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Sep 29, 2023

Proceso y control hoy

01/07/2022 Micro-Epsilon UK Ltd Sensores de corrientes parásitas e inductivos

07/01/2022 Micro-Epsilon UK Ltd

Tanto los sensores de corrientes de Foucault como los interruptores inductivos y los sensores de desplazamiento tienen sus respectivas ventajas al medir la posición y el desplazamiento de objetos en entornos hostiles. Sin embargo, los avances recientes en el diseño, la integración, el empaque y la reducción general de costos de los sensores de corriente de Foucault han convertido a estos sensores en una opción mucho más atractiva, particularmente donde la alta linealidad, las mediciones de alta velocidad y la alta resolución son requisitos críticos, dice Glenn Wedgbrow, gerente de desarrollo comercial. en Micro-Epsilon Reino Unido.

Para apreciar las ventajas inherentes de los sensores de corriente de Foucault en relación con los interruptores inductivos y los sensores de desplazamiento, es importante comprender primero el principio de funcionamiento de ambos tipos.

El sensor de desplazamiento inductivo clásico consta de una bobina enrollada alrededor de un núcleo ferromagnético. Cuando es excitada por una corriente alterna de un circuito controlador basado en un oscilador, la bobina genera un campo magnético que se concentra alrededor del núcleo. Las líneas de flujo interactúan con el conductor objetivo a medida que se acerca, creando corrientes de Foucault que son el reverso de la corriente de excitación inicial y tienen el efecto de reducir el voltaje a través del oscilador. Estas variaciones de voltaje debidas al cambio en la distancia del entrehierro se detectan y convierten en una señal de salida analógica, como un bucle de 4-20 mA, y luego se procesan aguas arriba para determinar el desplazamiento.

En un sensor de desplazamiento inductivo, una bobina se envuelve alrededor de un núcleo ferromagnético y cuando una corriente alterna pasa a través de la bobina, genera un campo magnético. Las líneas de flujo magnético interactúan con un objeto conductor a medida que se acerca y genera corrientes de Foucault opuestas, según las leyes de inducción magnética de Faraday. Las corrientes de Foucault retroceden contra la corriente de excitación para causar una caída de voltaje en el oscilador y es esta caída de voltaje la que se usa para determinar el desplazamiento.

Un sensor de proximidad, también llamado interruptor de proximidad, es una aplicación simplificada de los principios detrás del efecto de inducción, detectando solo si un objeto (el objetivo conductor) está presente o no. Un comparador (disparador Schmitt) detecta la caída de voltaje y envía una señal a un amplificador. Esto, a su vez, cambia la salida de forma binaria. La salida puede ser normalmente abierta (NO) o normalmente cerrada (NC), dependiendo de la elección de configuración del usuario.

Debido al núcleo ferromagnético en un sensor de desplazamiento inductivo, la salida no es lineal y, por lo tanto, debe linealizarse en la electrónica del sensor o matemáticamente usando polinomios en el sistema de control de la planta o la máquina.

Junto con la no linealidad, otra desventaja de usar un núcleo ferromagnético son las "pérdidas de hierro" debido a que el propio núcleo absorbe el campo magnético. Estas pérdidas aumentan con la frecuencia, hasta el punto de que un sensor de desplazamiento inductivo alcanza un máximo de alrededor de 50 mediciones por segundo.

Un tercer problema con los sensores de desplazamiento inductivos es la mala tolerancia a las amplias variaciones de temperatura debido al alto coeficiente térmico de expansión del material del núcleo de ferrita. Esta amplia variación hace que la compensación de temperatura sea muy difícil, lo que suele dar lugar a una gran deriva térmica de los sensores de desplazamiento inductivos.

Los sensores de corrientes de Foucault ofrecen una precisión mejorada

Para superar estas limitaciones, se ha desarrollado una cierta clase de sensor de desplazamiento inductivo llamado "sensor de corriente de Foucault" que, en lugar de un núcleo de ferrita, utiliza una bobina de núcleo de aire.

Los sensores de corrientes parásitas emplean las mismas leyes de inducción magnética que los sensores inductivos de desplazamiento y proximidad. Sin embargo, el uso de una bobina de núcleo de aire junto con técnicas avanzadas de electrónica, fabricación y calibración los coloca en una categoría de rendimiento mucho más alta.

Si bien los principios de funcionamiento del sensor de corrientes de Foucault están en línea con las Leyes de Faraday, lo que se mide es el efecto de las corrientes de Foucault sobre la impedancia de la bobina en lugar del cambio de voltaje del oscilador. El controlador calcula la impedancia observando el cambio en la posición de amplitud y fase de la bobina del sensor.

Detección de alto rendimiento con sensores de corriente de Foucault

Si bien todos los sensores mencionados anteriormente pueden detectar objetivos como metales y materiales ferromagnéticos y no ferromagnéticos en entornos hostiles sin contacto, la arquitectura del sensor de corriente de Foucault, así como las técnicas avanzadas de electrónica, fabricación y calibración, lo ponen en un categoría mucho más alta en términos de rendimiento.

Estas características de rendimiento se pueden dividir en dos categorías: características inherentes y características resultantes del diseño, la fabricación y la calibración del producto. Las tres características inherentes más emocionantes son:

Debido al uso de una bobina con núcleo de aire en lugar de un núcleo de ferrita, se puede usar una corriente alterna de hasta 1 MHz, aunque la electrónica de dispositivos como el eddyNCDT3001 y el NCDT3005 proporciona frecuencias de medición de 5 kHz. Esto sigue siendo 10 veces mayor que el de sus homólogos de desplazamiento inductivo, que normalmente alcanzan un máximo de 50 Hz (lo que se traduce en 50 mediciones por segundo). Los sensores de corriente de Foucault Micro-Epsilon de gama alta pueden alcanzar los 100 kHz.

En términos de linealidad y temperatura, la bobina con núcleo de aire no tiene que lidiar con las pérdidas de flujo ni compensar la expansión térmica de un núcleo de ferrita, por lo que tiene una mejora de 10 veces en la linealidad. Esta linealidad también es el resultado del proceso de fabricación y calibración de Micro-Epsilon, mediante el cual la bobina se coloca en un horno y se somete a un ciclo entre -20? y +60?C. Los cambios en el material se almacenan en la configuración de calibración del sensor y se utilizan para compensar las fluctuaciones de temperatura. Los ciclos de temperatura del sensor y luego el almacenamiento de su respuesta para permitir la compensación de temperatura en el campo son pasos clave durante la fabricación y la producción. Estos son los que dan a los sensores Micro-Epsilon alta estabilidad en amplios rangos de temperatura, en toda la escala de operación.

Si bien algunos sensores de desplazamiento inductivos también tienen una compensación integrada en el sensor, generalmente se limita a más o menos del 3 al 5 por ciento de la salida de escala completa (FSO). Los sensores de corrientes de Foucault brindan compensación para el canal de medición completo (± 0,025 % FSO). También es importante tener en cuenta que los sensores de corrientes de Foucault están calibrados para el material objetivo en la fábrica para obtener la máxima precisión, lo que otorga una mayor importancia a estos dispositivos.

Los sensores de corrientes de Foucault eliminan las limitaciones de embalaje y alojamiento

Tanto los sensores de proximidad como los de desplazamiento inductivo se pueden alojar en metal sólido (grados de alta resistencia compatibles con alimentos). El principio de funcionamiento de los sensores de corriente de Foucault significa que deben usar una tapa no metálica. A pesar de esto, los sensores de corriente de Foucault Micro-Epsilon aún cuentan con la certificación IP67. Además, el empaque de los sensores de corrientes de Foucault ha avanzado rápidamente, con la electrónica integrada en el dispositivo.

Lo más significativo es que la línea de productos eddyNCDT 3001 representa una nueva clase de sensores de corriente de Foucault que vienen en una carcasa M12 con el controlador integrado y la unidad de acondicionamiento de señal. Esto los hace mucho más adaptables a los requisitos y formatos mecánicos estándar, además de convertirlos en una opción de reemplazo más atractiva para los sensores de desplazamiento inductivos. El nuevo eddyNCDT3005 de Micro-Epsilon tiene una electrónica compacta separada que permite empaquetar muchos rangos de medición de sensor diferentes con una electrónica M12 compacta "en el cable". Otras características incluyen la capacidad de soportar hasta 300 bar de presión ambiental. Además, la salida de voltaje es la misma que la de los sensores de desplazamiento inductivos, cubriendo la totalidad de 0,5 a 9,5 V, lo que los hace totalmente comparables en una base de 1:1.

Aplicaciones y uso

La alta frecuencia de corte de los sensores de corrientes de Foucault permite la detección metrológica de valores de distancia incluso en procesos de alta velocidad, como máquinas herramienta y cigüeñales. La protección IP67 garantiza que también se puedan usar en entornos industriales hostiles donde la suciedad o la humedad no influirán en el resultado de la medición. Un ejemplo clásico es monitorear el espacio de lubricación en un motor de combustión.

La alta precisión, la robustez, la linealidad y la tolerancia a la temperatura permiten que un sensor eddyNCDT rastree parámetros como la brecha de lubricación en un motor de combustión.

Son posibles diseños de sensores personalizados para necesidades específicas, incluida la calibración de objetos de destino específicos, opciones de montaje, longitudes de cable individuales y rangos de medición modificados, así como tolerancia a la presión de hasta 2000 bar.

Al usar sensores eddyNCDT, se debe tener cuidado para asegurarse de que se coloquen lo más cerca posible de 90? en relación con la superficie del objetivo para lograr la máxima resolución y precisión de medición. A veces, un montaje en ángulo recto exacto del sensor al objetivo es difícil o imposible.

A veces es difícil lograr una colocación en ángulo recto para lograr el máximo rendimiento de un sensor de corriente de Foucault. En tales casos, consulte las tablas del fabricante para averiguar cómo compensar en consecuencia.

En tales casos, los valores medidos se desviarán marginalmente de los adquiridos en un ángulo recto, así que utilice los gráficos del proveedor del sensor para tener en cuenta el efecto de un sensor inclinado. Por ejemplo, con un sensor de 4 mm y un objetivo de aluminio, se puede aceptar y despreciar una inclinación de ±4 grados en la mayoría de las aplicaciones. Para la colocación, tenga en cuenta que el uso de un núcleo de aire significa que la distancia desde el cabezal del sensor hasta el objetivo debe ser de 4 mm o menos.

Los sensores compactos de corriente de Foucault M12 se utilizan a menudo para controlar el espesor de la película de aceite, por ejemplo, en cojinetes hidrostáticos. Los sensores miden la distancia desde el objetivo metálico "a través" de la película de aceite para determinar el espacio de aceite.

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Para obtener más información, póngase en contacto:Chris JonesMicro-Epsilon UK Ltd1, Shorelines BuildingShore RoadBirkenheadCheshire CH41 1AUTel: +44 (0)151 355 6070Correo electrónico: [email protected]: https://www.micro-epsilon.co.uk

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