线性位置传感是一种特殊而普遍的工业自动化需求,有许多解决应用挑战的选项。
作者Andrew Waugh, AutomationDirect
工业设备和机械通常涉及大量的旋转和驱动部件。这些元素的有效自动化要求传感器可靠地检测执行机构和相关机构的位置。如果只需要在固定的传输终点检测硬件的存在或不存在,那么这可能非常简单。即使是旋转位置,虽然比较困难,仍然允许旋转编码器传感器定位在轴上。
然而,更具有挑战性的是需要在更长的操作距离或更高的精度上检测线性运动和位置。例如,门式起重机可以跨越很长的距离,可以在恶劣的室外或工厂环境中安装和操作,但要求±1英寸。准确性。另一方面,物料搬运机可能更紧凑和保护,但需要更准确的位置反馈多轴X-Y-Z载体。
有几种线性位置传感器可供选择,从简单的经典技术一直到先进的设备。这篇文章回顾了一些线性位置传感技术,并讨论了每种方法在哪里最适合用于精确和可靠的检测。
让我们直说吧
线性定位用于非常特定的,但高度部署的运动几何图形子集,具有多个传感设计考虑因素,如图1所示。
旋转运动很容易被旋转编码器感知。有时旋转运动利用齿轮或其他机构转化为直线运动。在任何一种情况下,都可以根据旋转的程度推断出线性位置。但是,如果机构出现任何故障,那么旋转传感器和线性位置就失去了它们的关系,传感就不会正确。
限位或位置开关简单可靠,但只能检测安装点的线性位置。这些传感器可能基于机械、光学、接近或超声波方法,但只提供二进制位置,或可能相对粗糙的分辨率。这种类型的位置开关通常安装在机构的行程末端,但也可以在设备上放置一个目标,并沿行程路径布置许多位置开关。然而,传感只发生在这些点上,所以如果设备离开开关,它的位置是不确定的。
最好的真正线性位置传感技术将提供连续的模拟输出信号,或通过以太网连接的数字信号,以准确地实时报告目标位置,并具有足够的分辨率。
可用的技术
以下是主要的线性位置传感技术,并简要介绍每种技术的优点和潜在问题。
一个线性电位计是一种可靠的配置,由一个雨刷组成,当设备在整个行程中移动时,雨刷沿电阻移动,提供与位置直接相关的可变电阻,如图1所示。信号调节器可以把这个读数转换成其他的电输出电平。线性电位器简单,便宜,易于使用,如图2所示。
然而,作为一种物理设备,经常受到机械滑动的影响,它们会随着时间的推移而磨损,需要更换。它们可能不能抵抗液体和污染物,而且形状因素必须足够大,以适应杆的完全伸展和收缩行程,这有时会由于安装空间的限制而限制使用。
磁致伸缩线性位置传感技术可能看起来类似于电位器,但它们使用磁铁沿刚性线性外壳移动。磁铁可以布置在外壳的表面或作为一个环围绕它,提供了很大的安装灵活性,更重要的是避免机械磨损问题。这些传感器通常具有板上电路,以调节输出到各种理想的信号水平。磁致伸缩技术比电位器或线性感应解决方案更昂贵,但额外的好处往往抵消了额外的成本,特别是在具有挑战性的应用中。
线性电感位置变送器,图3,位于电位器和磁致伸缩器件之间的中间地带,无论是技术上还是商业上。它们看起来像电位器,但使用感应技术来监测电枢的杆行程。这些带有机载电子设备的非接触式设备避免了物理传感器的磨损,并提供了一系列输出信号。
磁致伸缩,线性可变差动变压器(LVDT)技术还使用电枢来识别可变位置。电枢是自由浮动的,可以主动地连接到目标上,也可以是弹簧加载的,所以它们主动地推动电枢在任何时候都与移动目标接触。这些传感器在电枢中使用磁铁,其位置与它所经过的主壳体中的主绕组和次绕组有电气参考关系。LVDT在许多方面类似于线性感应传感器,但一个关键的区别是它们也可以设计为交流电压电路,允许更大的安装灵活性。
画线传感器实际上是一个旋转装置,通过机械地将电缆拉进或拉出装置来操作。电缆连接到移动设备上,拉丝传感器外壳处于固定位置。这有点像卷尺,但在卷绕装置上有一个旋转锅或编码器来进行测量。这些通常用于无法安装行程长度装置的远距离定位。
对于某些物理配置,可以通过沿行程长度安装一个刻度来实现线性位置传感。的线性编码器它可能是光学的,磁性的,甚至是电容性的,被安排在运动中“看到”磁带经过它。光学单元在历史上更常见,通过使用一个封闭的通束传感器来使用光脉冲读取编码间隙,提供良好的线性信号。磁性版本使用编码磁铁秤,更耐用,可以安装更长的长度。它们还提供更好的分辨率,并对负面环境影响具有更强的免疫力。
当精度很重要且安装环境能得到适当的保护时,a激光基于的线性位置传感器往往能提供最佳的解决方案。激光设备提供极好的分辨率和响应反馈,但只有在视线畅通无阻和目标准备充分的情况下。这些设备是完全非接触的,但如果环境条件,表面反射,甚至物理干扰掩盖信号,这种技术可能无法工作。
现场安装
许多前面的位置传感器设备都有相似的外壳风格和形式因素,使它们易于使用,更换和升级-根据应用的需要选择特定的解决方案。1 / 2英寸圆柱形外壳。和¾——。和矩形单元一样常见。
许多线性位置传感装置的实际安装做法往往相当相似,传感器外壳安装在固定表面,轴部分连接到移动或移动的被测物体。一些安装附件的枢轴提供了一个自由度的运动,同时仍然跟踪沿单轴的线性运动。传感器可以正连接到它们的目标上,也可以加载弹簧来跟踪运动,同时接受一定程度的滑动。
线性位置的解决方案
线性位置测量是监测和控制机械设备运行的常用方法。正确的配置将可靠地检测目标硬件的位置,对于给定的环境具有足够的精度。
用户可以从许多技术中进行选择,从简单的到高级的,以获得适合其应用程序的最佳解决方案。当出现问题时,可以向提供广泛解决方案的供应商咨询建议和最佳实践。
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