Sensores de efeito Hall suportam aplicações industriais em tempo real

Texas Instruments revelou o primeiro de uma nova família de 3D Sensores de posição de efeito Hall voltados para o controle em tempo real em aplicações de automação de fábrica e acionamento por motor.
A Texas Instruments lançou o TMAG5170, o primeiro dispositivo em uma nova família de sensores de posição de efeito Hall 3D para controle em tempo real em automação de fábrica e aplicações de acionamento por motor. O sensor é promovido como fornecendo funções e diagnósticos integrados para maximizar a flexibilidade do projeto e a segurança do sistema enquanto economiza energia.

Sensores magnéticos, incluindo sensores de efeito Hall e outras tecnologias, têm vantagens e desvantagens de design. Uma restrição é a compensação entre a obtenção de uma precisão extremamente alta e o rendimento do dispositivo 3D. Sensores estáveis, por exemplo, não vagam em resposta a mudanças de temperatura, condições ambientais ou mesmo campos magnéticos. Geralmente, é simples aprimorar uma das duas maneiras, mas não as duas.

A TI disse que seu sensor de posição de efeito Hall 3D TMAG5170 visa aprimorar essa relação, oferecendo alta precisão junto com maior rendimento. “Esse rendimento mais alto tem efeitos de transferência, como operação de energia muito mais baixa quando a velocidade total do dispositivo não é necessária”, disse Steven Loveless, gerente de marketing e aplicativos da TI para produtos de detecção de posição.

Robôs de armazém automatizados. (Fonte:TI)

Sensores de posição A detecção de posição é virtualmente universal em sistemas automatizados de alto desempenho que regulam o movimento, e a tecnologia de detecção de posição afeta diretamente o custo e o desempenho do sistema. A precisão, velocidade, potência e adaptabilidade do sensor estão entre os fatores considerados ao selecionar o sistema de detecção de posição ideal. As medições de posição absoluta usando sensores de posição multi-eixo linear de efeito Hall devem ser exatas, rápidas e confiáveis. O resultado é um controle preciso em tempo real.

Uma consideração importante ao implantar um sensor de efeito Hall 3D é que qualquer ímã em movimento no espaço livre ao redor do sensor deve ser facilmente reconhecido e monitorado. O campo magnético em torno do pólo de um ímã é tipicamente simétrico, o que significa que a condição de entrada idêntica pode ser produzida em vários locais. A fim de identificar adequadamente a localização absoluta, esse recurso requer um projeto cuidadoso, garantindo que qualquer mudança na densidade do fluxo magnético possa ser utilizada para diferenciar o movimento do ímã.

Controle em tempo real
Em fábricas inteligentes, os sistemas altamente automatizados devem funcionar dentro de um fluxo de manufatura integrado ao mesmo tempo em que reúnem dados para regular as operações. Ao fornecer controle em tempo real para maior eficiência e redução do tempo de inatividade, o equipamento automatizado requer tecnologia de detecção de posição 3D.

“Os sistemas que utilizam feedback de posição ou movimento na automação geralmente são muito dinâmicos por natureza e devem responder de forma rápida e eficiente às variações de carga, velocidade e outros fatores”, disse Loveless. O novo sensor TI é projetado para medir essas condições dinâmicas com mais precisão, “e ajudar os sistemas a responder mais rapidamente a essas mudanças em tempo real”, acrescentou.

A TI disse que seu TMAG5170 fornece erro total em escala total de 2,6 por cento em temperatura ambiente, com desvio total de erro de apenas 3 por cento, eliminando a necessidade de calibração de fim de linha e compensação de erro fora do chip, ao mesmo tempo que simplifica o projeto e a fabricação do sistema. O sensor suporta medições de até 20 kSPS para rendimento de baixa latência de movimento mecânico de alta velocidade.

Ele também elimina a necessidade de computação fora do chip e permite orientações variáveis ​​do sensor e do ímã, incluindo recursos como mecanismo de cálculo de ângulo, média de medição e correção de ganho e deslocamento. Independentemente do posicionamento do sensor, TI disse que essas características simplificam o design e aumentam a adaptabilidade do sistema, permitindo loops de controle mais rápidos, menor latência do sistema e desenvolvimento de software mais fácil. Os recursos de cálculo integrados do sensor também reduzem a carga de processamento do sistema em até 25 por cento, permitindo que os engenheiros reduzam os custos usando microcontroladores de uso geral como os MCUs MSP430TM de baixa potência da TI.

No diagrama abaixo, a posição angular exata do eixo do motor é monitorada pelo sensor de posição linear 3D de efeito Hall, influenciando diretamente a largura de banda e a latência do sistema ao avaliar os elementos de feedback. A velocidade geral do loop de feedback pode ser aumentada usando um sensor capaz de leituras de alta largura de banda, resultando em melhor desempenho do sistema.

Um exemplo de um aplicativo TMAG5170. (Fonte:TI)

O consumo de energia é uma consideração importante ao selecionar um sensor de posição, incluindo sua bateria ou sistema de gerenciamento de energia. Sensores com modos de operação de baixo consumo de energia, como modos de despertar, hibernação e hibernação profunda, são comumente usados ​​em sistemas alimentados por bateria ou plataformas que usam uma fonte de baixo consumo de energia para otimizar o consumo de energia em relação ao rendimento. Os vários modos de trabalho e taxas de amostragem do TMAG5170, afirma a TI, aumentam a eficiência energética em até 70 por cento, permitindo o uso ideal de energia em uma faixa de amostragem de 1 a 20 kHz para dispositivos alimentados por bateria ou modos de uso de luz quando a eficiência do sistema é uma consideração chave.

Os projetos magnéticos e mecânicos também podem se beneficiar do uso de sensores lineares 3D de efeito Hall com níveis variáveis ​​de sensibilidade magnética e opções de correção de temperatura. Segurança e diagnósticos aprimorados estão se tornando cada vez mais importantes na prevenção do tempo de inatividade do equipamento e na melhoria da qualidade de fabricação à medida que sistemas automatizados operam cada vez mais ao lado de humanos. Conseqüentemente, precisão, velocidade, potência e adaptabilidade dos sensores de posição e dados que eles geram são as principais considerações de projeto.

>> Este artigo foi publicado originalmente em nosso site irmão, EE Times.

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