Вихретоковые датчики перемещения для промышленности

Вихретоковые датчики перемещения относятся к группе индуктивных датчиков перемещения и хорошо приспособлены для промышленного применения. В отличие от обычных индуктивных датчиков принцип измерения вихретоковых датчиков позволяет проводить измерения на неферромагнитных материалах (например, алюминии), а также на ферромагнитных материалах (например, стали). Они предназначены для бесконтактного и безизносного измерения смещения, расстояния, положения, колебаний, вибрации и толщины. Поэтому они идеально подходят для мониторинга машин и систем — они могут выполнять измерения в суровых промышленных условиях, даже при колебаниях давления, грязи или температуры.

Обычно вихретоковые датчики перемещения используются там, где требуется высокая точность измерения, а другие датчики не справляются с преобладающими условиями окружающей среды. На оптические датчики, например, влияет грязь или пыль в измерительном зазоре и высокие температуры. В обычных индуктивных датчиках перемещения используются ферритовые сердечники, которые имеют сравнительно высокую ошибку линейности и более низкую частотную характеристику. Кроме того, точность их измерений снижается при колебаниях температуры окружающей среды.

Только проводящие металлические объекты, будь то ферромагнитные или неферромагнитные, могут быть измерены с помощью вихретоковых датчиков смещения. Непроводящие материалы невидимы для вихретоковой измерительной системы и поэтому не влияют на результаты измерений. По этой причине эти датчики могут измерять через такие материалы, как пластик и масло, на металлические объекты. Это позволяет использовать такие приложения, как измерение масляного зазора и измерение расстояния до роликов, направляющих пластиковую пленку.

Ограничения обычных индуктивных датчиков перемещения

В классическом индуктивном датчике перемещения используется катушка, намотанная на ферромагнитный сердечник. Из-за этого ядра выходной сигнал является нелинейным, поэтому его необходимо либо линеаризовать в электронике датчика, либо пользователь должен учитывать эту нелинейность в своей системе управления предприятием.

Помимо нелинейности, к другим ограничениям относятся потери в стали, вызванные тем, что сердечник сам поглощает магнитное поле. Эти потери увеличиваются с увеличением частоты до такой степени, что индуктивный датчик перемещения достигает предела своей производительности примерно при 100 измерениях в секунду.

Другой проблемой индуктивных датчиков перемещения является их чувствительность к экстремальным колебаниям температуры из-за высокого теплового коэффициента расширения ферритового сердечника. Это затрудняет температурную компенсацию, что обычно приводит к высокому тепловому дрейфу.

Вихретоковые и емкостные датчики перемещения

Вихретоковые и емкостные датчики определяют расстояние до электропроводящего объекта измерения на основе изменений электрического поля. Вихретоковые датчики измеряют расстояние по изменению импеданса катушки датчика. При емкостном измерении датчик и объект измерения образуют пластины конденсатора.

Оба типа могут измерять в субмикрометровом диапазоне. Тем не менее, они значительно различаются по условиям эксплуатации. Вихретоковые датчики идеально подходят для суровых промышленных условий, таких как грязь, пыль и влажность. С другой стороны, емкостные датчики требуют такого же чистого окружения, которое можно найти на производстве электроники, в лабораториях и чистых помещениях.

Вихретоковые датчики перемещения

Хотя в вихретоковых датчиках используются те же законы магнитной индукции, что и в индуктивных датчиках смещения и приближения, конструкция их катушек с воздушным сердечником обеспечивает более высокую точность, скорость измерения и стабильность — нелинейность и температурный дрейф не являются проблемой.

К их преимуществам относятся:

• Быстрые измерения до 100 кГц.

• Высокое разрешение до 0,5 мкм или выше.

• Высокая линейность.

• Высокая температурная стабильность при колебаниях температуры окружающей среды, которую можно даже улучшить за счет встроенной активной температурной компенсации.

• Измерение с использованием ферромагнитных или неферромагнитных целевых материалов.

• На них не влияет высокое давление, высокая температура, грязь, пар или масло.

Принцип работы вихретокового датчика

Переменный ток в сенсорной катушке создает изменяющееся магнитное поле. Это поле индуцирует в мишени ток — вихревой ток. Переменный вихревой ток создает собственное магнитное поле, которое противодействует полю сенсорной катушки, тем самым изменяя импеданс сенсорной катушки. Величина изменения импеданса зависит от расстояния между целью и чувствительной катушкой в ​​зонде. Ток в сенсорной катушке, который зависит от импеданса, обрабатывается для получения выходного напряжения, которое указывает положение цели относительно зонда.

Температурная компенсация

Поскольку компания Micro-Epsilon предлагает несколько различных конструкций вихретоковых датчиков, инженеры могут выбрать оптимальный датчик для своего конкретного применения. Например, активная температурная компенсация необходима, если требуются высокоточные измерения. При изменении температуры на сигнал измерения могут влиять два фактора:механические изменения, когда геометрические размеры датчика и цели изменяются в виде расширения или сжатия датчика и цели. А электрические эффекты имеют даже большее влияние, чем механические, из-за изменения электромагнитных характеристик.

Например, серия eddyNCDT 3001 специально разработана для приложений, в которых обычные индуктивные датчики перемещения часто достигают предела своих возможностей. Они имеют компактные размеры и доступны в корпусах M12 и M18, охватывая диапазоны измерения от 2 мм до 8 мм. Они защищены по стандарту IP67 и поэтому применимы в автоматизации, машиностроении и дизайне. Кроме того, они имеют температурную компенсацию до 70 °C. Они имеют высокую точность и линейность измерений, а также частотную характеристику 5 кГц и откалиброваны на заводе для ферромагнитных и неферромагнитных объектов, таких как алюминий и сталь.

Гидростатические подшипники

Одним из применений вихретоковых датчиков смещения является крупное оборудование, такое как каменные мельницы или телескопические установки, которые часто работают с гидростатическими подшипниками. Эти подшипниковые системы постоянно снабжаются жидкой смазкой через внешний источник давления. Смазка запрессована между поверхностями подшипников, которые, таким образом, постоянно отделены друг от друга тонкой смазочной пленкой. Поверхности подшипников не подвергаются трению и, следовательно, работают без износа. Это позволяет управлять положением с точностью до микрометра. Однако любые нарушения в гидравлике или падение давления могут иметь катастрофические последствия. Это может привести к повреждению подшипников и, в конечном итоге, к отказу системы, что приведет к высоким затратам на техническое обслуживание и ремонт. Поэтому масляный зазор в гидростатических подшипниках требует постоянного надежного контроля. Для этого применения датчик устанавливается горизонтально на башмаке подшипника, поэтому он не подвергается прямому воздействию давления масла. Он измеряет через масляную пленку на противоположной поверхности подшипника.

Двигатели внутреннего сгорания

Точное положение поршня, поршневых колец и существующие условия давления являются важной информацией для производителей двигателей внутреннего сгорания. Используя инструменты моделирования, эти данные в основном используются для надежных прогнозов износа, трения и расхода масла. Вихретоковый датчик измеряет поршневое кольцо и так называемые вторичные движения поршня с высокой точностью. Здесь проявляются преимущества вихретоковых датчиков — устойчивость к высоким температурам в двигателях внутреннего сгорания (до 180°С и выше кратковременно). Преобладающая вибрация, давление, масло, топливо, дымовые газы и непрерывное механическое движение не влияют на точность результатов. Кроме того, датчики eddyNCDT обеспечивают высокую скорость измерения с малым диапазоном измерения (0–0,5 мм) и очень высоким разрешением (менее 1 мкм).

Миниатюризация

Компания Micro-Epsilon разработала датчик, в котором для миниатюризации используется технология встроенной катушки (ECT). Эта технология производства обеспечивает почти неограниченные возможности с точки зрения внешнего дизайна и геометрической формы датчиков, а также позволяет интегрировать в датчик оценочную электронику. Он сконструирован путем встраивания двумерной вихретоковой катушки в неорганический материал, что повышает стабильность, надежность и термостойкость датчиков. Эти датчики подходят для чрезвычайно жестких условий, таких как сверхвысокий вакуум в производстве полупроводников.

Вихретоковые датчики перемещения — маленькие, но мощные промышленные рабочие

Эти маленькие датчики идеально подходят для промышленных сред, где условия являются самыми суровыми и сложными, но требуют чрезвычайно точных измерений. Их можно использовать во всем:от измерения зазоров в гидростатических подшипниках в больших машинах, зазора между поршнем и цилиндром до измерения расстояния до роликов, направляющих пластиковую пленку.

Эта статья была написана Мартином Дамбергером, управляющим директором Micro-Epsilon USA (Роли, Северная Каролина). Для получения дополнительной информации свяжитесь с г-ном Дамбергером по адресу Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. или посетите здесь .