EN
Velkamvada sensori: Praktisks izvēles pamācību rūpniecības inženieriem
Velkamvada sensors izskatās vienkārši: kabelis, ar atsperi darbināms tambors un iekšējs mērīšanas elements. Šī vienkāršība ir tieši tā iemesls, kādēļ to izvēlas neuzmanīgi — un tādēļ lielākā daļa laukā notiekošo kļūdu vispār nav sensora kļūdas. Tās ir diapazona kļūdas, kabeļa maršruta kļūdas un izvades atbilstības kļūdas, kas parādās tikai pēc mašīnas nodošanas ekspluatācijā.
Šis pamācībā izskaidro lēmumus, kas faktiski nosaka, vai vilkšanas vada sensors darbosies jūsu lietojumprogrammā: mērīšanas diapazons, izvades signāls, lineārums un atkārtojamība, vides aizsardzība un montāža. Turklāt tajā salīdzina vilkšanas vada sensorus ar trim alternatīvām, kuras inženieri visbiežāk apsver.
Ko vilkšanas vada sensors mēra — un ko tas nemēra
Vilkšanas vada sensors (ko sauc arī par virknes potenciometru, kabeļa pagarinājuma transducēru vai jo-jo mērinstrumentu) pārvērš lineāro pārvietojumu elektriskajā signālā. Mērīšanas kabelis ir piestiprināts pie kustīgā objekta. Kad objekts pārvietojas, kabelis izstiepjas un pagriež bungu; bunga darbina mērīšanas elementu — precīzu potenciometru, kodētāju vai magnētisko mērīšanas shēmu — kas rada izvadi, kas ir proporcionāla kabeļa izstiepšanai.
No šīs konstrukcijas tieši izriet trīs sekas, un tās ir svarīgākas nekā jebkura datu lapas galvenais virsraksts:
Tas mēra kabeļa izstiepšanos, nevis objekta patieso pozīciju. Sensora korpusu piestiprina mašīnas rāmim. Jebkura rāmja elastība, termiskā izplešanās vai vibrācijas kļūst par mērījumu kļūdu. Garos gaitas pielietojumos rāmja stingrums bieži ir dominējošais kļūdas avots — nevis sensors.
Tas ir vienas ass ierīce. Kablis jāizvila taisnā līnijā. Sānu slodzes leņķis, kabeļa svārstīšanās un straujas slodzes samazina gan precizitāti, gan kabeļa kalpošanas laiku.
Tam nepieciešama atgriezeniskā spēka darbība. Iekšējā spirāle ievilkt kabeli. Ja jūsu pielietojumam nav pieļaujama dažu niutonu kabeļa sasprindzināšana, vilk-kabeļa sensors nav pareizais risinājums.
Šajos ierobežojumos šī forma ir grūti pārspējamā: garas gaitas kompaktā korpusā, lielāka montāžas novirze salīdzinājumā ar stieņveida sensoriem un ātra uzstādīšana modernizētās sistēmās.
Pieci specifikācijas, kas nosaka, vai tas darbosies
1. Mērīšanas diapazons — un rezerve, ko jums jāpievieno
Norādiet diapazonu, pamatojoties uz faktisko braukšanu, pēc tam pievienojiet rezervi. Praktiska noteikuma ir 10–20 % rezerve virs maksimālā gaitas garuma, lai kabelis nekad nepieklātu savam beigu ierobežotājam dinamiskā pārsvārstījuma laikā. Velkamā vada sensora darbināšana līdz tā mehāniskajam robežpunktam ir visbiežākais iemesls agrīnai attecei: kabelis ar triecienu nonāk pret robežpunktu, un atgriešanās spirāle uztver šo triecienu.
Pārbaudiet norādīto diapazonu attiecībā uz to, kā sensors tiks faktiski uzstādīts. Ja kabelis iziet leņķī, efektīvais gaitas garums, ko sensors „redz”, nav vienāds ar mašīnas ass gaitas garumu — ģeometrija patērē diapazonu.
Arī apstipriniet kabeļa paša garuma atļauju. Sensors, kas deklarēts 1000 mm gaitas garumam, var tikt piegādāts ar kabeli, kas ir redzami garāks par 1000 mm; šis papildu garums nav izmantojamais gaitas garums.
2. Izejas signāls — pielāgojiet to vadības sistēmai, nevis katalogam
Četras izejas signālu grupas aptver lielāko daļu rūpnieciskās lietošanas prasību:
Izejas signāls Vispiemērotākais lietojumam Jāuzmanās
Rezistīvais (potenciometra) zemas izmaksas pozīcijas atgriezeniskā saite, vienkāršas analogās ievades kartes. Ieejas pretestības slodze; vipers nodilums pēc miljoniem ciklu
0–10 V / ±10 V Īsi kabeļu posmi, skapī montētas PLC analogās kartes. Sprieguma kritums un trokšņu uztveršana garos kabeļu posmos
4–20 mA Garie kabeļu posmi, elektriski trokšņainas rūpnīcas. Strāvas kontūras barošanas un slodzes pretestības aprēķināšana
RS485 / Modbus Dažādu sensoru tīkli, digitālā diagnostika, absolūtā pozīcija. Adresācija, bauda ātrums un terminācijas disciplīna
Izvēlieties, pamatojoties uz attālumu līdz vadības skapim un trokšņu vidi, nevis uz to, kas ir noliktavā. 0–10 V signāls, ko nosūta 30 m caur piedziņas skapi, uztvers troksni, ko nekāda filtrācija pilnībā nevar novērst; 4–20 mA vai RS485 to risina jau specifikācijas stadijā.
Lietojumprogrammām, kurām mašīnai jāzina pozīcija nekavējoties pēc ieslēgšanas — bez homing cikla — norādiet absolūtu izvadi, nevis inkrementālu.
3. Līnēaritāte un atkārtojamība nav viens un tas pats skaitlis
Lineārums apraksta, cik lielā mērā izvade novirzās no taisnas līnijas visā gaitas garumā. Atkārtojamība apraksta, cik precīzi sensors atgriežas pie tās pašas izvades vērtības pie vienas un tās pašas pozīcijas. Vairumam vadības ciklu svarīgāka ir atkārtojamība nekā lineārums: atkārtojams, bet nedaudz nelīnēars sensors var tikt koriģēts programmatūrā; neatkārtojams sensors — nē. Prasiet abus rādītājus un noskaidrojiet, vai lineārums norādīts kā ±% no pilnas mēroga vai ±% no nolasījuma. Īsām gaitām šī atšķirība ir būtiska.
4. Izšķirtspēja — skaitlis, kas klusēm ierobežo jūsu vadību
Izšķirtspēja ir mazākā pozīcijas izmaiņa, ko izvade spēj atšķirt. Pretestības un analogās sprieguma vienībās to ierobežo gan sensora uztveres elements, gan jūsu ievades kartes elektriskā trokšņu līmenis, nevis vienīgi sensors pats. Sensors, kam norādīta augsta izšķirtspēja, bet kas pieslēgts trokšņainai 12-bitu ievadei, nodrošinās tikai 12-bitu veiktspēju.
Lēnā procesa pozicionēšanai (vārta atvēršana, līmenis, vārsta gaita) izšķirtspēja reti ir ierobežojums. Augsts ātrums servosistēmās vai testu stendos parasti ir.
5. Vides aizsardzība un kabeļa trase
IP klase aizsargā korpusu. Tā daudz mazāk saka par kabeļa izeju, kur patiesībā notiek piesārņojuma iekļūšana. Putekļu, dzesēšanas šķidruma miglas vai mazgāšanas apstākļos pārbaudiet, kā tiek noslēgta kabeļa izeja un vai kabeļa apvalks ir saderīgs ar esošajiem šķidrumiem.
Temperatūra ir svarīga divreiz: mērīšanas elements nobīdās, un kabelis ar spirāli maina savu uzvedību. Ja lietojumprogramma darbojas karstā vidē, vaicājiet kompensētā temperatūras diapazona vietā ekspluatācijas diapazonam — tie ir dažādi skaitļi.
Velkamais kabelis pret lineāro potenciometru pret LVDT pret magnetostrukturālo sensoru
Velkamais kabelis Lineārais potenciometrs (stieņa veids) LVDT Magnetostrukturālais sensors
Tipiskā gaita ~50 mm līdz vairākiem metriem ~10 mm līdz ~1 m ~1 mm līdz ~500 mm ~50 mm līdz vairākiem metriem
Mērīšanas princips Kabelis + rotējošs sensora elements Pretestības trase + slīdētājs Bezkontakta induktīvais Bezkontakta magnetostrukturālais
Priekšrocības Garš gaitas ceļš, mazs korpusa izmērs, viegla pārbūve Vienkāršs, zema cena, tieša iebūvēšana līnijā Augsta lineāritāte un atkārtojamība, serdei nav nodiluma Absolūts izvads, izturīgs hidrauliskajos cilindros
Ierobežojumi Kabelfadu un sprieguma jutība Slīdētāja nodilums, izlīdzinājuma jutība Īss gaitas ceļš, nepieciešams signāla apstrādes modulis Augstāka cena, uzstādīšanas ierobežojumi
Tipiskas lietojumprogrammas Preses, domkrati, vārsti, testu stendi, paceltāji Vispārēja mašīnu pozicionēšana, izmaksu orientēti projekti Metrolōģija, servovārsti, R&D darbnīcas Hidrauliskie cilindri, injekcijas liešana
Lēmums parasti ir saistīts ar gaitu un montāžas vietu. Pārsniedzot aptuveni vienu metru, stieņa veida sensori kļūst garš, smags un grūti izlīdzināms — tieši šajā brīdī uzstājas vilkšanas vadu formāta sensori. Dažu simtu milimetru robežās, kur svarīgākās ir augstākā lineāritāte un nodiluma brīva darbība, inženierijas vajadzībām parasti piemērotāks ir LVDT vai stieņa veida lineārās pārvietošanās sensors.
Vietas, kur vilkšanas vadu sensoriem ir savs pielietojums
Iespiestās liešanas mašīnas. Skavas un izvirzītāja pozīcijas atgriezeniskā saite prasa garu gaitu ierobežotā telpā un cikla ātrumu sekunžu intervālā. Vilkšanas vadu vienības montē rāmī un seko kustīgajam plātnim, neprasot lineārā potenciometra nepieciešamo stieņa garumu.
Hidrauliskās domkratus un pacelšanas sistēmas. Domkratu gaitas uzraudzība — tostarp domkrati, kas iestrādāti sienās vai konstrukcijās ar ierobežotu piekļuvi — ir klasiskais vilkšanas vadu pielietojums: viens stiprinājuma punkts uz rāmja un viens uz kustīgā elementa, bez nepieciešamības pēc izlīdzināšanas palīglīdzekļiem.
Ūdens saimniecības un slūžu vārsti. Vārsta atvēršanas mērījumi notiek ārējos apstākļos, mērot gaitas garumu metros. Šeit izvēles jautājums reti ir izšķirtspēja; biežāk tas ir blīvējums, kabeļa apvalka izturība un pretestība dubļiem un mitrumam.
Testu stendi un suspensiju mērījumi. Durvju atsperu kompresija, amortizatora gaita un strukturālā novirze ilgmūžības testēšanas laikā prasa augstu atkārtojamību un kabeli, kas iztur vibrācijas. Sacensību un automobiļu suspensiju darbs ir labi izstrādāta lietojumprogramma kompaktiem vilkšanas kabeļu sensoriem.
Pielāgojumi. Kad mašīna nav bijusi aprīkota ar mērierīcēm un nav iespējams izveidot montāžas caurumu, vilkšanas kabeļu sensors ar stiprinājuma kronšteinu bieži tiek uzstādīts mazāk nekā stundā.
Uzstādīšanas kļūdas, kas izraisa vairākumu laukā notiekošo atteiču
Kabeļa izvade leņķī. Kabeļa ceļam jāpaliek perpendikulāram pret ritenu iekšējā ražotāja norādītajā leņķī. Pat dažu grādu pastāvīgā sānu slodze nodilst kabeļa vadītāju un izkropļo rādījumus.
Kablis, kas ir pārāk brīvs vai pārspriegts. Kablis jātur pastāvīgi sasprindzināt visā gaitā. Ja ass var pārvietoties ātrāk, nekā spriegojums var atgriezties, kablis kļūst brīvs un pēc tam strauji sasprindzina — trieciena slodze, kas bojā rituli.
Korpusa montāža uz vibrējoša panela. Sensors mēra relatīvo kustību starp abām piestiprināšanas vietām. Elastīgs kronšteins kļūst par mērījuma daļu.
Neievērojot kabļa liekšanas rādiusu izvadā. Asa maršrutēšana tieši pie izejas izraisa apvalka un galu galā vadītāju izsīkumu.
Elektriskajam kablītim nav slodzes novēršanas. Signāla kablis nav mehāniskais elements; tā piesaiste kustīgajām daļām pārnes slodzi uz savienotāju.
Neprovadot pilnas gaitas pārbaudi pie iedarbināšanas. Lēni pārvietojiet asi no viena gala līdz otram un novērojiet izvadi, lai noteiktu signāla zudumus, lēcienus un mehāniskas traucēklības pirms ražošanas uzsākšanas.
Ilgām gaitām ārā uzstādījumiem pievienojiet fizisku galapunkta apturi, kas ir neatkarīga no sensora. Sensors nekad nedrīkst būt mašīnas mehāniskais limits.
Integrācija ar vadības sistēmu
Pirms pasūtīšanas ir jāizlemj trīs integrācijas detaļas:
Ieejas pretestība. Rezistīvs izejas signāls veido sprieguma dalītāju ar ieejas karti. Ja kartes pretestība nav ievērojami augstāka par sensora slīdņa pretestību, nolasījums būs saspiests vienā gaitas galā. Pirms vainot sensoru, pārbaudiet šo parametru.
Kabeļa garums un ekrānojums. Analogiem sprieguma izejas signāliem kabeļa garumam jābūt īsam, un jāizmanto ekrānots vītāis pāris, kura ekrāns ir zemēts vienā galā. Ilgākiem kabeļiem izmantojiet strāvas kontūru vai digitālo izeju.
Mērogošana un kalibrēšana. Projektēšanas stadijā jāizlemj, vai PLC veiks mērogošanu no neapstrādātiem skaitļiem vai inženieru vienībām, un jādokumentē kalibrēšanas punkti. Divpunktu kalibrēšana pie 10 % un 90 % no gaitas izvairās no gala pozīciju reģioniem, kur mehāniskās novirzes ir vislielākās.
Uzturēšana un ekspluatācijas cikls
Vilktas vada sensori ir patēriņa preces tāpat kā josta vai filtra elements — kabeļa un spirāles ciklu skaits ir ierobežots, un specifikācijā tam jābūt atspoguļotam. Nepārtrauktā ražošanā plānojiet regulāru kabeļa stāvokļa, ievilktspējas un izvades atkārtojamības pārbaudi atsauces pozīcijā. Rezultātu atkārtojamības pārbaude vienā fiksētā punktā, ko reģistrē mēnesī, ļaus novērst degradāciju daudz agrāk, nekā tā kļūs par kvalitātes problēmu.
Ja ciklu skaits ir galvenais ierobežojums, norādiet to arī sensora elementa specifikācijā: potenciometra pamatā darbojošam un kodētāja pamatā darbojošam vienībam pie vienāda gaitas garuma un ātruma ir ļoti atšķirīgi nodiluma raksturlielumi.
BKJ
Kāda ir atšķirība starp vilktas vada sensoru un auklas potenciometru? Tas ir viens un tas pats ierīces veids, kas saukts dažādos veidos. Terminus „auklas potenciometrs“ un „kabeļa izplešanās transdūcers“ bieži lieto Ziemeļamerikā; terminus „vilktas vada sensors“ un „vilktas vada kodētājs“ biežāk lieto Eiropā un Āzijā.
Vai vilkšanas vada sensors var mērīt arī ātrumu, ne tikai pozīciju? Jā — atvasinot pozīcijas signālu, ja izvade ir tīra un paraugu ņemšanas biežums ir pietiekams. Augstas precizitātes ātruma mērīšanai vispirms jāpārbauda izšķirtspēja un atsvaidzināšanas biežums; ātruma precizitāte tiek iegūta no pozīcijas precizitātes.
Cik precīzs ir vilkšanas vada sensors? Precizitāte ir atkarīga no gaitas garuma, sensora elementa un — galvenokārt — montāžas stingrības. Īsām gaitām ar stingru rāmi precīzās vienības ir ļoti atkārtojamas. Vairāku metru gaitām rāmja izliekšanās un vada sagšana parasti veido lielāko daļu kļūdu budžetā.
Vai to var izmantot ārpus telpām? Jā, ja tam ir piemērots IP aizsardzības pakāpes indekss un kabeļa apvalks. Ārējos apstākļos ierobežojošie faktori parasti ir kabeļa UV starojuma ietekme, ūdens iekļūšana kabeļa izejā un temperatūras svārstības, nevis pats sensora elements.
Vai vilkšanas vadiņa sensors ir piemērots hidrauliskajam cilindram? Tas var būt, ja to montē ārpus cilindra, blakus tam. Ja cilindram jābūt aprīkotam ar sensoru iekšpusē, parasti praktiskāka ir magnetostrīktīvā vai iekšējā LVDT dizaina izvēle.
Cik lielu gaitas rezervi jāparedz? Plānojiet 10–20 % virs maksimālās darba gaitas un pārliecinieties, ka mašīnas cietais apstāšanās punkts — nevis sensors — nosaka mehānisko robežu.
Pareizā gaitas formāta izvēle
Vilkšanas vadiņa formāts ir priekšrocīgāks tad, kad gaita ir gara, montāžas vieta — šaura un uzstādīšanas ātrums ir svarīgs. Tas ir neizdevīgāks tad, kad rāmis ir elastīgs, kabeļa maršruts nevar palikt taisns vai kad prioritāte ir beznodiluma darbība ļoti augstā ciklu skaitā. Pareiza lēmuma pieņemšana specifikāciju posmā prasa vienu stundu; nepareiza lēmuma pieņemšana prasa visu nodošanas ekspluatācijā laika periodu.
Ja Jūs izvēlaties pārvietojuma sensoru presē, hidrauliskajā cilindrā, vārstā, testēšanas stendā vai ražošanas mašīnā un vēlaties otru viedokli par mērīšanas diapazonu, izvades signālu un montāžu, mūsu inženieru komanda var izpētīt Jūsu pielietojumu un ieteikt piemērotu sensora veidu — vilkstamvada sensori, lineārie pārvietojuma sensori, LVDT sensori un magnetostrukturie sensori tiek ražoti mūsu rūpnīcā, tāpēc ieteikums nav ierobežots tikai vienai tehnoloģijai.
Pārrunājiet savu pielietojumu ar inženieri → Pieprasiet piedāvājumu