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Sensores de deslocamento
Potenciómetros lineares, transdutores de deslocamento magnético e sondas ópticas
Guia sensores de deslocamento
Índice
Princípio de medição dos sensores lineares
O objetivo dos sensores de deslocamento é converter o movimento linear em sinais eléctricos. Para tal, é utilizada uma haste de pressão ou um atuador guiado ou solto para se mover mecanicamente de forma linear ao longo do percurso de deslocação.
No transdutor, o deslocamento mecânico é detectado eletricamente por um elemento sensor (caminho de medição elétrico) e convertido em sinais eléctricos. A aquisição do sinal elétrico depende do princípio de medição ou da tecnologia do sensor. Os sinais adquiridos são transmitidos como sinais analógicos diretamente para um transdutor para processamento posterior ou através de condicionamento de sinal interno (amplificador de medição / transdutor).
Estes sinais representam o caminho medido. Os sistemas de medição de deslocamento são utilizados em todas as áreas da indústria e da tecnologia médica. Sempre que movimentos mecânicos lineares têm de ser convertidos em sinais eléctricos para processamento posterior de tarefas de controlo, medição de distâncias e deteção de posições.
Tecnologias de sensores lineares
Para a medição do deslocamento linear, os sensores lineares estão disponíveis em cinco princípios de medição diferentes:
- Potenciómetro linear com elemento de resistência potenciométrica
- Tecnologiamagnetostrictiva
- Tecnologiaindutiva (LVDT)
- Tecnologiade efeito Hall
- Sondas ópticas com tecnologia de sensores optoelectrónicos
Potenciométrico
Um potenciómetro linear é um componente passivo cujo valor de resistência pode ser continuamente ajustado. O limpador é movido sobre a pista de resistência, que produz o valor da resistência em função da sua posição. O potenciómetro linear tem três ligações: duas para a resistência e uma para o pick-up.
Exemplo de aplicação: máquinas de moldagem por injeção, pneumática, prensas simples
- Princípio de sensor simples, na maioria das vezes sem eletrónica
- O valor medido está imediatamente disponível
- Resolução quase infinita
- Preço razoável e muitos modelos diferenciados
- Funciona com baixas tensões (quase nenhum consumo de energia)
- Mas funciona com desgaste
- As caraterísticas sensoriais alteram-se no decurso do funcionamento
- Insensível a campos de interferência magnética
Magnetostrictivo
O sensor é composto por uma caixa robusta, uma guia de ondas no interior, um íman permanente que desvia os impulsos gerados e um conversor que converte as vibrações de retorno num sinal elétrico. A posição do íman é então determinada pela magnetostricção.
As aplicações incluem: máquinas de moldagem por injeção, cilindros hidráulicos, prensas, medição do nível de tanques, laminadores.
- Sensor selado (elevada proteção IP) com eletrónica
- Princípio de medição sem contacto
- Sem manutenção e sem desgaste
- Precisão duradoura e constante
- Longas distâncias de medição até 4000 mm
- Insensível a choques e vibrações
- Suporta altas pressões - ideal para eixos movidos hidraulicamente
- Insensível a muitos meios químicos
- Mas sensível a campos de interferência magnética
Indutivo (LVDT)
O LVDT é um sensor analógico que utiliza um sistema de bobinas - constituído por uma bobina primária e duas bobinas secundárias. Estas bobinas convertem o movimento linear em sinais eléctricos.
Exemplo de aplicação: sondas, controlo de qualidade, automação de fábricas, produção alimentar
- Sensor selado (elevada proteção IP) com ou sem eletrónica
- Com muito boa linearidade
- Registo de pequenas alterações de medição
- Resolução quase infinita
- Precisão duradoura e constante
- Livre de manutenção e desgaste
- Adequado para altas dinâmicas
- Ponto zero reproduzível
- Saída de sinal absoluto
- Insensível a muitos produtos químicos
- Mas sensível a interferências magnéticas
Efeito Hall
Os sensores Hall utilizam um íman permanente num êmbolo em movimento. Um ou mais CIs Hall estão localizados no percurso de deslocação. Estes medem a intensidade do campo ao longo do percurso e identificam a posição do íman e, consequentemente, a distância do percurso de medição.
Exemplo de aplicação: Deteção de posição em elevadores ou dobradiças onde o espaço é limitado.
- Princípio de medição sem contacto
- Sem manutenção e sem desgaste
- Precisão duradoura e constante
- Medição fiável mesmo com vibrações
- Detecta rupturas de fios e curto-circuitos
- Sensível a interferências magnéticas
Optoelectrónica
Existe uma escala de vidro na extremidade da haste. O emissor e o recetor estão posicionados em frente um do outro. A escala de vidro move-se entre eles. Os impulsos eléctricos são convertidos em impulsos de luz pelo transmissor e em sinais eléctricos pelo recetor. Este é o princípio de um codificador linear de escala de vidro. O amplificador a jusante compara o sinal recebido com uma onda de comutação pré-determinada. Com as nossas sondas ópticas, é possível detetar posições precisas.
Exemplo de aplicação: sondas, controlo de qualidade, medidores com mostrador, engenharia de precisão
- Sensor preciso com eletrónica
- Princípio de medição sem contacto
- Sem manutenção e sem desgaste
- Precisão duradoura e constante
- Resolução muito elevada
- Temperatura estável
- Montagem fácil
- Insensível a campos de interferência magnética
- Mas a escala de vidro é frágil
Comparação de tecnologias
| Método de medição / Requisitos técnicos | Potenciométrico | LVDT | Magnetostrictivo | Efeito Hall | Optoelectrónico | ||
| Alta resolução (100 μm) | + | + | + | + | + | + | + |
| Resolução muito elevada (1 μm) | - | - | + | + | + | + | + |
| Velocidade de funcionamento | 0 | 0 | + | + | + | - | |
| Forma pequena | + | + | 0 | + | 0 | ||
| Classe de proteção elevada (IP65) | 0 | 0 | + | + | + | 0 | |
| Utilização em campo magnético | + | - | 0 | - | + | ||
| Distâncias de medição muito pequenas (±1 mm) | - | + | - | - | 0 | - | |
| Necessidade de processamento digital | - | - | - | - | - | + | |
| Ocorrem forças laterais (transversais) | 0 | 0 | 0 | 0 | - | - | |
| Elevada velocidade de medição/movimentos fortemente oscilantes | 0 | + | + | + | + | + |
Interfaces e sinais eléctricos
Para uma vasta gama de aplicações em diferentes indústrias, oferecemos sensores de deslocamento com as interfaces eléctricas adequadas.
Potenciométricos e indutivos
Os nossos sensores lineares potenciométricos e indutivos também foram concebidos com eletrónica integrada para simplificar a integração eletrónica. Isto permite a ligação direta a sinais analógicos típicos 0...5 V / ±5 V / 0...10 V / ±10 V / 0...20 mA / 4...20 mA sem amplificadores externos.
Efeito Hall
Os nossos sensores Hall sem contacto têm uma saída analógica de 0,5...4,5V. Isto permite a deteção de rutura de fio e curto-circuito.
Magnetostrictivo
Nos sistemas de medição de deslocação magnetostrictivos, o processamento do sinal está sempre integrado. A ligação eléctrica é feita através de conectores de 5, 6 ou 8 pinos com roscas M12 ou M16. Alguns sensores dispõem de um cabo encapsulado com um metro de comprimento (standard) ou até 15 metros a pedido.
Além disso, estes sensores oferecem saídas analógicas em tensão ou corrente para medição direta de deslocamento e velocidade, ou saídas digitais.
Optoelectrónica
As saídas de medição de deslocamentos incrementais contam impulsos em nível TTL, OC ou LD.
Interfaces mecânicas
Haste de pressão guiada com interfaces mecânicas
- Com retorno por mola como sonda
- Com juntas esféricas - ideal para compensação de desalinhamentos laterais
- Com acoplamento roscado (com ou sem mola de retorno)
Haste solta
- Apenas para sensores LVDT - com acoplamento roscado - a aplicação requer uma interface adequadamente adaptada. Extensões de núcleo de 50 mm a 315 mm disponíveis como opção
Carro guiado (atuador/cursor)
- O carro é ligado mecânica ou magneticamente ao sensor de deslocamento, a aplicação requer uma interface correspondente
Carro solto (atuador/cursor)
- O carro é movido a uma distância definida acima da superfície do sensor de deslocamento, a aplicação requer uma interface adaptada de forma correspondente
Existem dois tipos de integração mecânica das varetas no sensor de deslocamento:
- A haste de impulso é guiada em ambos os lados. Isto significa que a haste de impulso "sobressai" horizontalmente em ambas as direcções da caixa do sensor. Isto proporciona uma maior robustez em sensores de deslocamento miniaturizados, uma vez que a haste de impulso é guiada linearmente em segurança em ambos os rolamentos. Também elimina a necessidade de arranjos complexos de rolamentos.
- A biela é guiada de um lado. Isto significa que a biela apenas se projecta no lado da medição. Os rolamentos no interior da caixa conferem estabilidade à biela.
Montagem
Oferecemos uma vasta gama de acessórios de instalação, consoante o produto e a aplicação. Muitos acessórios estão incluídos com o sensor. Consulte também as nossas informações nas fichas técnicas dos produtos.
Regra geral: Cada sensor requer uma superfície de montagem limpa e plana. Para distâncias de medição mais longas, deve ser considerado um suporte adicional para evitar a deflexão. Não submeter a caixa do sensor a esforços mecânicos.
Muitos sensores já são fornecidos com grampos de fixação. Alguns têm blocos de montagem, flanges ou juntas esféricas.
Os nossos sensores de deslocamento são concebidos para pouparem espaço, serem robustos e precisos. Com os nossos sensores lineares pode medir distâncias mecânicas até 4000 mm. Uma vasta gama de interfaces mecânicas e eléctricas permite o melhor design possível e a integração eléctrica na sua aplicação.
Satisfazemos os requisitos mais exigentes em termos de classe de proteção, EMC, choque, pressão hidráulica (até 350 bar), precisão (até 1 µm) e dinâmica de medição (até 10 m/s @ máx. 100 m/s²). Cada princípio de medição tem as suas próprias vantagens, que discutiremos consigo.
Apenas os requisitos da aplicação determinam a escolha dos sensores de deslocamento adequados. Em aplicações exigentes, é frequentemente necessária uma adaptação técnica do produto. A MEGATRON é o seu especialista para este processo de adaptação, mesmo para pequenas quantidades.