№7 / 2012 / статья 5

Фиксируя ЛЮБЫЕ перемещения: датчики SMART Position Sensor компании Honeywell S&C

Андрей Самоделов (г. Москва)

логотип 

 

Компания Honeywell в 2009 г. представила датчики SMART Position Sensors — новый уникальный тип датчиков перемещения. Они имеют возможность самокалибровки, поскольку используют запатентованную комбинацию специализированной аналоговой микросхемы (ASIC) и массива магниторезистивных (MR) датчиков, чтобы определять положение магнита, прикрепленного к движущемуся объекту. Это расширяет точность и надежность вычисления информации о положении в различных аэрокосмических, промышленных, медицинских и транспортных приложениях. Датчики доступны в трех конфигурациях: линейные (чувствительные к положению магнита относительно датчика на отрезке 0…75 мм или 0…225 мм), дугообразные (0…100° или 0…180°), и полноповоротные (0…360°).

Датчики SMART Position Sensors являются одними из наиболее долговечных, адаптируемых и легких датчиков положения, доступных в отрасли. Датчики позволяют с высокой точностью управлять движением и повышать эффективность и безопасность работы.

Датчики SMART Position Sensors являются первыми бесконтактными датчиками положения компании Honeywell, которые позволяют совместить точность и надежность в приложениях, для которых требуется измерение любого движения. Простая бесконтактная конструкция датчиков

  • Устраняет источники механических отказов;
  • Уменьшает износ;
  • Увеличивает надежность и долговечность;
  • Расширяет эффективность и безопасность работы;
  • Минимизирует время простоя оборудования.

Линейные датчики SMART Position Sensors Linear 75 mm сконструированы для измерения линейных перемещений в диапазоне 0…75 мм, а SMART Position Sensors Linear 225 mm — линейных перемещений в диапазоне 0…225 мм. Датчики SMART Position Sensors Arc 100 сконструированы для измерения угловых перемещений 0…100°, датчики SMART Position Sensors Arc 180 — угловых перемещений 0…180°, а полноповоротные датчики SmartPosition Sensor Rotary — углов поворота во всем диапазоне 0…360°.

Линейные датчики выпускаются как с аналоговым выходом (конфигурации Linear 75 mm и Linear 225 mm), так и с цифровым RS-232-подобным выходом (только для конфигурации Linear 225 mm) для использования в управляющих системах, требующих обмена по интерфейсу RS-232 со скоростью 57,6 кбит/сек.

 

Почему датчики SMART Position Sensors интеллектуальные (Smart)?

Слово SMART означает, что перед нами — датчики с возможностью самоконтроля. В платформе SMART Position компания Honeywell использует технологию совмещения MR (магниторезистивных датчиков) и специализированных аналоговых микросхем ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) на невиданном прежде уровне. К дугообразным и линейным датчикам семейства SMART Position Sensors компании Honeywell недавно добавились и полноповоротные (вращающиеся) датчики.

Компания Honeywell использует запатентованную комбинацию ASIC и массива MR-датчиков, чтобы увеличить точность и надежность определения положения магнита, присоединенного к вращающемуся объекту таким образом, что положение объекта может определяться, или им можно управлять. Выход и цепочка MR-датчиков определяют ближайшую к расположению центра магнита пару MR-датчиков а выходной сигнал от них используется, для определения точного положения магнита между ними.

 

Принцип работы датчиков SMART Position Sensors

Линейный датчик чувствителен к положению магнита относительно датчика в диапазоне расстояний 0…75 мм или 0…225 мм. На рисунке 1 в графической форме представлен принцип работы линейного датчика SMART Position: магнит (1) присоединен к движущемуся объекту (например, лифту, подвижной части оборудования, трубе и т.п.). Синие линии вокруг магнита представляют собой силовые линии напряженности магнитного поля, выходящие из магнита и пересекающие MR-мосты (2), которые установлены на основании линейного датчика SMART Position Sensors. Выходной сигнал от MR-мостов поступает на ASIC (3), которые калибруют положение магнита.

 

Принцип работы линейного датчика SmartPosition

 

Рис. 1. Принцип работы линейного датчика SmartPosition

 

Датчики линейных перемещений

Датчики SMART Position Sensors компании Honeywell являются одними из наиболее долговечных и адаптируемых датчиков положения, доступных в настоящее время в промышленности. Датчики используют запатентованную комбинацию технологии заказных микросхем (ASIC, Application-Specific Integrated Circuit) и массива MR- (магниторезистивных) датчиков, чтобы обеспечить определение положения объекта с повышенной скоростью и точностью. Их простая бесконтактная конструкция устраняет источники механических отказов, уменьшает износ, увеличивает надежность и долговечность, расширяет надежность и безопасность функционирования и минимизирует время простоя из-за отказов.

Приборы семейства SMART Position Sensor являются бесконтактными датчиками для определения абсолютного положения объекта с повышенной точностью. Они чувствительны к положению магнита относительно датчика в одном из следующих двух диапазонов чувствительности:

  • 0…75мм
  • 0…225мм

Датчики SMART Position Sensor доступны как с аналоговым выходом (конфигурации 75 мм и 225 мм), так и с цифровым выходом (только конфигурация 225 мм) для использования в системах управления, требующих обмен по RS-232-подобному интерфейсу со скоростью 57,6 кбит/сек (см. таблицы 1 и 2).

Таблица 1. Характеристики линейных датчиков положения  

Характеристика Компоненты Значение
75 мм 225 мм
Аналоговый
(SPS-L075-HALS)
Аналоговый
(SPS-L225-HALS)
Цифровой
(SPS-L225-HDLS)
Диапазон чувствительности, мм Только датчик 0…75 0…225
Разрешение, мм 0,05 0,14 0,0035
Напряжение питания, В пост. тока 6…24
Выход 0…5 В пост. тока RS-232
Потребляемый ток, макс., мА 32 34 88
Линейность ±0,4% от полной выходной шкалы
Обратная полярность, В 26,4 при 125°C
Чувствительность 50 мВ/мм тип. 17,78 мВ/мм тип. 282,16 отсчетов/мм тип.
Скорость обновления, мксек 400 3200
Скорость обмена, кбит/сек 57,6
Время начального запуска, мсек 30
Электрическое соединение Проволочные выводы: красный = напряжение питания, черный = общая шина, зеленый = выход
Радиус изгиба кабеля мин., мм 40
Рабочая температура, °C Датчик и магнит -40…125
Температура хранения, °C -40…150
Воздушный зазор, мм 3,0 ±2,5
Степень защиты IP67, IP69K
Удары 50g полусинусоидальная волна длительностью 11 мсек
Вибрация 20g в диапазоне 10…2000 Гц 10g в диапазоне 10…2000 Гц
Тип корпуса Термопластик
Сертификация CE
Монтаж: винтами; рекомендованный момент 1/4-20 или M6; 6…8 Н•м
Материал Только магнит Неодимовый
Коэрцитивная сила, Гс 10000

 

Таблица 2. Информация для заказа линейных датчиков положения  

Номер по каталогу Изображение Описание
SPS-L075-HALS   SPS-L075-HALS Датчик SMART Position Sensor, линейная конфигурация 75 мм, диапазон чувствительности 0…75 мм, аналоговый выход 0…5 Vdc, магнит в комплекте
SPS-L225-HALS   SPS-L225-HALS Датчик SMART Position Sensor, линейная конфигурация 225 мм, диапазон чувствительности 0…225 мм, аналоговый выход 0…5 Vdc, магнит в комплекте
SPS-L225-HDLS   SPS-L225-HDLS Датчик SMART Position Sensor, линейная конфигурация 225 мм, диапазон чувствительности 0…225 мм, цифровой выход RS-232-типа со скоростью обмена 57,6 кбит/сек, магнит в комплекте

Другие конфигурации находятся в процессе разработки.

Линейные датчики перемещения находят применение в промышленности — положение клапанов, обработка материалов, пластмассовая штамповка, обработка подложек, станки с ЧПУ; на транспорте — положение уровня пассажирских автобусов, положение подвижных частей подъемных кранов, идентификация тяжелого оборудования, гидравлические цилиндры (225 мм версия датчика), морские моторы; в медицине — инжекционные насосы; в аэрокосмической отрасли — исполнительные механизмы самолетов.

 

Датчики угловых перемещений SMART Position Sensor

Дугообразные с углом 100° и 180° (Arc Configuration)

Полноповоротные датчики SMART Position Sensor, Arc Configuration (см. таблицы 3, 4) — это бесконтактные устройства для абсолютного позиционирования повышенной точности. Они способны отслеживать положение магнита относительно датчика в двух диапазонах углов:

  • 0…100°
  • 0…180°

Таблица 3. Характеристики дугообразных датчиков угловых перемещений  

Характеристика Компоненты Значения
100 Arc 180 Arc
SPS-A100D-HAMS SPS-A100D-VAMS SPS-A180D-HAMS SPS-A180D-VAMS
Диапазон чувствительности, ° Только датчик 0…100 0…180
Разрешение, ° 0,06 0,11
Напряжение питания, В пост. тока 6…24 18…40 6…24 18…40
Выходной сигнал, В пост. тока 0,5…4,5 (10…90% от 5 В пост. тока)
Потребляемый ток макс., мА 45
Линейность ±0,4% от полной выходной шкалы
Обратная полярность, В пост. тока 26,4 40 26,4 40
Чувствительность, мВ 40/±4% FS 22,22/±4% FS
Частота измерения тип., Гц 312
Разъем 4-контактный разъем M12
Рабочая температура, °C Датчик и магнит -40…85
Температура хранения, °C -40…150
Воздушный зазор, мм 7,8 ±2,5 мм 8,58 ±2,5 мм
Степень защиты IP67, IP69K
Удары 50g полу-синусоидальная волна длительностью 11 мсек
Вибрационная устойчивость 20g в диапазоне 10…2000 Гц
Тип корпуса Термопластик
Сертификация CE
Монтаж: винтами; рекомендованный момент M6 или 1/4-20; 6…8 Н•м
Материал Только магнит Неодим
Коэрцитивная сила, Гс 10000

 

Таблица 4. Информация для заказа дугообразных датчиков угловых перемещений  

Номер по каталогу Изображение Описание
SPS-A100D-HAMS SPS-A100D-HAMS Датчик SMART Position Sensor, конфигурация 100 arc, измеряемые углы поворота 0…100°, напряжение питания 6…24 В пост. тока, аналоговый выход 0,5…4,5 В пост. тока, магнит в комплекте
SPS-A100D-VAMS SPS-A100D-VAMS Датчик SMART Position Sensor, конфигурация 100 arc, измеряемые углы поворота 0…100°, напряжение питания 18…40 В пост. тока, аналоговый выход 0,5…4,5 В пост. тока, магнит в комплекте
SPS-A180D-HAMS SPS-A180D-HAMS Датчик SMART Position Sensor, конфигурация 180 arc, измеряемые углы поворота 0…180°, напряжение питания 6…24 В пост. тока, аналоговый выход 0,5…4,5 В пост. тока, магнит в комплекте
SPS-A180D-VAMS   SPS-A180D-VAMS Датчик SMART Position Sensor, конфигурация 180 arc, измеряемые углы поворота 0…180°, напряжение питания 18…40 В пост. тока, аналоговый выход 0,5…4,5 В пост. тока, магнит в комплекте

Другие конфигурации находятся в процессе разработки.

Области применения: транспорт — платформы подъемников для наружных работ, определение положения ковшей погрузчиков и землеройных машин/экскаваторов, определение положения лифта; оборудование для перекрестков, мобильная регулировка подъемных кранов; промышленность — телескопические подъемники конвейеров, угловые контакты генераторов электроэнергии, положение режущего инструмента на пилорамах, встроенные загрузчики весов; оборонная промышленность — управление подъемом артиллерийских стволов, управление ходовой частью, системы позиционирования дверей боевой техники; аэрокосмическая отрасль — развертывание и поворот панелей солнечных батарей, управление спутниковыми антеннами; медицина — положение управляемых роботами хирургических инструментов, подъем кровати пациента.

 

Полноповоротные с углом 360° (Rotary Configuration)

Полноповоротные датчики SMART Position Sensor, Rotary Configuration — это бесконтактные устройства для абсолютного позиционирования повышенной точности. Они способны отслеживать положение магнита относительно датчика в диапазоне углов 0…360° (см. таблицы 5, 6).

Таблица 5. Характеристики полноповоротных датчиков угловых перемещений  

Характеристика Компоненты Значение
Диапазон чувствительности, ° Только датчик 360
Разрешение, ° 0,01
Напряжение питания, В пост. тока 12…30
Выход, мА Токовая петля 4…20
Потребляемый ток макс., мА 90
Линейность: 25°C TC: >85°C -0,03% FS мин., 0,030% FS макс. 0,0011%FS/°C
Смещение: 25°C TC: >85°C -0,044% FS мин., -0,011% FS тип., 0,022% FS макс. 0,0033%FS/°C
Точность -0,069% FS мин., 0,069% FS макс.
Чувствительность: 25°C TC: >85°C 44,43 мкА/° мин., 44,43 мкА/° тип., 44,48 мкА/° макс. 80 ppm/°C
Обратная полярность, В пост. тока -12…-30
Время начального запуска тип., мсек 130
Тип выводов Разъем M12, штекер 5 выводов
Рабочая температура, °C Датчик и магнит -40…85
Температура хранения, °C -40…150
Воздушный промежуток тип., мм 3,0±2,0
Степень защиты IP67, IP69K
Удары 50g полусинусоидальная волна с продолжительностью 11 мсек
Вибрации 20g в диапазоне 10…2000 Гц
Материал корпуса Алюминий с порошковым покрытием
Аттестация CE
Монтаж: винтами; рекомендованный момент M5 или UNC 10-24 5…7 Н•м
Материал Только магнит Неодимовый сплав (NdFeB)
Коэрцитивная сила, Гс 3700

 

Таблица 6. Информация для заказа полноповоротных датчиков угловых перемещений  

Номер по каталогу Изображение Описание
SPS-R360D-NBMS0101   SPS-R360D-NBMS0101 SMART Position Sensor, полноповоротная конфигурация, диапазон 360°, выход 4…20 мА (без магнитного воротника)
SPS-MAG-0021   SPS-MAG-0021 Магнитный воротник для диаметра вала 25,4 мм (приобретается отдельно)
SPS-AUX-AS100-11 SPS-AUX-AS100-11 Сборочный инструмент, из 1 части, 25,4 мм, алюминий (приобретается отдельно)
SPS-AUX-AS100-21 SPS-AUX-AS100-21c Сборочный инструмент, из 2 частей, 25,4 мм, алюминий (приобретается отдельно)

Датчики SMART Position Sensor, Rotary Configuration предназначены для работы на валу диаметром 25,4 мм. Монтажные инструменты (приобретаются отдельно) обеспечивают повторяемую установку датчика.

Полноповоротные датчики дугообразных перемещений находят применение на транспорте — для определения угла поворота руля, углов шарнирных соединений, определения степени выдвижения крановой стрелы; в промышленности — в солнечных панелях, в ветровых турбинах.

 

Потенциальные области применения датчиков SmartPosition

Датчики положения находят применение во многих отраслях промышленности, хозяйства, в военной отрасли. Ниже приведены примеры возможных применений.

 

В промышленности

  • Контроль за положением вентилей и заслонок (например, в автоматах для бутилирования жидкостей, кулинарных, химических процессах, оборудовании для регулирования напора воды, и т.п.).
  • грузоподъемный механизм между ленточными конвейерами.
  • позиционирование инжекторов при литье платсмасс.
  • управление местоположением резака в целлюлозно-бумажной промышленности.
  • определение правильного положения заготовок перед обработкой.
  • наблюдение за положением и движением инструмента в станках с ЧПУ.

 

На транспорте

  • управление положением уровня подножки для пассажиров.
  • контроль положения стрелы подъемного крана.
  • идентификация подключения оборудования
  • бесконтактное определение положения поршня в немагнитных гидравлических цилиндрах.
  • подстройка положения внутренних/внешних моторов на морском транспорте для повышения долговечности и производительности.

 

В медицине

  • определение положения поршня инжекционного насоса.

 

В авиации и космонавтике

  • управление положением исполнительных механизмов различного применения в двигателях и системах жизнеобеспечения самолета.

 

Заключение

Ряд особенностей и преимуществ датчиков перемещения SmartPosition компании Honeywell делают в настоящий момент эти изделия поистине уникальными на рынке электронных компонентов. Среди них:

  • Надежность и долговечность: бесконтактная конструкция уменьшает износ, повышает надежность и долговечность и минимизирует время простоя оборудования;
  • Простота установки: установка производится за четыре простейших шага (1- позиционирование устройства; 2- сверление крепежных отверстий; 3- монтаж датчика; 4- определение местонахождения магнита/подключение трех выводов датчика) против 14 шагов, которые необходимы для установки некоторых конкурирующих продуктов. Такая простота установки уменьшает общую стоимость ввода изделий в эксплуатацию;
  • Стойкость: поскольку датчики не имеют движущихся частей, то компания Honeywell может позволить себе использовать для корпусов датчиков уникальные материалы, которые делают датчики более стойкими к вибрации, ударам и экстремальным температурам;
  • Гибкость: воздушный промежуток величиной до 3,0±2,5мм между датчиком и магнитом расширяет возможности применения; чему еще более способствует доступность различных вариантов представления выходного сигнала, начиная от стандартного аналогового выхода, и заканчивая вариациями интерфейса RS-232 с различными скоростями обмена;
  • Рентабельность: адаптируемая бесконтактная конструкция позволяет клиентам устранять ненужные действия при установке, таким образом уменьшая количество установочных шагов, время установки и количество установочных компонентов;
  • Точность: 75мм конфигурация с высокой точностью измеряет значения вплоть до 0,05мм, в то время как 225мм конфигурация точно измеряет значения вплоть до 0,14мм (при аналоговом выходе) и до 0,0035мм (при цифровом выходе);
  • Адаптивность: встроенные электронные схемы обеспечивают гибкость при выборе корпуса и компонентную совместимость с существующими системами;
  • Уменьшенный вес: более чем на 50% по сравнению с датчиками, выполненными по технологии LVDT (Linear Variable Differential Transformer);
  • Упрощенное проектирование: простой для конфигурирования массив датчиков можно приспособить к обслуживанию практически любого типа линейного или кругового движения, что значительно упрощает разработку конечных изделий;
  • Функция самодиагностики может уменьшить время простоя оборудования, обеспечивая своевременное информирование о начинающихся неполадках в системе;
  • Комбинация специализированных микросхем (ASIC) и массива магниторезистивных датчиков обеспечивает высокую производительность и точность измерений;
  • Защита по уровню IP67 и IP69K позволяет использовать датчики в самых жестких условиях эксплуатации;
  • Совместимые с RoHS материалы удовлетворяют требованиям Директивы 2002/95/EC.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: sensors.vesti@compel.ru

 

 

Наши информационные каналы

О компании Honeywell

Honeywell International, Inc. — крупная американская корпорация, производящая электронные системы управления и автоматизации. Корпорация Honeywell International — мировой лидер в области технологий и промышленного производства, входящий в список 100 ведущих компаний, составляемый журналом Fortune. Она известна во всем мире своими разработками в области аэрокосмического оборудования, технологий для эксплуатации зданий и промышленных сооружений, автомобильного оборудования, турбокомпрессоров и ...читать далее