляется датчик, зажимается двумя гайками и всё хорошо. Иногда же из пластины делают уголок с отверстием нужного диаметра.

Поэтому если речь идёт о замене индуктивного датчика, то изначально следует задуматься о возможности его физической установки.

Отдельно заметим что диаметра датчика примерно пропорционален расстоянию срабатывания.

Третье. Подключение датчика PNP/NPN или про выходной сигнал.

Данный вопрос заслуживает отдельного обсуждения и поэтому затронем его поверхностно. Если на практическом уровне и абстагироваться от электроники, то PNP обычно используется в европейском оборудовании, а NPN обычно используется в американском оборудовании. Соответственно NPN редко являются складскими в России. Беда в том, что PNP или NPN важно на уровне самой системы, куда подключается датчик. Индуктивный датчик в нашем контексте практически всегда работает от постоянного тока, где становится важным что мы коммутируем (переключаем) — плюс или минус. Если Вы не хотите детально разобраться в хитростях электроники, то лучше сразу же обратить на это внимание при замене. Если же Вы берёте не на замену, то лучше выбрать PNP.

Четвёртое. Кабель подключения.

Кто первый раз сталкивается с подобной проблемой, тот либо жутко пугается, либо ошибается. Работа датчика обеспечивает на столько им самим. Сам датчик требуется подключить к вышестояющему оборудованию с помощью кабель. Стоп. Не пугаемся. Здесь следует подходить по-этапно.

Ставим новый индуктивный датчик или на замену? Если новый, то лучше кабель брать отдельно. Если же на замену, то надо посмотреть состояния кабеля на предмет его замены.

Смотрим размер и количество контактов. Если размер стандартен — М6, М8, М10, М12 и так далее, то гораздо интереснее с контактной группой. Обычно речь идёт просто о количестве контактов. Тем не менее, стоит обратить внимание на их расположение. Для этого практически всегда прилагается фото или схема.

Смотрим длину кабеля. Ну, хоть здесь всё понятно)

Смотрим индивидуальные моменты. Из какого материала сделан кабель? Каков его радиус загиба? Есть на нём светодиод сигнализации работы? Он прямого включения или углового? И много-много чего ещё.

Итого по кабелю подключения. Не стоит его бояться. Один раз возьмёте в руки и все страхи пропадут.

Пятое. Частоты работы.

На этом пункте, наверное, и закончим. Помните обсуждение механического выключателя, концевого выключателя? У его подвижных элементов есть (а) инерция и (б) время на перемещение. В виду этого, у них ярко ограничена частота включения-выключения. Индуктивные же датчики спокойно работают на сотнях или даже тысячах Гц или количестве переключений в секунду.

Почему это важно? Для того же датчика коленвала. Всё крутиться очень быстро — нельзя пропустить и надо правильно считать. Не очень понятно? Ставим, правильно подобрав расстояние срабатывания, индуктивный датчик на шестерёнку какого-то механизма. Это мы делаем для того, чтобы по количеству пройденных зубьев корректно считаться количество сделанных оборотов и/или положение. Если же шестерёнка будет крутиться быстро, то частота срабатывание датчика должна быть соответствующей.

Всё равно тяжело? Не волнуйтесь — для этого есть. Специалисты Texenergo установили на наших заводах и на заводах клиент тысячи индуктивных датчиков. Обращайтесь. Мы знаем что делать и как помочь.

11 мифов об индуктивных датчиках положения

Загрузите эту статью в формате PDF.

Мы давно этого ждали и теперь это широко внедряется, а именно искусственный интеллект (ИИ). От автоматических заводов, беспилотных автомобилей и грузовиков до роботов-шоферов — теперь мы видим, как ИИ сделает автоматические машины более эффективными, прибыльными и улучшит нашу жизнь. И в основе этих автоматических машин и автомобилей лежит их способность точно измерять положение и движение.

Существует множество способов измерения положения, но одной из быстро развивающихся технологий является индуктивный датчик положения. Точность, помехоустойчивость и экономичность – вот некоторые из преимуществ этой технологии. Ниже развеиваются некоторые неверные представления об индуктивных датчиках положения, а также проводится сравнение с другими сенсорными технологиями, такими как датчики на эффекте Холла и магниторезистивные датчики.

1. Индуктивные датчики используют индуктивность для измерения положения.  

Этикетка может сбивать с толку, но на самом деле 9Индуктивные датчики 0003 не измеряют индуктивность. Вместо этого они используют электромагнитную индукцию магнитного поля в металлической мишени вместе с хорошо известными свойствами трансформатора с воздушным сердечником и законом Фарадея, чтобы точно определить местонахождение возмущения этого магнитного поля мишенью. Это может показаться сложным для многих из нас, кто забыл все, что мы узнали о теории электромагнитного поля из школы. Проще говоря, индуктивные датчики измеряют возмущение магнитного поля проводящей мишенью.

Кроме того, это магнитное поле не создается постоянным магнитом, который необходим для датчиков Холла и магниторезистивных датчиков. Вместо этого он генерируется первичной обмоткой трансформатора (рис. 1) .

1. Индуктивный датчик положения создает магнитное поле с помощью обмоток трансформатора.

Для обнаружения этого магнитного поля используются две вторичные катушки, и, как и в случае с трансформатором, мы используем закон Фарадея для преобразования этого поля в напряжение. Металлическая мишень, помещенная в это магнитное поле, будет индуцировать вихревые токи, которые противодействуют магнитному полю и снижают напряженность поля до нуля на мишени. Две приемные катушки, размещенные в разных физических местах, будут обнаруживать разное напряжение. Положение цели можно рассчитать, просто рассчитав отношение этих двух напряжений приемной катушки.

2. Индуктивные датчики положения не точны.  

Этот миф легко развеять, потому что индуктивные датчики положения очень точны , превосходно работая при более высоких температурах, где другие системы на основе магнитов испытывают проблемы. Основная причина точности индуктивных датчиков положения заключается в том, что они не зависят от нелинейной природы постоянного магнита. Вместо этого они просто ищут возмущение самогенерируемого магнитного поля.

Таким образом, погрешность менее ±0,1 % во всем диапазоне измерений может быть достигнута при комнатной температуре. Погрешности ниже ±0,3 % достижимы при изменении температуры и изменении воздушного зазора между целью и датчиком. Кроме того, полный алгоритм предназначен либо для устранения колебаний температуры, либо для сведения к минимуму их влияния.

Например, индуктивный датчик положения будет возбуждать магнитное поле с частотой от 1 до 6 МГц, но в нем используется LC-генератор. Хотя обе эти величины могут меняться в зависимости от температуры, это не влияет на положение.

Причина в том, что вторичные приемные каналы используют синхронную демодуляцию (рис. 2) , которая является функцией первичного генератора. Этот дрейф никак не повлияет на амплитуду принимаемых сигналов. Помимо температуры, на магнитное поле могут влиять металлические предметы рядом с датчиком.

2. Синхронный демодулятор может использоваться для устранения различий, вызванных колебаниями температуры.

В результате требуется определенный уровень калибровки, но калибровка не меняется в зависимости от температуры. Например, LX3302A компании Microchip Technology использует восемь калибровочных сегментов. Кроме того, 13-разрядные аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и 32-разрядные процессоры помогают устранить любые ошибки вычислений и квантования, которые могут возникнуть, обеспечивая 12-разрядное выходное разрешение во всем диапазоне измерений.

3. Индуктивные датчики положения дороги.

Нечасто удается получить лучшее из обоих миров — высокая производительность по разумной цене, — но индуктивные датчики и здесь эффективны. В то время как датчики на эффекте Холла и магниторезистивные датчики требуют, чтобы постоянный магнит был изготовлен с надлежащими допусками и силой, чтобы получить приличную точность, индуктивным датчикам нужен только кусок металла в качестве цели, что экономит пользователю цену магнита.

Хотя печатная плата должна быть больше, чтобы проложить дорожки датчика, это обычно стоит значительно меньше, чем стоимость магнита. И если у вас есть дополнительное место на печатной плате, эта часть может быть бесплатной. Таким образом, индуктивный датчик положения является более экономичным решением по сравнению с решениями на основе эффекта Холла и магниторезистивными решениями, поскольку он обеспечивает измерение магнитного поля без магнита.

4. Индуктивные датчики положения чувствительны к внешнему магнитному полю.

Современные автоматические машины создают больше паразитных магнитных полей, чем когда-либо прежде, вызывая проблемы с датчиками Холла и магниторецепторами. Индуктивные датчики положения используют активную демодуляцию для подавления этих полей рассеяния (рис. 3) .

3. Двигатель и большой ток могут генерировать сильные магнитные поля рассеяния.

Электромобили следующего поколения могут иметь ток в несколько сотен ампер от аккумуляторов до тягового двигателя. Кроме того, большинство автомобилей имеют более трех бесколлекторных двигателей постоянного тока (BLDC) для движения автомобиля, электронный усилитель руля и вспомогательный двигатель для торможения. Все эти системы генерируют магнитные поля рассеяния.

Из-за быстрого роста этих паразитных магнитных полей новые спецификации требуют дополнительных испытаний на устойчивость к более сильным магнитным полям. В автомобильной промышленности автомобильная электроника теперь подвергается воздействию поля постоянного тока силой 4 мТл (миллитесла) во время квалификации на электромагнитную совместимость (ЭМС) и ложным показаниям любого из критических с точки зрения безопасности датчиков — гидроусилителя руля, педали акселератора, положения тягового ротора. — не может произойти.

Преимущество индуктивного определения положения в том, что оно невосприимчиво к этим шумам, поскольку активно фильтрует только ту частоту, которая требуется для определения. Поскольку в индуктивных датчиках положения не используется магнитный материал, они не улавливают постоянное магнитное поле. Другими словами, закон Фарадея равен нулю для постоянного магнитного поля.

Кроме того, описанный выше синхронный демодулятор будет отфильтровывать другие частоты выше и ниже основной частоты возбуждения, почти так же, как вы можете выбрать одну АМ-радиостанцию, когда антенна улавливает весь АМ-диапазон. Такой же тип отклонения невозможен с датчиками на эффекте Холла и магниторезистивными датчиками.

5. Индуктивное определение положения — это новая технология.

Индуктивные датчики положения используют печатную плату в качестве датчика и кусок металла в качестве цели. Хотя это может быть новый способ реализации датчиков, технология хорошо зарекомендовала себя. Линейный дифференциальный трансформатор напряжения (LVDT) очень близок к индуктивному датчику положения. LVDT будет использовать первичную катушку и две вторичные катушки для определения положения металлического вала в роботизированных приложениях (рис. 4) .

4. Линейный дифференциальный трансформатор напряжения (LVDT) очень близок к индуктивному датчику положения. Он может использовать обмотки двигателя для обнаружения изменений. Мишень ротора может использоваться вместе с датчиком на основе печатной платы.

Индуктивные датчики положения во многом используют те же методы, чтобы уменьшить обмотки до простой печатной платы. Магнитные резольверы, вращающаяся версия LVDT, также используют аналогичные методы. Опять же, вместо металлической конструкции, похожей на трансформатор, индуктивные датчики положения выполняют ту же функцию, которую можно выполнить, используя дорожки на печатной плате. Для определения положения LVDT, резольвер и индуктивные датчики принимают отношение двух напряжений, вызванных возмущением магнитного поля проводящим элементом.

6. Резервные индуктивные датчики требуют вдвое больше места.  

Критически важные автомобильные и промышленные приложения часто нуждаются в резервировании для обеспечения высочайшего уровня безопасности. Благодаря оптимизации слоев печатной платы и некоторым интеллектуальным методам первичной обмотки двойной датчик не требует удвоения места на печатной плате. Вместо этого оба датчика могут находиться в одном пространстве (рис. 5) печатной платы. В этом случае они имеют одно и то же магнитное поле, слабо связаны магнитным полем и при этом обеспечивают гальваническую развязку. Вторичные могут перейти к двум ИС, которые затем будут выводить независимое и резервное положение, повышая безопасность приложения.

5. Резервные датчики могут совместно использовать целевое сенсорное устройство, тем самым уменьшая общий размер резервированной системы.

7. Индуктивные датчики положения могут обрабатывать только небольшие линейные измерения.

Индуктивные датчики положения могут измерять линейные положения на различных длинах. Наилучшая точность достигается, когда длина датчика близка к приблизительному желаемому диапазону измерения, так что выходное разрешение можно масштабировать по кратчайшему расстоянию. Длина датчика может варьироваться от 5 мм до 600 мм и более для практических применений. Любые ограничения по длине связаны со способностью генератора генерировать правильный LC-резонансный сигнал. Во всех случаях принцип работы одинаков: создается магнитное поле и регистрируется возмущение. Линейные измерения являются несомненным преимуществом этой технологии, а чувствительность может быть достигнута за счет единого принципа измерения во многих практических диапазонах измерений.

В качестве альтернативы датчику Холла может потребоваться мультиплексирование нескольких датчиков Холла при перемещении магнита из одного места в другое. Обработка кроссовера этого мультиплексирования сложна и может зависеть от температуры. Индуктивный датчик не страдает от этой проблемы, и его можно заставить выводить линейные измерения, соответствующие требованиям приложения.

8. Индуктивные датчики положения могут измерять только линейные измерения.

Несмотря на то, что линейные измерения являются несомненным преимуществом этого метода, индуктивные датчики положения могут также измерять траектории поворотных и дуговых датчиков с такими же преимуществами, как более высокая точность и лучшая помехоустойчивость. Автомобильные педали, воздушные клапаны, водяные клапаны и положение ротора — все это примеры датчиков, в которых можно использовать технологию индуктивных датчиков.

Думайте о поворотном датчике на 360 градусов как о простом линейном датчике, концы которого изогнуты, чтобы встретиться с другим датчиком. Оказывается, вращающиеся индуктивные датчики положения являются наиболее точными датчиками, потому что генерируемое магнитное поле может быть очень однородным на каждом радиусе. С помощью этой технологии возможны линейные, дуговые и вращательные измерения.

9. Материал мишени должен быть магнитным.

Индуктивный датчик положения обнаруживает изменение магнитного поля, и это магнитное поле возмущается металлической мишенью, но магнитный материал не требуется. Все, что проводит ток, позволяя течь наведенному вихревому току, вызовет это возмущение (рис. 6) . Магнитные материалы, такие как железо, являются проводящими, поэтому их также можно использовать. Однако целевой металл будет иметь лучшее расстояние обнаружения и меньший ток питания, если он сделан из хорошего проводника, такого как медь, алюминий или сталь.

6. В металлической конструкции могут возникать вихревые токи.

10. Индуктивные датчики положения необходимо программировать по входной мощности.  

В автомобиле многие датчики используются в модулях, которые подключаются к блокам управления двигателем с помощью набора проводов. Для датчика это обычно состоит из линии питания, линии заземления и выходного контакта. Возможность калибровки модуля через штырь питания гарантирует, что дополнительные подключения к печатной плате датчика не требуются, что снижает затраты и проблемы со сборкой.

Однако для некоторых приложений требуется микроконтроллер. Именно здесь встроенные приложения хотели бы запрограммировать датчик с помощью другого микроконтроллера, а не специальной тестовой системы. LX3302A от Microchip имеет эту функцию и возможность, что позволяет программировать его через контакты GPIO.

11. Вы сами по себе с дизайном .

Не так давно для получения хороших результатов требовалось основное знание магнитных полей и доступ к высокотехнологичному набору для моделирования методом конечных элементов или множество проб и ошибок. Сегодня поставщики интегральных схем предоставляют эту услугу своим клиентам с помощью оценочных плат и комплектов, которые помогут вам перейти от концепции к реальному моделированию трассировки печатной платы. Некоторые поставщики даже предоставляют результаты моделирования, оценивая ошибку, которая будет у вас с датчиком, до того, как печатная плата будет протестирована. Microchip предлагает эту помощь для помощи в проектировании ваших печатных плат.

Эти 11 мифов показывают, как индуктивные датчики положения сравниваются с датчиками Холла и магниторезистивными датчиками, демонстрируя точность, устойчивость к паразитным магнитным помехам и экономическую эффективность. Готовы ли вы попробовать эту технологию со своим следующим продуктом для определения положения с помощью ИИ?

Марк Смит, доктор философии, менеджер по маркетингу линейки продуктов, подразделение смешанных сигналов и линейных устройств, в компании Microchip Technology.

Линейные индуктивные датчики положения | Althen Sensors

Линейные индуктивные датчики положения долговечны и обеспечивают высокую точность измерений для требовательных гидравлических или пневматических приложений с обратной связью по положению.

• • ≤ 2 мм
  • 3 мм ≤ 15 мм
  • 16 мм ≤ 25 мм
  • 26 мм ≤ 50 мм
  • 51 мм ≤ 100 мм
  • 101 мм ≤ 250 мм
  • 251 мм ≤ 500 мм
  • 501 мм ≤ 1000 мм
• • ±0,1%
  • ±0,25%
  • ±0,5%
• • 0,5 — 4,5 В
  • 0,5 — 9,5 В
  • ±0,5 В
  • ±5 В
  • ±10 В
  • 4 — 20 мА
• • Индуктивный
• • IP65
  • IP67
  • IP68
• • Алюминий
  • Нержавеющая сталь
• • погружной

Не можете найти то, что ищете?

Мы предлагаем линейные индуктивные датчики положения, но также можем помочь вам с изготовленным на заказ датчиком линейного положения или комплексным измерительным решением. Пожалуйста, свяжитесь с нами для консультации или бюджетного ценообразования.

Поворотные индуктивные датчики положения | Альтен Сенсорс

• • ±8° до ±80°
  • ±2,5° до ±7,5°
  • ±7,5° до ±80°
  • ±15° до ±70°
  • от 0° до 120°
  • ±60°
• • ≤ ±0,1%
  • ≤ ±0,25%
  • ≤ ±0,5%
• • 0,5 — 4,5 В
  • 0,5 — 9.