Nowe możliwości czujników liniowego położenia

Trendy przemijają. Początkowe zamierzenia odchodzą do przeszłości, a prototypy różnych rozwiązań nie są rozwijane, ponieważ często ich rozbudowywanie mija się z celem. Ludzie ze świata biznesu spotykają się i spekulują na temat nowych rozwiązań i ich opłacalności. Niekiedy nisza może zmienić się w główny nurt, poszerzając aktualny stan wiedzy.

Kilka lat temu dynamiczny pomiar ruchu liniowego w pełnym zakresie pomiarowym maszyny był uważany za jeden z trendów. Dziś rozwiązanie to stało się standardową aplikacją w budowie maszyn. Jeśli ruchy dynamiczne mają być mierzone z wyłączeniem czasów martwych, np. w aplikacjach typu „wybierz i umieść”, pozycja przenoszonego elementu musi być znana w dowolnym miejscu i czasie. Taką aplikację można zrealizować pośrednio przez użycie enkoderów w napędach albo bezpośrednio na osiach przemieszczeń za pomocą czujników liniowego przemieszczenia. Natychmiastowe wykrywanie położenia bezpośrednio na osi zapewnia precyzję i eliminuje niedokładności związane z przenoszeniem ruchu obrotowego na liniowy.

Rodzaje pomiaru położenia liniowego

Istnieją trzy wiodące sposoby pomiaru ruchów liniowych w automatyce przemysłowej: potencjometryczny, magnetyczny i – od blisko 10 lat – indukcyjny. Poza nimi można także wymienić optyczne systemy pomiarowe.

Najczęściej stosowanymi sposobami pomiaru przesunięć liniowych jest pomiar za pomocą czujników potencjometrycznych bądź magnetostrykcyjnych. Mają one wady i zalety. Liniały z wyjściem potencjometrycznym nie działają na zasadzie bezkontaktowej. Bezawaryjne i bezkontaktowe sprzężenie mechaniczne między systemem pomiarowym a jednostką przenoszoną jest niezbędne, aby zminimalizować straty i awaryjność. Zbyt duży nacisk oraz drgania mogą w znacznym stopniu przyczynić się do szybkiego zużycia czujnika. Z tego powodu system ten wymaga znacznie większej ostrożności podczas montażu niż w przypadku użycia systemu bezkontaktowego. Jeśli między czujnikiem a elementem pozycjonującym występuje sprzężenie mechaniczne, problemem może być także zapylenie. Wymienione zagrożenia mogą wpłynąć na pomiar takiego czujnika, który w takiej sytuacji może pozostać niezauważony przez operatora.

Magnetostrykcyjny sposób pomiaru został zaprojektowany z myślą o bezkontaktowej zasadzie działania, dzięki czemu wspomniane wcześniej problemy, jak naprężenia, wibracje oraz zapylenie, przestają mieć znaczenie. Niestety problemem staje się w tym przypadku dynamika układu oraz słabsza liniowość i dokładność, która jest tym gorsza, im dłuższy jest czujnik. Dodatkowo im dalej znajduje się punkt pomiarowy, tym więcej czasu potrzeba do ustalenia wartości mierzonej. Instalacja takiego systemu nie jest także zalecana w przemyśle metalowym bez dodatkowego ekranowania. Metalowy pył łatwo przylega do magnetycznego elementu pozycjonującego, powodując problemy w liniowości i błędy w czujniku. Rozwiązaniem może być zastosowanie serii LTX oraz LTE przeznaczonych do montażu wewnątrz siłownika do aplikacji mobilnych.

Indukcyjna zasada pomiaru a eliminacja niedogodności

Nowa generacja indukcyjnych czujników liniowego położenia firmy Turck jest pozbawiona wad czujników potencjometrycznych oraz magnetostrykcyjnych, a jednocześnie łączy ich zalety. Czujniki serii LI gwarantują tak wysoką rozdzielczość, jak czujniki potencjometryczne, a jednocześnie taką samą odporność na wstrząsy i wibracje, jak czujniki magnetostrykcyjne. Ponadto są odporne na działanie pola magnetycznego, gwarantując mniejszy błąd liniowości oraz wysoką powtarzalność.

Wysoka częstotliwość próbkowania: 5 kHz

Specjaliści automatyki firmy Turck są pierwszymi na świecie, którzy oferują klientom indukcyjne czujniki położenia liniowego działające na zasadzie indukcyjnej, o długości pomiarowej aż do 2 m. Takie wersje były do tej pory oferowane jedynie w wariantach magnetostrykcyjnych, a klienci musieli akceptować wiążące się z tym niedogodności i godzić się na ryzyko błędnych odczytów.

Mniejsza częstotliwość próbkowania dla dłuższych czujników i wynikająca z tego nieliniowość często prowadziły do niezadowalających wyników, a otrzymane wartości były z tego powodu niedokładne. Natomiast przy długościach pomiarowych, przekraczających 1 m, stosowanie potencjometrycznych systemów pomiarowych stanowi mało realną alternatywę. Wytwarzanie tak długich elementów z z jednoczesnym zachowaniem dużej precyzji jest niezwykle kosztowne, nie wspominając o innych wadach takiego rozwiązania.

Duża odporność na wstrząsy i wibracje

Nowe czujniki indukcyjne położenia liniowego zostały także ulepszone w innych kluczowych obszarach. Wszystkie urządzenia są odporne na wstrząsy aż do 200g i silne wibracje. W przeciwieństwie do innych systemów doskonale sprawdzają się nawet w trudnych warunkach pracy.

Czujniki indukcyjne liniowego położenia korzystają z elektromagnetycznej zasady działania, dzięki czemu układ toleruje przesunięcia boczne oraz poziome elementu pozycjonującego bez utraty sygnału, zachowując przy tym dokładność. Funkcja ta zapewnia wiarygodne wartości pomiarowe np. w sytuacjach, gdy występują wibracje na maszynach pakujących.

Została także zwiększona częstotliwość próbkowania urządzenia do 5 kHz na całej długości pomiarowej, niezależnie od długości pomiarowej czujnika. Umożliwia to minimalizowanie błędów, a także ich eliminowanie w aplikacjach dynamicznych. Czujniki magnetostrykcyjne nie pozwalają na osiąganie takich częstotliwości, a co za tym idzie – im dłuższy jest czujnik, tym wolniejszy.

16-bitowa rozdzielczość

Seria Li charakteryzuje się 16-bitową rozdzielczością sygnałów na wyjściach analogowych 4–20 mA lub 0–10 V. Czujniki mają także funkcję diagnostyczną błędu. Jeśli element pozycjonujący jest poza zakresem działania, sygnał wyjściowy wskazuje 22 mA lub 11 V. Jest to szczególnie przydatne w diagnostyce on-line i wykrywaniu uszkodzeń mechanicznych na maszynie.

Funkcja Easy-teach – łatwe programowanie czujnika

Funkcja Easy-teach pozwala na łatwe ustawienie punktu początkowego i końcowego odcinka pomiarowego. Sygnał może też zostać odwrócony. Proces ten umożliwia elastyczne dostosowanie czujnika do aplikacji, a tym samym ułatwia montaż i uruchomienie.

Czujniki do użytku w dużych prasach

Precyzyjne pomiary liniowe na długościach pomiarowych powyżej 1 m są szczególnie pożądane w dużych maszynach. Wcześniej trzeba było korzystać z alternatywnych systemów pomiarowych, co stawiało pod znakiem zapytania wydajność maszyny. Dziś nie trzeba już decydować się na 
kompromis.

W maszynach do obróbki drewna, w których występują liczne wibracje, wstrząsy oraz zapylenia, a jednocześnie wymagane są duże odległości pomiarowe, niezwykle ważny jest stopień ochrony IP67. Seria czujników LI nie tylko spełnia te wymagania, ale także podnosi poprzeczkę pod względem jakości danych pomiarowych.

TURCK Sp. z o.o.
ul. Wrocławska 115, 45-836 Opole
tel. 77 443 48 00, fax 77 443 48 01
e-mail: poland@turck.com
www.turck.pl

źródło: Automatyka 4/2019