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磁致伸缩传感器在有挑战性的制造环境中的优势

  传感器用于指导许多制造环境中的生产。这些传感器确保遵守设计参数,从而确保最终产品的质量。工业传感器通常测量温度、压力、力或位置。所需的测量类型决定了所使用的传感器类型。

磁致伸缩位移传感器用于轮胎制造
磁致伸缩位移传感器用于轮胎制造

  在某些制造环境中,需要在极端条件下进行动态测量。例如,轮胎制造过程会产生腐蚀性气体,这可能会阻止某些传感器以最佳状态运行。

  磁致伸缩线性位置传感器可测量沿运动轴的距离,在工厂自动化中起着至关重要的作用。它们易于安装,并提供准确的位置反馈,有助于实现先进工业机械的自动化。这些传感器是线性电位计的高性价比替代品。

  在本文中,我们将讨论磁致伸缩技术的基础知识、磁致伸缩线性位置传感器的优点,并探讨它们的一些实际应用。

  磁致伸缩描述了铁磁材料在放置在磁场中时变形的倾向。在这些材料中,分子偶极子和磁场边界(布洛赫壁)旋转以与外加磁场对齐。这会导致材料内部变形。因此,在磁致伸缩材料中,电磁能被转化为机械能。

  各向同性的铁磁材料,如铁、铜、镍、金或铝,在磁致伸缩方面最有效,因为它们允许它们的分子偶极子轻松旋转。

  1842年,詹姆斯·普雷斯科特·焦耳(James Prescott Joule)首次观察到磁致伸缩。1865年,恩里科·维拉里(Enrico Villari)首次观察到相反的效应,即施加的机械应力产生磁场。1858年,古斯塔夫·维德曼(Gustav Wiedemann)观察到铁磁棒的扭转振荡,该铁磁棒受到纵向和圆形磁场(后者由电流引起)的共同作用。因此,焦耳效应、维拉里效应和维德曼效应是磁致伸缩的显着效应。

  磁致伸缩线性位置(位移)传感器测量位置磁铁和传感模块之间的距离。零件不会磨损,因为位置磁铁在任何时候都不会接触传感杆。

  感应杆沿运动轴定向,位置磁铁连接到被测机器部件上。电子模块记录位置磁铁的位置。

  磁致伸缩位置传感器由五个核心部件组成:

  位置磁铁:位置磁铁将磁场施加到波导上。

  铁磁波导:波导构成了设备的核心。之所以这样称呼,是因为它在测量过程中携带超声波。该波(应变波)是由位置磁铁处的磁场与电子模块在波导中感应的磁场(称为询问脉冲)相互作用产生的。

  测量电子元件模块:如前所述,电子模块在波导中启动询问脉冲。发生这种情况时,计时器将启动。一旦电子模块接收到返回脉冲,该定时器就会停止。由于位置磁铁的时间延迟与其距离成正比,因此可以计算出距离。

  应变脉冲转换器:应变器接收来自位置磁体位置的应变波。应变波(返回脉冲)沿着波导以大约10倍的声速(约3000 m/s)向电子模块传播。

  阻尼区:由于另一个应变波也沿与返回脉冲相反的方向在波导中传播,因此通过阻尼消除该应变波以防止干扰。

  传感器测量位移(或距离)有两种方法:通过两点之间的距离或通过组件的角位移(旋转)。因此,线性位置传感器测量两点之间的直线位移,而旋转位置传感器测量给定组件的旋转次数 – 例如,机器人的轮子旋转的次数告诉传感器它已经走了多远。

  电位计通常用作位置传感器,因为它们价格低廉。电位器是在电阻元件上具有三个接触点的电阻器,沿着该电阻元件移动的滑动或旋转触点(游标),以及将游标从元件的一端移动到另一端的机构。外壳单元封装了电阻元件和游标。因此,整个单元形成了一个可调节的分压器。

  电位计有各种形状和尺寸。需要记住的重要一点是,污染物可能进入电位计游标路径的任何点,从而影响可靠性。与磁致伸缩线性位置传感器相比,在磁致伸缩位置传感器中,位置磁铁不会接触传感杆,零件也不会磨损。

  磁致伸缩传感器的另一个优点是,即使磁铁和传感棒之间有屏障,它也可以检测位置磁铁的位置。例如,该屏障可以是气缸壁,也可以是传动箱。屏障可以是任何非磁性材料,包括塑料、陶瓷、铝和不锈钢。

  此外,通过集成多个位置传感器,磁致伸缩位置传感器可以仅使用一根传感杆影响多个位置测量。例如,在塑料吹塑机中,只需一根传感杆即可测量注射器运动、合模和顶出器。一些传感器包含多达 15 个位置的磁铁。

  简而言之,磁致伸缩位移传感器是:

  紧凑的

  强大的

  精密

  适用于广泛的应用

  极端操作环境的理想选择

  线性位置传感器和变送器用于各种应用,包括测试实验室、工业机械、汽车工业和医学。具体应用包括:

  汽车:悬架、变速器、转向系统

  半导体:精密制造

  电动执行器:线性和旋转位置测量

  水力学:过程控制和泄漏检测系统

  测试:材料、汽车、航空航天或地震测试

  特别是轮胎制造是一个复杂的过程,会产生热量和腐蚀性气体,从而影响传感器的最佳性能。为了避免代价高昂的产品故障,轮胎制造商需要优化产量、精度、可靠性和质量。磁致伸缩位移传感器是此类精密敏感应用的理想工具。

磁致伸缩传感器吹塑机应用
磁致伸缩传感器吹塑机应用

  在其他地方,在塑料制造中,塑料吹塑机使用四个轴(托架位置、注射器螺钉位置、模具顶出和模具闭合)或更多的线性定位来控制生产。同样,磁致伸缩位移传感器是此类精密敏感应用的理想工具。