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Sep 29, 2023

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01/07/2022 Micro-Epsilon UK Ltd Sensori sia a correnti parassite che induttivi

2022/07/01 マイクロイプシロン UK Ltd

渦電流センサー、誘導スイッチ、変位センサーには、過酷な環境で物体の位置と変位を測定する際にそれぞれの利点があります。 しかし、渦電流センサーの設計、統合、パッケージング、および全体的なコスト削減における最近の進歩により、特に高直線性、高速測定、高分解能が重要な要件である場合、これらのセンサーはより魅力的な選択肢になったと事業開発マネージャーのグレン・ウェッジブロウ氏は述べています。マイクロイプシロンUKにて。

誘導スイッチや変位センサーと比較した渦電流センサーの固有の利点を理解するには、まず両方のタイプの動作原理を理解することが重要です。

古典的な誘導変位センサーは、強磁性コアの周りに巻かれたコイルで構成されています。 発振器ベースのドライバー回路からの交流によって励起されると、コイルはコアの周りに集中する磁場を生成します。 磁束線はターゲット導体が近づくにつれて相互作用し、初期励起電流とは逆の渦電流を生成し、発振器の両端の電圧を下げる効果があります。 エアギャップ距離の変化による電圧の変動は検出され、4 ～ 20mA ループなどのアナログ出力信号に変換され、上流で処理されて変位が決定されます。

誘導変位センサーでは、コイルが強磁性コアの周りに巻き付けられており、コイルに交流電流が流れると磁場が発生します。 ファラデーの磁気誘導の法則に従って、磁束線は導電性の物体が近づくと相互作用し、逆向きの渦電流を生成します。 渦電流は励起電流を押し返して発振器の電圧降下を引き起こし、この電圧降下を使用して変位を決定します。

近接センサーは、近接スイッチとも呼ばれ、誘導効果の背後にある原理を簡略化して応用したもので、物体 (導電性ターゲット) が存在するかどうかのみを検出します。 コンパレータ (シュミット トリガ) が電圧降下を検出し、アンプに信号を送ります。 これにより、出力がバイナリ形式で切り替わります。 出力は、ユーザーが選択した構成に応じて、ノーマルオープン (NO) またはノーマルクローズ (NC) にすることができます。

誘導変位センサーの強磁性コアのため、出力は非線形であるため、センサー電子機器内で線形化するか、プラントまたは機械制御システムで多項式を使用して数学的に線形化する必要があります。

非線形性に加えて、強磁性コアを使用するもう 1 つの欠点は、コア自体が磁場を吸収することによる「鉄損」です。 これらの損失は周波数とともに増加し、誘導変位センサーは 1 秒あたり約 50 回の測定で最大になります。

誘導型変位センサの 3 番目の問題は、フェライト コア材料の熱膨張係数が高いため、幅広い温度変化に対する耐性が低いことです。 この幅広い変動により温度補償が非常に困難になり、通常、誘導変位センサの大きな熱ドリフトが発生します。

渦電流センサーにより精度が向上

これらの制限を克服するために、フェライト コアではなく空芯コイルを使用する、「渦電流センサー」と呼ばれる特定の種類の誘導変位センサーが開発されました。

渦電流センサーは、誘導変位センサーや近接センサーと同じ磁気誘導の法則を採用しています。 ただし、空芯コイルと高度なエレクトロニクス、製造および校正技術を使用することで、より高性能のカテゴリーに分類されます。

渦電流センサーの動作原理はファラデーの法則に沿っていますが、測定されるのは発振器の電圧変化ではなく、コイルのインピーダンスに対する渦電流の影響です。 コントローラーは、センサーコイルの振幅と位相位置の変化を見てインピーダンスを計算します。

渦電流センサーによる高性能センシング

上記のすべてのセンサーは、過酷な非接触環境で金属、強磁性体および非強磁性体などのターゲットを検出できますが、渦電流センサーのアーキテクチャ、高度なエレクトロニクス、製造および校正技術により、パフォーマンスの点でははるかに高いカテゴリーです。

これらの性能特性は、固有の特性と製品の設計、製造、および校正に起因する特性の 2 つのカテゴリに分類できます。 最も興味深い 3 つの固有の機能は次のとおりです。

eddyNCDT3001 や NCDT3005 などのデバイスの電子機器は 5 kHz の測定周波数を提供しますが、フェライト コアではなく空芯コイルを使用するため、最大 1MHz の交流を使用できます。 これは、通常 50 Hz で最高に達する誘導変位対応製品の 10 倍です (1 秒あたり 50 回の測定に相当します)。 ハイエンドの Micro-Epsilon 渦電流センサーは 100 kHz に達します。

直線性と温度​​の点では、空芯コイルは磁束損失に対処したり、フェライト コアの熱膨張を補償したりする必要がないため、直線性が 10 倍向上します。 この直線性は、Micro-Epsilon の製造および校正プロセスの結果でもあります。このプロセスでは、コイルをオーブンに入れ、-20°C の間でサイクルさせます。 +60℃。 材料の変化はセンサーの校正セットアップに保存され、温度変動を補正するために使用されます。センサーの温度サイクルとその応答を保存して現場での温度補正を可能にすることは、製造および生産時の重要なステップです。 これらにより、Micro-Epsilon センサーは、フルスケールの動作にわたって、幅広い温度範囲にわたって高い安定性が得られます。

一部の誘導変位センサーにはセンサーに補償が組み込まれていますが、通常はフルスケール出力 (FSO) のプラスまたはマイナス 3 ～ 5 パーセントに制限されます。 渦電流センサーは、測定チャンネル全体 (± 0.025% FSO) の補償を提供します。 また、渦電流センサーは最高の精度を得るために工場でターゲット材料に合わせて校正されているため、これらのデバイスの価値が高くなることにも注意することが重要です。

渦電流センサーはパッケージングとハウジングの制限を排除します

近接センサーと誘導変位センサーはどちらも固体金属 (食品適合性、高抵抗グレード) に収容できます。 渦電流センサーの動作原理により、非金属キャップを使用する必要があります。 それにもかかわらず、Micro-Epsilon 渦電流センサーは依然として IP67 の認定を受けています。 さらに、渦電流センサーのパッケージングは​​急速に進歩しており、電子機器がデバイスに統合されています。

最も重要なのは、eddyNCDT 3001 製品ラインは、統合コントローラと信号調整ユニットの両方を備えた M12 ハウジングに入った新しいクラスの渦電流センサを意味します。 これにより、標準的な機械形式や要件にさらに適合しやすくなり、誘導変位センサーのより魅力的な代替オプションになります。 Micro-Epsilon の新しい eddyNCDT3005 は、独立したコンパクトな電子機器を備えており、多くの異なるセンサー測定範囲をコンパクトな「ケーブル内」M12 電子機器でパッケージ化できるようになります。 その他の特性には、最大 300 bar の周囲圧力に耐える能力が含まれます。 また、電圧出力は誘導型変位センサと同じで、0.5 ～ 9.5 V を完全にカバーしており、1:1 ベースで完全に同等です。

用途と使い方

渦電流センサーの高いカットオフ周波数により、工作機械やクランクシャフトなどの高速プロセスでも距離値の計測検出が可能になります。 IP67 保護により、汚れや湿気が測定結果に影響を与えない過酷な産業環境でも使用できます。 典型的な例は、内燃機関の潤滑ギャップの監視です。

高精度、堅牢性、直線性、および温度耐性により、eddyNCDT センサーは内燃機関の潤滑ギャップなどのパラメーターを追跡できます。

特定の対象物の校正、取り付けオプション、個別のケーブル長、測定範囲の変更、2,000 bar までの圧力耐性など、特定のニーズに合わせたカスタム センサー設計が可能です。

eddyNCDT センサーを使用する場合は、センサーをできるだけ 90°C に近づけて配置するように注意する必要があります。 最高の分解能と測定精度を達成するために、ターゲット表面を基準にして測定します。 センサーをターゲットに正確に直角に取り付けることが困難または不可能な場合があります。

場合によっては、渦電流センサーの最高のパフォーマンスを実現するために直角に配置することが難しい場合があります。 このような場合は、メーカーのチャートを参照して、それに応じて補正する方法を検討してください。

このような場合、測定値は直角で取得した値からわずかにずれることになるため、センサーのサプライヤーのグラフを使用して、傾いたセンサーの影響を考慮に入れてください。 たとえば、4 mm センサーとアルミニウム ターゲットの場合、±4 度の傾きは許容され、ほとんどのアプリケーションでは無視されます。 空芯を使用しているため、センサヘッドから対象物までの距離は4mm以下になるように配置してください。

コンパクトな M12 渦電流センサーは、静圧ベアリングなどの油膜厚さの監視によく使用されます。 センサーは、油膜を「通して」金属ターゲットからの距離を測定し、オイルギャップを決定します。

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詳細については、以下にお問い合わせください。Chris JonesMicro-Epsilon UK Ltd1, Shorelines BuildingShore RoadBirkenheadCheshire CH41 1AUT電話: +44 (0)151 355 6070電子メール: [email protected]ウェブ: https://www.micro-epsilon.co.uk

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