Блог

Sep 29, 2023

Процесс и контроль сегодня

01.07.2022 Micro-Epsilon UK Ltd Как вихретоковые датчики, так и индуктивные

01.07.2022 Микро-Эпсилон ЮК Лтд.

Как вихретоковые датчики, так и индуктивные переключатели и датчики смещения имеют свои преимущества при измерении положения и смещения объектов в суровых условиях. Однако недавние достижения в разработке вихретоковых датчиков, их интеграции, упаковке и общем снижении затрат сделали эти датчики гораздо более привлекательным вариантом, особенно там, где критическими требованиями являются высокая линейность, высокая скорость измерений и высокое разрешение», — говорит Гленн Веджброу, менеджер по развитию бизнеса. в Micro-Epsilon UK.

Чтобы оценить преимущества вихретоковых датчиков по сравнению с индуктивными переключателями и датчиками смещения, важно сначала понять принцип работы обоих типов.

Классический индуктивный датчик перемещения состоит из катушки, намотанной на ферромагнитный сердечник. При возбуждении переменным током от схемы драйвера на основе генератора катушка генерирует магнитное поле, которое концентрируется вокруг сердечника. Линии магнитного потока взаимодействуют с целевым проводником по мере его приближения, создавая вихревые токи, которые являются обратными начальному току возбуждения и приводят к снижению напряжения на генераторе. Эти изменения напряжения, вызванные изменением расстояния между воздушным зазором, обнаруживаются и преобразуются в аналоговый выходной сигнал, например, в контуре 4–20 мА, а затем обрабатываются на входе для определения смещения.

В индуктивном датчике перемещения катушка намотана на ферромагнитный сердечник, и когда через катушку проходит переменный ток, он генерирует магнитное поле. Линии магнитного потока взаимодействуют с проводящим объектом по мере его приближения и генерируют противоположные вихревые токи в соответствии с законами магнитной индукции Фарадея. Вихревые токи противодействуют току возбуждения, вызывая падение напряжения в генераторе, и именно это падение напряжения используется для определения смещения.

Датчик приближения, также называемый бесконтактным переключателем, представляет собой упрощенное применение принципов индукционного эффекта, определяющее только наличие или отсутствие объекта (проводящей цели). Компаратор (триггер Шмитта) обнаруживает падение напряжения и отправляет сигнал на усилитель. Это, в свою очередь, переключает выход в двоичном виде. Выход может быть нормально открытым (НО) или нормально закрытым (НЗ), в зависимости от конфигурации, выбранной пользователем.

Из-за ферромагнитного сердечника в индуктивном датчике перемещения выходной сигнал является нелинейным, поэтому его необходимо линеаризовать либо в электронике датчика, либо математически с использованием полиномов в системе управления установкой или машиной.

Помимо нелинейности, еще одним недостатком использования ферромагнитного сердечника являются «потери в железе», связанные с поглощением магнитного поля самим сердечником. Эти потери увеличиваются с частотой до такой степени, что индуктивный датчик смещения достигает максимальной скорости около 50 измерений в секунду.

Третья проблема, связанная с индуктивными датчиками перемещения, заключается в плохой устойчивости к резким колебаниям температуры из-за высокого коэффициента теплового расширения материала ферритового сердечника. Столь широкий разброс делает температурную компенсацию очень сложной, что обычно приводит к большому тепловому дрейфу индуктивных датчиков смещения.

Датчики вихревых токов обеспечивают повышенную точность

Чтобы преодолеть эти ограничения, был разработан определенный класс индуктивных датчиков смещения, называемый «датчиками вихревых токов», в которых вместо ферритового сердечника используется катушка с воздушным сердечником.

Вихретоковые датчики используют те же законы магнитной индукции, что и индуктивные датчики смещения и приближения. Однако использование катушки с воздушным сердечником вместе с передовой электроникой, технологиями производства и калибровки ставит их в категорию гораздо более высоких характеристик.

Хотя принципы работы вихретокового датчика соответствуют законам Фарадея, измеряется влияние вихревых токов на импеданс катушки, а не изменение напряжения генератора. Контроллер рассчитывает импеданс, наблюдая за изменением амплитуды и фазового положения катушки датчика.