如何為您的工業(yè)自動(dòng)化應用找到理想的傳感器

模擬和數字傳感器具有長(cháng)期的穩定性，精度和可靠性

運動(dòng)控制和工業(yè)自動(dòng)化系統為設計工程師帶來(lái)了眾多挑戰。例如，他們必須與工廠(chǎng)設置中發(fā)現的過(guò)多污垢和灰塵作斗爭。 此外，傳送帶和取放系統可能會(huì )出現高振動(dòng)或沖擊力峰值，從而威脅到電路傳感器的穩定性。 所選的磁傳感系統必須具有出色的耐用性，以確保應用范圍內的長(cháng)期準確性和可靠性。

在項目規劃期間，設計工程師應對工業(yè)應用的環(huán)境，機械，電氣和磁參數進(jìn)行徹底的審查。 工程師應分析工業(yè)應用的全磁路-包括傳感器和磁致動(dòng)器。 考慮到所有關(guān)鍵因素，工程師可能會(huì )建議使用功能強大的定制傳感器，以滿(mǎn)足工業(yè)自動(dòng)化系統的獨特要求。

本文將討論如何為工業(yè)自動(dòng)化應用選擇高度準確和可靠的傳感器。在定義和描述了幾種模擬和數字傳感器的優(yōu)點(diǎn)之后，它將提供利用這些器件的工業(yè)應用的示例。

模擬旋轉和線(xiàn)性霍爾效應傳感器提供穩定性和精度

模擬傳感器允許最終用戶(hù)獲得有關(guān)工業(yè)自動(dòng)化系統中磁體位置的即時(shí)反饋。 過(guò)去，模擬霍爾效應傳感器測量磁體的磁通密度，并且受應用溫度值的影響很大。 模擬霍爾效應技術(shù)的最新進(jìn)展使霍爾效應芯片能夠測量通量場(chǎng)的角度，而不是傳統的幅度，從而使其對溫度變化的敏感性大大降低。 現在，霍爾效應傳感器可在很大的溫度范圍內提供非常穩定的模擬輸出。

以下霍爾效應傳感器非常適合定制模擬傳感應用：

旋轉霍爾效應傳感器不使用任何運動(dòng)部件，這種基于半導體的傳感器將霍爾效應傳感元件與電路相結合，以提供與旋轉磁場(chǎng)變化相對應的模擬輸出信號。 旋轉霍爾效應傳感器提供兩個(gè)輸出選項：模擬或脈沖寬度調制（PWM）。 該器件是可編程的，因此工程師可以將特定的輸出電壓或PWM與精確的旋轉度相關(guān)聯(lián)。

多個(gè)編程點(diǎn)最多可旋轉360度。每個(gè)編程點(diǎn)代表與給定磁場(chǎng)角度相對應的電壓或PWM輸出值。這就產(chǎn)生了相對于旋轉度的高精度、高分辨率的比率測量輸出信號。

優(yōu)點(diǎn)：

● 不會(huì )像機械旋轉或電阻膜旋轉裝置那樣經(jīng)歷電阻值變化或機械磨損

● 在高達+105°C的正常工作溫度下提供卓越的穩定性

● 提供0.5-4.5 VDC輸出或PWM占空比10-90％的0-360度旋轉精度

應用：

● 更換電阻膜和電位器機械裝置，它們可能會(huì )出現磨損和氧化問(wèn)題，從而導致控制單元的信號丟失。

● 運動(dòng)控制應用包括測量流體中擋板閥的角度和精確控制流速

● 檢測控制電路中的撥盤(pán)位置

線(xiàn)性霍爾效應傳感器

線(xiàn)性霍爾效應傳感器測量磁場(chǎng)的線(xiàn)性運動(dòng)，而不是旋轉。 該傳感器可針對設定的輸出電壓進(jìn)行編程，該輸出電壓對于給定的行進(jìn)距離是成比例的。 （其輸出選項與旋轉式霍爾效應傳感器相同。）該傳感器使用單個(gè)霍爾效應芯片可測量磁致動(dòng)器的線(xiàn)性運動(dòng)和相對磁通角，最大行程為30 mm。 這導致相對于傳感器精確運動(dòng)的比例輸出信號。

優(yōu)點(diǎn)：

●傳感器和執行器可以放置在應用程序的最終安裝區域中（包括其附近環(huán)境的所有磁性影響）

●這種安裝位置允許工程師優(yōu)化應用程序的輸出信號，因為任何分流，磁場(chǎng)的機械公差或疊加公差將包含在編程輸出信號中，以便與磁鐵旋轉時(shí)的磁通量方向相對應

應用：

●用作液位傳感器，用于監測液位

●傳感器檢測移動(dòng)浮子的位置，浮子上裝有磁鐵

●為自動(dòng)取放系統提供非常精確的位置公差

簧片和霍爾效應提供高可靠性的數字傳感

工業(yè)自動(dòng)化用戶(hù)如果想驗證某個(gè)對象（如電梯門(mén)）是否處于正確位置，則更喜歡數字輸出。以下數字傳感器在定制磁感應應用中提供卓越的可靠性：

簧片開(kāi)關(guān)

簧片開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)采用貴金屬觸點(diǎn)材料密封在玻璃管內。 該電氣開(kāi)關(guān)不需要任何電源即可操作。

優(yōu)點(diǎn)：

● 不受濕氣和其它環(huán)境危害的影響，可實(shí)現數百萬(wàn)次循環(huán)的可靠運行

應用：

● 微處理器控制的邏輯級電氣負載

● 數字開(kāi)/關(guān)應用，例如工業(yè)/運動(dòng)控制市場(chǎng)中的門(mén)關(guān)閉或位置檢測系統（因為它們可以切換交流或直流負載）； 使用簧片開(kāi)關(guān)進(jìn)行門(mén)關(guān)閉檢測的貨運或乘客電梯門(mén)示例，請參見(jiàn)圖2

數字霍爾效應傳感器

這些傳感器將霍爾效應傳感元件與電路相結合，以提供與磁場(chǎng)變化相對應的數字開(kāi)/關(guān)輸出信號，而無(wú)需使用任何移動(dòng)部件。 霍爾效應器件的有源電路始終會(huì )吸收少量電流。

優(yōu)點(diǎn)：

● 提供高可靠性

● 可編程為在給定的磁場(chǎng)公差下激活，以滿(mǎn)足精確的感測要求

應用：

● 僅限于低直流電壓和電流值的工業(yè)和運動(dòng)控制應用

● 廣泛用于高速感測應用，如輸送機上的轉速感測；用于檢測旋轉16極環(huán)形磁鐵的霍爾效應轉速傳感器示例，參見(jiàn)圖4

結論

工業(yè)自動(dòng)化和運動(dòng)控制環(huán)境中存在著(zhù)大量的環(huán)境危害。設計一個(gè)集成了強大磁傳感器的磁路是提供精確、可靠的工業(yè)自動(dòng)化解決方案的關(guān)鍵。對于某些工業(yè)應用，可能需要一個(gè)定制的磁傳感器來(lái)實(shí)現長(cháng)期的可靠性?；善_(kāi)關(guān)和霍爾效應傳感器非常適合需要特殊可靠性的數字應用，如電梯門(mén)關(guān)閉檢測系統。旋轉和線(xiàn)性霍爾效應傳感器增強了自定義模擬應用（如流體流動(dòng)和自動(dòng)取放系統）的穩定性和精度。

作者：Ryan Sheahen，Littelfuse電子事業(yè)部磁傳感器產(chǎn)品全球產(chǎn)品經(jīng)理