Всё, что вы хотели знать о плиточных датчиках положения

Эта статья объясняет, что такое плиточные круговые датчики положения; где их использовать, и предлагает некоторые возможности для снижения расходов.

Давайте сперва ознакомимся с жаргоном. Датчик положения - это электрический трансформатор для измерения угла поворота. Большинство датчиков выглядят как электрический двигатель - с медными обмотками на статоре и ротором из обработанного металла. Индуктивная связь между обмотками трансформатора варьируется в зависимости от угла. Таким образом, если мы активизируем датчик с сигналом переменного тока и измерим выхода из обмотки трансформатора, мы получаем переменный электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна углу.

Термин "плиточный" просто характеризует форму датчика - плоскую. Нет жестких критериев относительно того, где заканчиваются традиционные датчики и начинаются плитовые датчики, но, как правило, у плиточного (осевого) высота меньше его диаметра. Диаметр плиточного датчика может быть более, чем в 10 раз больше, чем высота и часто имеет большое отверстие для размещения вала, гидравлических труб, электрических соединений или контактных колец.

Как ни странно, плиточные датчики положения также называют блинными датчиками. Строго говоря, блинный датчик – это неприкрытый или бескаркасный плиточный датчик. Тем не менее, по всем намерениям и целям, блинный датчик – то же самое, что плиточный датчик, и термины используются как взаимозаменяемые.

Вы также можете увидеть или услышать термин "бесщёточный датчик перемещения". Это просто означает, что нет никаких электрических соединений с ротором датчика. Это означает, что нет необходимости передать питанию ротору через электрические щетки.

Как они работают?

Хотя существует множество варантов, типичный датчик имеет три обмотки - первичную обмотку и две вторичных обмотки. Эти обмотки, как правило, формируются на стационарных элементах датчика - статорах. Первичная используется для входного сигнала для привода переменного тока, а каждая вторичная используется для подбора или получения витка. На рисунке 1, ротор изготовлен из материалов, таких как железо или сталь, и расположен по отношению к обмотке так, что он будет соответствовать различным количествам энергии во вторичных обмотках в зависимости от угла поворота. На рисунке 1, показания вторичных обмоток будут в виде синусоиды и косинусоиды. Таким образом, соотношение сигналов изменяется пропорционально углу.

Показания датчиков "одной скорости" являются уникальными на каждом обороте - иными словами, угол может быть рассчитан абсолютно каждые 360 градусов. Двухскоростной датчик имеет выходы, которые являются уникальными на 180 градусах, с тремя скоростями арбитр имеет выходы, которые являются уникальными на 120 градусов и так далее. Как правило, большинство датчиков -1, 2, 4, 8, 16 или 32-скоростные.

Где они используются?

Давным-давно, вращающиеся трансформаторы - во всех их различных формах - были едва ли не единственным способом измерить угол непрерывно вращающегося вала. В настоящее время оптические датчики нашли много применений, но никогда не получали применения там, где требуется высокая надежность и точность работы в суровых условиях. Как правило, такие приложения часто встречаются в тяжелой промышленности, аэрокосмической, оборонной, нефтяной и газовой отраслях. Проще говоря, оптические датчики положения не могут справиться с грязью, вибрациями, ударами и экстремальными температурами, в то время как плиточные датчики по большому счёту остаются устойчивыми.

Плиточные датчики используются там, где предъявляется одно или более требований из следующего:

• Большой сквозной вал.
• Требования измерения абсолютного положения.
• Объединение с большим подшипником.
• Пространственные ограничения, требующие низкой осевой высоты.
• Радиальное несоответствие между вращающимися и неподвижными частями.
• Длительный срок службы.
• Суровая физическая среда.
• Непрерывное вращение.

Любые ли из них хороши?

Датчики существуют примерно со времен Второй мировой войны и имеют хорошую репутацию благодаря надежности. Они часто выбираются автоматически за высокую надежность и связанные с безопасностью приложения.

Типичной ошибкой является то, что во многих технических характеристиках датчика указывается, что его разрешение является бесконечным. Хотя это теоретически верно, на практике это глупо, потому что в большинстве современных систем управления аналоговые сигналы датчика будут преобразованы в цифровой сигнал конечного разрешения. Фактическое разрешение будет определяться разрешением цепи аналого-цифрового преобразования.

Это приводит к тонкому, но важному моменту - а именно, что требуется достаточное количество навыков специалиста. Чтобы спроектировать системы на основе датчика положения, требуется сигнал возбуждения (отдельно определенный и приобретенный) и схема обработки. Это означает, что существует значительная проблема навыка в использовании датчиков - Вы должны знать, что Вы делаете, и, как правило, не может быть применён принцип “одного окна”.

Плиточные датчики положения имеют также репутацию тяжелых, громоздких и дорогих. Они просто экономически не выгодны для большинства основных промышленных применений и, в общем-то, регулярно используются только в тех секторах, где капитальные затраты вторичны по отношению к спецификации и производительности.

Так какие существуют альтернативы?

Теоретически, оптические датчики являются естественной альтернативой, но на практике они просто не могут справиться с суровыми физическими средами. В больших плиточных или блинных форматах (как правило, больших, чем 4 дюйма в диаметре) оптические приборы зачастую столь же дороги, как и плиточные датчики.

В последние годы стало популярным новое поколение устройств, которое можно рассматривать как гибрид между оптическим и плиточным датчиками. Индуктивные датчики (или Инкодеры) используют те же самые физические основы, что и плиточные датчики, но дешевле, легче, компактнее и точнее. Важно отметить, что они также проще в использовании, потому что они требуют только источник питания постоянного тока и выходной цифровой сигнал, представляющий абсолютный угол. Проблема навыков устраняется, потому что индуктивные датчики не требуют отдельных электронных схем обработки - вся необходимая электроника интегрирована в статор. Это означает, что Инкодеры обладают всеми преимуществами плиточных датчиков, но ни одним из их недостатков.

В отличие от традиционных меднопроводных обмоток плиточного датчика, индуктивные используют печатные платы в качестве основного компонента. Как и в случае с плиточным датчиком, есть статор и ротор,но поскольку не требуется точное расположение статора и ротора индуктивного датчика, нет необходимости в подшипниках. Не нужно указывать одну скорость или использовать многоскоростные устройства – Инкодеры имеют цифровой выход с разрешением до 16 миллионов шагов за оборот.

С тех пор, как Инкодеры используют печатные платы, а не проводные обмотки, это означает, что они могут быть сделаны с очень высокой точностью. Точность, составляющая более 1 угловой минуты, является распространённой, как и повторяемость больше 1 дуги-секунды. Базовая конструкция Инкодера также означает, что её можно легко настроить в соответствии с требованиями определенного приложения.

Инкодеры доступны в широком диапазоне размеров до 600 мм диаметром и широко используются в различных станках, системах карданного подвеса, аэрокосмического, оборонного и медицинского оборудования.

О Zettlex UK Ltd:

Zettlex -это компания по производству датчиков. Датчики, распространяемые компанией, измеряют позицию и скорость точно и надежно, даже в тяжелых условиях. Zettlex разрабатывает и производит датчики; поставляет компоненты датчиков и интегральные схемы. Компания предлагает эксклюзивный дизайн и разработка датчиков для конкретных видов применения заказчика. Уникальные технологии и ламинарные, печатные проекты позволяют Zettlex производить датчики, которые не имеют ни контактов, ни подшипников, ни тонких частей и не требуют обслуживания. Zettlex продает непосредственно производителям и системным интеграторам в широком диапазоне отраслей промышленности. Применения включают измерение положения, сервоприводы, управление моторами и пользовательские интерфейсы.Около 50 процентов бизнеса компании относится к товарам, связанным с безопасностью или являющимися критически важными для безопасности. Zettlex сертифицированы ISO 9001 и BS EN 13980 для производства электромагнитных датчиков, включая датчики для искробезопасных (ATEX) сред.