如何為您的工業自動化應用找到理想的傳感器

模擬和數字傳感器具有長期的穩定性，精度和可靠性

運動控制和工業自動化系統為設計工程師帶來了眾多挑戰。例如，他們必須與工廠設置中發現的過多污垢和灰塵作斗爭。 此外，傳送帶和取放系統可能會出現高振動或沖擊力峰值，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期準確性和可靠性。

在項目規劃期間，設計工程師應對工業應用的環境，機械，電氣和磁參數進行徹底的審查。 工程師應分析工業應用的全磁路-包括傳感器和磁致動器。 考慮到所有關鍵因素，工程師可能會建議使用功能強大的定制傳感器，以滿足工業自動化系統的獨特要求。

本文將討論如何為工業自動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點之后，它將提供利用這些器件的工業應用的示例。

模擬旋轉和線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獲得有關工業自動化系統中磁體位置的即時反饋。 過去，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。 模擬霍爾效應技術的最新進展使霍爾效應芯片能夠測量通量場的角度，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聯。

多個編程點最多可旋轉360度。每個編程點代表與給定磁場角度相對應的電壓或PWM輸出值。這就產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。

優點：

● 不會像機械旋轉或電阻膜旋轉裝置那樣經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，它們可能會出現磨損和氧化問題，從而導致控制單元的信號丟失。

● 運動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位置

線性霍爾效應傳感器

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

優點：

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

●這種安裝位置允許工程師優化應用程序的輸出信號，因為任何分流，磁場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

●傳感器檢測移動浮子的位置，浮子上裝有磁鐵

●為自動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

工業自動化用戶如果想驗證某個對象（如電梯門）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：

簧片開關

簧片開關的觸點采用貴金屬觸點材料密封在玻璃管內。 該電氣開關不需要任何電源即可操作。

優點：

● 不受濕氣和其它環境危害的影響，可實現數百萬次循環的可靠運行

應用：

● 微處理器控制的邏輯級電氣負載

● 數字開/關應用，例如工業/運動控制市場中的門關閉或位置檢測系統（因為它們可以切換交流或直流負載）； 使用簧片開關進行門關閉檢測的貨運或乘客電梯門示例，請參見圖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，以提供與磁場變化相對應的數字開/關輸出信號，而無需使用任何移動部件。 霍爾效應器件的有源電路始終會吸收少量電流。

優點：

● 提供高可靠性

● 可編程為在給定的磁場公差下激活，以滿足精確的感測要求

應用：

● 僅限于低直流電壓和電流值的工業和運動控制應用

● 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極環形磁鐵的霍爾效應轉速傳感器示例，參見圖4

結論

工業自動化和運動控制環境中存在著大量的環境危害。設計一個集成了強大磁傳感器的磁路是提供精確、可靠的工業自動化解決方案的關鍵。對于某些工業應用，可能需要一個定制的磁傳感器來實現長期的可靠性。簧片開關和霍爾效應傳感器非常適合需要特殊可靠性的數字應用，如電梯門關閉檢測系統。旋轉和線性霍爾效應傳感器增強了自定義模擬應用（如流體流動和自動取放系統）的穩定性和精度。

作者：Ryan Sheahen，Littelfuse電子事業部磁傳感器產品全球產品經理