Как датчик линейного перемещения купить и не переплатить?
Когда речь заходит о модернизации производства или запуске новых проектов с автоматизированными системами, возникает масса вопросов. Как выбрать правильное оборудование среди множества моделей и технологий? Как найти баланс между ценой и качеством, чтобы процесс выбора был простым и понятным? В этой статье мы разберем основные типы датчиков линейных перемещений, их преимущества и недостатки, а также расскажем, какой датчик линейного перемещения купить по выгодной цене, чтобы вам было легче принять правильное решение.
Что такое датчик линейного перемещения?
Датчики линейного перемещения (датчики линейного положения) — это устройства, которые измеряют и контролируют абсолютное и относительное положение объектов, а также их скорость и ускорение вдоль прямых траекторий (хотя, например, магнитострикционные датчики с гибким волноводом позволяют проложить их по любой, в том числе – криволинейной траектории, что позволяет измерять абсолютное положение объекта вдоль всего пути). Линейные датчики стали неотъемлемой частью промышленности, находя применение в машиностроении, робототехнике и автоматизированных производственных системах. Кроме того, эти датчики активно используются в системах контроля качества, помогая обеспечивать стабильность и точность выпускаемой продукции.
Для чего нужны датчики линейного перемещения?
Датчик измерений линейных перемещений играет ключевую роль в системах управления и мониторинга. Вот их основные задачи:
Позиционирование объектов: фиксируют точное положение механизмов и объектов управления.
Контроль перемещений: отслеживают линейные перемещения рабочих органов.
Завершение этапов процессов: сигнализируют о завершении этапов в автоматизированных циклах.
Измерение размеров и уровня: помогают определить размеры заготовок и уровень жидкостей и газов.
Мониторинг загрузки оборудования: оценивают состояние рабочих узлов и механизмов.
Где применяются датчики линейного положения (линейного перемещения)?
Линейные датчики широко используются в самых разных отраслях промышленности. С каждым годом их функциональность расширяется, находя применение в новых сценариях автоматизации и контроля. Датчики линейных перемещений, цена которых сильно варьируется в зависимости от типа и характеристик, применяются в следующих областях:
Измерение пройденного пути и точного положения объектов
Определение скорости и ускорения движущихся элементов
Контроль положения механизмов в автоматизированных системах
Прецизионное измерение уровня жидкостей и газов в технологических резервуарах
Измерение разделения жидкостей разной плотности с помощью многопоплавковых систем
Как выбрать подходящий датчик линейного перемещения?
Чтобы линейный датчик положения и перемещения полностью соответствовал вашим задачам, обратите внимание на следующие параметры:
Диапазон измерений: определите необходимую длину измерений.
Разрешение, точность и повторяемость: чем выше, тем лучше для сложных задач.
Условия эксплуатации: влажность, температура, пыль или взрывоопасные среды могут повлиять на выбор.
Форма и способ монтажа: выбирайте датчик, который легко интегрируется в вашу систему.
Совместимость с ПЛК: важно знать, как подключить датчик линейного перемещения к ПЛК для корректной работы системы.
Основные типы датчиков линейного положения и принципы их работы
Как и любое оборудование, датчики линейного положения были разработаны для решения задач точного позиционирования механизмов. Давайте подробнее рассмотрим основные типы датчиков линейного перемещения и их особенности.
Датчики линейных перемещений принцип работы которых основан на эффекте магнитострикции, используют микроизменения размеров проводника-волновода под действием магнитного поля. Это создаёт ультразвуковые колебания волновода, которые фиксируются сенсором-приёмником. Магнитострикционные датчики линейных перемещений считаются одними из самых точных на рынке.
Принцип работы магнитострикционного датчика линейного положения
Магнитострикционный эффект
Позиционный магнит, перемещаемый вдоль волновода, размещённого в стержне (или профиле) датчика, создавая магнитное поле над участком волновода в координате своего положения.
Для определения положения позиционного магнита, электроника датчика посылает импульс тока по волноводу.
Импульс генерирует радиальное магнитное поле вдоль всего волновода.
Взаимодействие магнитных полей волновода и подвижного позиционного магнита порождает импульс деформации кручения (скручивание волновода) в точке взаимодействия полей (в координате позиционного магнита), в результате чего по волноводу проходит импульс в виде ультразвуковой волны.
Когда волна достигает чувствительного элемента (ультразвукового детектора) на конце волновода, то она преобразуется в электрический сигнал и электроника датчика рассчитывает координату, засекая время от подачи импульса тока до возврата ультразвукового импульса в детектор.
Преимущества технологии
Бесконтактность: Позиционный магнит не связан механически с волноводом, что исключает износ. Отклонение магнита от оси датчика может достигать до 10 мм.
Абсолютное измерение: Датчик всегда «знает» абсолютное положение магнита (нет необходимости в инициализации нулевой координаты после выключения -> включения питания.
Высокое разрешение: Сенсорный элемент внутри датчика улавливает ультразвуковую волну с высокой точностью, обеспечивая превосходную линейность и повторяемость.
Устойчивость к ударам и вибрациям: Датчик восприимчив только к ультразвуковым волнам с определённой длиной, что исключает влияние посторонних механических колебаний.
Точность: Скорость распространения ультразвуковой волны в волноводе является постоянной, что обеспечивает точные и надёжные измерения.
Недостатки технологии
Высокие температуры: При температурах выше 85°C заявленные характеристики датчиков начинают изменяться из-за линейного расширения материалов. Длительное воздействие высоких температур может привести к размагничиванию позиционных магнитов.
Влияние внешних магнитных полей: Сильные магнитные поля, создаваемые, например, мощными индуктивными нагрузками рядом с волноводом, могут вызывать ложные торсионные импульсы и снижать точность измерений.
Применение:
Промышленная автоматизация: Используются в гидравлических цилиндрах для контроля положения поршня, в системах управления газовыми и жидкостными клапанами, линейными актуаторами. Датчик линейного перемещения для гидроцилиндра — одно из самых популярных применений.
Автомобильная промышленность: Применяются для управления подвеской, трансмиссией и рулевым управлением, улучшая комфорт и управляемость.
Медицинское оборудование: Обеспечивают точное измерение положения в диагностических и хирургических устройствах.
Тяжелая техника: Контролируют положение исполнительных механизмов и рабочих органов в экскаваторах, кранах, грейдерах и другой технике, повышая точность и безопасность эксплуатации.
Научные исследования: Измеряют линейные перемещения в испытательных установках для различных материалов и оборудования.
Измерение уровня: Точно фиксируют уровень жидкостей и газов в резервуарах для прецизионного дозирования и управления запасами.
Тросиковый датчик линейного перемещения — это экономичное решение для измерения больших расстояний. Как работает? Измерение основано на пересчете угла поворота тросового барабана в длину вытравленного троса. Угловой абсолютный энкодер, присоединённый к валу барабана, фиксирует количество оборотов, что позволяет определить линейное перемещение. Такая конструкция позволяет тросу работать в сложных условиях (жидкие среды, высокое давление, электромагнитные помехи, сильное загрязнение), при этом сам энкодер остается в защищенной зоне.
Если вам нужно подобрать и купить тросиковый датчик линейного перемещения, обратите внимание на технические характеристики и условия эксплуатации.
Преимущества тросиковых датчиков
Компактность при большом диапазоне измерений: Эти датчики могут измерять перемещения от 50 мм до 50 метров, оставаясь при этом компактными, что делает их удобными для установки в ограниченных пространствах.
Простота конструкции и надёжность: Состоят из троса, барабана, пружинного механизма и сенсора (потенциометра или энкодера), рассчитанных на длительный срок службы.
Разнообразие выходных сигналов: Поддерживают аналоговые (0–10В, датчик линейного перемещения 4-20мА), цифровые интерфейсы, что позволяет интегрировать их в различные системы управления.
Устойчивость к внешним условиям: Многие модели имеют степень защиты от IP54 до IP68, что позволяет использовать их в суровых промышленных условиях.
Недостатки тросиковых датчиков
Механический износ: Из-за наличия движущихся частей (троса, пружины, потенциометра) со временем возможен износ, особенно при интенсивной эксплуатации (см. пример в статье, посвящённой замене тросового датчика на магнитострикционный)
Ограничения по скорости движения: Механизм может ограничивать скорость перемещения объекта, что делает тросовые датчики менее подходящими для высокоскоростных приложений.
Чувствительность к внешним воздействиям: Трос может провисать или отклоняться под действием силы тяжести, внешних механических воздействий или ветра, что снижает точность измерений.
Температурные влияния: Изменения температуры могут влиять на длину троса и характеристики потенциометра, что может привести к погрешностям в измерениях.
Датчик линейных перемещений потенциометрический в промышленном исполнении как правило представляет из себя корпус с выдвижным штоком и возвратной пружиной. Внутри датчика, шток имеет механическую связь, с резистивным слоем нанесённым на текстолитовую подложку, через чувствительный ползунок. Датчик линейного перемещения схема работы основана на принципе линейного делителя напряжения.
Принцип действия потенциометрического датчика линейного перемещения
Формирование выходного сигнала происходит по принципу линейного делителя напряжения, в котором выходное напряжение меняется по линейному закону прямо пропорционально перемещению ползунка по резистивному слою.
Высокая точность и повторяемость: Линейные потенциометры обеспечивают точные и стабильные измерения, что делает их подходящими для приложений, требующих высокой точности.
Простота конструкции и использования: Эти датчики имеют простую конструкцию и легко интегрируются в различные системы.
Низкая стоимость: По сравнению с другими типами датчиков положения, линейные потенциометры часто являются более экономичным решением.
Широкий диапазон измерений: Они могут измерять перемещения от нескольких миллиметров до нескольких метров (датчик линейного перемещения 50мм крепление ушко-ушко и другие варианты), что делает их универсальными для различных приложений.
Устойчивость к электромагнитным помехам: Линейные потенциометры обладают высокой устойчивостью к электромагнитным и электростатическим воздействиям, что обеспечивает надежную работу в сложных условиях.
Недостатки
Механический износ: Из-за наличия движущихся контактов со временем может происходить износ, особенно при интенсивной эксплуатации.
Чувствительность к загрязнениям: Открытая конструкция может позволять попадание пыли и грязи, что влияет на точность и срок службы датчика.
Ограничения по скорости движения: Механическая конструкция может ограничивать скорость перемещения объекта, что делает их менее подходящими для высокоскоростных приложений.
Температурные влияния: Изменения температуры могут влиять на характеристики потенциометра, что может привести к погрешностям в измерениях.
Для тех, кто хочет изготовить датчик линейного перемещения своими руками – потенциометрическая технология является наиболее доступной для самостоятельной реализации, но мы предлагаем сэкономить время, нервы и как результат – деньги и купить потенциометрический линейный датчик у нас.
4. Индуктивные датчики линейного перемещения
Индуктивные датчики линейного перемещения
Индуктивные датчики линейного перемещения подразделяются на два типа: LVDT (Linear Variable Differential Transformer)и sin/cos индуктивные датчики линейного перемещения (технология Novopad) — это близкие по принципу действия устройства, однако есть различия в конструкции и способах обработки сигналов:
Общие характеристики:
Оба типа датчиков используют электромагнитную индукцию.
В основе — наличие первичных и вторичных обмоток, сигнал которых изменяется при перемещении маркера (якоря).
Однако, данные датчики имеют принципиальные различия в конструкции и обработке сигнала. Далее мы более подробно разберем каждый тип датчика.
Индуктивные датчики линейных перемещений, включая трансформаторы с линейным перемещением (LVDT датчики линейного перемещения), широко применяются в промышленности благодаря своей высокой точности, надежности и способности работать в сложных условиях. Индукционный датчик линейного перемещения также относится к этой категории.
LVDT состоит из трёх катушек, намотанных на цилиндрический каркас:
Подвижный ферромагнитный сердечник, перемещающийся внутри катушек
Одна первичная обмотка (P)
Две вторичные обмотки (S1 и S2), расположенные по обе стороны от первичной и соединённые в противофазе
Когда к первичной обмотке подаётся переменное напряжение, создаётся переменное магнитное поле, которое индуцирует напряжения во вторичных обмотках. Положение сердечника влияет на распределение магнитного потока и, соответственно, на величину индуцированных напряжений в S1 и S2.
В зависимости от положения сердечника возможны три случая:
Сердечник в центральном (нулевом) положении: напряжения в S1 и S2 равны по величине, но противоположны по фазе, поэтому их разность (выходное напряжение) равна нулю.
Сердечник смещён в сторону S1: напряжение в S1 превышает напряжение в S2, выходное напряжение положительное и в фазе с возбуждающим напряжением.
Сердечник смещён в сторону S2: напряжение в S2 превышает напряжение в S1, выходное напряжение отрицательное и в противофазе с возбуждающим напряжением.
Таким образом, амплитуда выходного напряжения пропорциональна величине перемещения сердечника, а фаза — направлению этого перемещения. Это позволяет точно определять как величину, так и направление линейного смещения.
Преимуществатехнологии
Бесконтактная работа: В LVDT отсутствует физический контакт между движущимися частями, что обеспечивает практически бесконечный срок службы и минимальный износ.
Высокая точность и разрешение: LVDT обеспечивают высокую точность измерений и практически бесконечное разрешение благодаря своей конструкции.
Широкий температурный диапазон: Некоторые модели LVDT могут работать при температурах от -200°C до 650°C, что делает их подходящими для экстремальных условий.
Устойчивость к вибрациям и ударам: LVDT способны функционировать в условиях высокой вибрации и ударных нагрузок, что делает их надежными в тяжелых промышленных условиях.
Отличная повторяемость и низкий гистерезис: Благодаря своей конструкции, LVDT обеспечивают высокую повторяемость измерений и низкий гистерезис.
Недостатки технологии
Чувствительность к внешним магнитным полям: LVDT могут быть подвержены влиянию внешних магнитных полей, что требует дополнительной защиты или экранирования.
Необходимость в дополнительной электронике: Для работы LVDT требуется источник переменного тока и схемы обработки сигнала, что может усложнить их интеграцию в систему.
Габариты и стоимость: Некоторые модели LVDT могут быть крупными и дорогими, особенно те, которые предназначены для высокотемпературных или высокоточных приложений.
4.2. Индуктивные датчики линейного перемещения (с синусной и косинусной обмоткой)
В основе принципа действия индуктивного линейного энкодера лежат два независимых возбуждающих контура (синусоидальный и косинусоидальный), создающих поле одинаковой частоты и амплитуды, но со сдвигом по фазе.
Положение маркера определяется по изменению фазового сдвига сигналов.
Схема программируемого бесконтактного линейного датчика положения и магнитного маркера
Для создания устройства была спроектирована печатная плата, на которой проводящие дорожки расположены в виде синусоидальных и косинусоидальных паттернов, взаимно сдвинутых по фазе. Переменный ток с фазовым сдвигом 90° поступает на эти дорожки от генератора, что позволяет имитировать работу катушки. В результате взаимодействия дорожек формируются два магнитных поля, направленных перпендикулярно плоскости платы. При прохождении над ними магнитный маркер изменяет эти поля, взаимодействуя с их синусоидальными и косинусоидальными компонентами. Маркер выполняет роль резонансного контура, который возвращает суммарный сигнал на принимающую катушку, размещённую на плате.
Синусоидальные и косинусоидальные волновые узоры комбинируются для создания различных пропорциональных выходных сигналов по мере линейного перемещения маркера над печатной платой датчика
Здесь x — положение магнитного маркера, t — время, w — частота прикладываемого сигнала, а H — интенсивность магнитного поля. Формула демонстрирует, что фазовый сдвиг (wt+x) в конкретной точке измерения напрямую зависит от линейного положения маркера x. Определяя разницу фаз между исходным и принимаемым сигналами, система генерирует постоянное напряжение, пропорциональное изменению положения маркера.
Таким образом, хотя оба типа используют явление электромагнитной индукции, они отличаются конкретной схемой реализации и методикой измерения положения. LVDT — более классическое и широко используемое решение с простым сигналом, а индуктивные датчики с фазовым методом — более специфический и технологичный подход.
Емкостные датчики линейных перемещений работают на принципе изменения емкости конденсатора при перемещении объекта между его обкладками. Эта технология обеспечивает высокую точность и стабильность измерений.
Принцип работы емкостного датчика линейного положения
Датчик состоит из двух или более электродов, между которыми создается электрическое поле. При перемещении объекта изменяется расстояние между обкладками или диэлектрическая проницаемость среды, что приводит к изменению емкости, которое преобразуется в выходной сигнал.
Преимущества:
Высокая точность: Обеспечивают субмикронное разрешение
Отсутствие механического контакта: Исключают износ и трение
Устойчивость к температурным колебаниям: Стабильные характеристики в широком диапазоне температур
Невосприимчивость к магнитным полям: Работают независимо от магнитных помех
Недостатки:
Чувствительность к влажности: Требуют защиты от конденсата
Ограниченный диапазон измерений: Обычно используются для малых перемещений
6. Магнитные измерители пути и линейного перемещения
Магнитные датчики линейного перемещения
Магнитные датчики линейных перемещений используют ленту для датчика линейных перемещений с нанесенным магнитным кодом. Линейный магниторезистивный датчик перемещения Baumer LTA — один из примеров качественного оборудования этого типа.
Принцип работы:
Принцип работы магнитного линейного датчика
Магнитная головка перемещается вдоль кодирующей ленты, преобразуя магнитные данные в информацию о пройденном пути.
7. Оптические измерители пути и линейного перемещения
Оптический датчик линейного перемещения
Оптический датчик линейного перемещения использует световые сигналы для точного определения положения. Датчик линейных перемещений Heidenhain и оптический датчик линейного перемещения Heidenhain являются эталонами точности в этой категории. Класс точности до ±2 мкм/м, что в процентах составляет примерно 0,0002%.
Принцип работы:
Оптическая головка считывает информацию с кодирующей ленты, преобразуя оптические сигналы в данные о перемещении.
Датчик представляет собой цилиндрический корпус, в котором расположены чувствительный элемент и электронная схема.
Принцип действия оптического датчика линейного перемещения
В качестве чувствительного элемента применяется фотодиод, реагирующий на наличие светового сигнала. Световой сигнал формируется излучателем (светодиодом), который может располагаться в корпусе с приемником или отдельно.
Во время работы чувствительный элемент реагирует на наличие или отсутствие светового луча, выдаваемого излучателем. Для сигнализации о приближении объекта используется дискретный сигнал. Подключение осуществляется с помощью кабельного вывода или разъема.
При оценке экономической эффективности следует учитывать не только первоначальную стоимость датчика, но и общую стоимость владения (TCO). Подробно технико-экономическое обоснование раскрыли в статье
Стоимость простоев — потери от выхода датчика из строя
Стоимость утилизации — расходы на правильную утилизацию в конце срока службы
Рекомендации по оптимизации затрат:
Выбирайте датчики с оптимальным соотношением цена/качество для конкретного применения
Учитывайте возможность групповых закупок для снижения стоимости
Планируйте регулярное обслуживание для продления срока службы
Рассматривайте возможность лизинга для дорогостоящего оборудования
Характеристика
Магнитострикционный
Потенциометрический
Оптический/емкостной
LVDT
Резонансный индуктивный
Тросиковый
Магнитный
Отсутствует механический износ
Работает в загрязненных условиях без уплотнений
Устойчив к смещению
Работает при больших зазорах
Короткие неактивные зоны
Многопозиционные измерения
Заключение
Правильный выбор датчика линейного перемещения — ключевой фактор успеха любого проекта автоматизации. Современный рынок предлагает широкий спектр решений от простых потенциометрических датчиков до высокоточных лазерных систем.
При выборе обязательно учитывайте:
Специфику вашего применения
Условия эксплуатации
Требования к точности и надежности
Возможности интеграции с существующими системами
Общую стоимость владения
Не экономьте на качестве в ответственных применениях — надежный датчик окупится за счет стабильной работы и минимальных затрат на обслуживание.
Почему стоит обратиться за консультацией в компанию МультиСистемная Интеграция?
Выбор датчика линейного перемещения — задача, требующая учёта множества факторов. Если вы хотите быть уверены в правильности выбора, свяжитесь с нашими экспертами. Мы поможем подобрать оптимальное решение для вашего проекта и обеспечим техническую поддержку.
Наши специалисты имеют многолетний опыт работы с датчиками различных типов и помогут вам:
Определить оптимальный тип датчика для ваших задач
Подобрать конфигурацию под необходимые технические характеристики
Организовать поставку и техническую поддержку
Наш конструкторский отдел может разработать конфигурацию под вашу задачу
Провести сервисное обслуживание, калибровку и поверку (первичную или периодическую)
Обращайтесь за консультацией в МультиСистемную Интеграцию — это гарантия правильного выбора и успешной реализации вашего проекта!
Lorem ipsum dolor sit amet consectetur adipisicing elit. Itaque perspiciatis vel consequatur nam sint inventore dolores harum iure velit earum delectus rerum beatae deserunt, recusandae et perferendis cumque molestias similique!
