Sensores de deslocamento de correntes parasitas para a indústria

Os sensores de deslocamento de correntes parasitas pertencem ao grupo de sensores de deslocamento indutivo e são bem adaptados para aplicações industriais. Ao contrário dos sensores indutivos convencionais, o princípio de medição para sensores de correntes parasitas permite medições em materiais não ferromagnéticos (por exemplo, alumínio), bem como materiais ferromagnéticos (por exemplo, aço). Eles são projetados para medições sem contato e sem desgaste de deslocamento, distância, posição, oscilação, vibração e espessura. Portanto, eles são ideais para monitorar máquinas e sistemas - eles podem fazer medições em ambientes industriais agressivos, mesmo onde ocorrem flutuações de pressão, sujeira ou temperatura.

Normalmente, os sensores de deslocamento de correntes parasitas são usados ​​onde é necessária uma alta precisão de medição e outros sensores não conseguem lidar com as condições ambientais predominantes. Sensores ópticos, por exemplo, são influenciados por sujeira ou poeira no espaço de medição e por altas temperaturas. Os sensores de deslocamento indutivos convencionais usam núcleos de ferrite, que apresentam um erro de linearidade comparativamente alto e uma resposta de frequência mais baixa. Além disso, sua precisão de medição diminui com a temperatura ambiente flutuante.

Apenas alvos metálicos condutores, sejam ferromagnéticos ou não ferromagnéticos, podem ser medidos usando sensores de deslocamento de correntes parasitas. Materiais não condutores são invisíveis para o sistema de medição de correntes parasitas e, portanto, não afetam os resultados da medição. Por esse motivo, esses sensores podem medir materiais como plásticos e óleo em objetos metálicos. Isso permite aplicações como medições de folga de óleo e medições de distância em relação aos rolos que guiam os filmes plásticos.

Limitações dos sensores de deslocamento indutivos convencionais

O sensor de deslocamento indutivo clássico usa uma bobina enrolada em torno de um núcleo ferromagnético. Por causa desse núcleo, a saída é não linear, portanto, deve ser linearizada na eletrônica do sensor ou o usuário deve considerar essa não linearidade em seu sistema de controle da planta.

Além da não linearidade, outras limitações incluem perdas de ferro causadas pelo fato de o próprio núcleo absorver o campo magnético. Essas perdas aumentam com a frequência, na medida em que um sensor de deslocamento indutivo atinge os limites de seu desempenho em torno de 100 medições por segundo.

Outro problema com os sensores de deslocamento indutivos é sua sensibilidade a variações extremas de temperatura devido ao alto coeficiente térmico de expansão do núcleo de ferrite. Isso torna a compensação de temperatura desafiadora, normalmente resultando em alta deriva térmica.

Corrente de Foucault vs Sensores de Deslocamento Capacitivo

Os sensores capacitivos e de corrente parasita detectam a distância de um objeto de medição eletricamente condutivo com base nas mudanças no campo elétrico. Os sensores de corrente parasita medem a distância através da mudança na impedância da bobina do sensor. Com a detecção capacitiva, o sensor e o objeto de medição formam as placas de um capacitor.

Ambos os tipos podem medir na faixa submicrométrica. No entanto, eles diferem consideravelmente em relação ao ambiente operacional. Os sensores de corrente parasita são ideais para ambientes industriais agressivos que incluem sujeira, poeira e umidade. Os sensores capacitivos, por outro lado, exigem os tipos de ambientes limpos que podem ser encontrados na produção de eletrônicos, laboratórios e salas limpas.

Sensores de deslocamento de corrente parasita

Embora os sensores de correntes parasitas empreguem as mesmas leis de indução magnética que os sensores indutivos de deslocamento e proximidade, sua construção de bobina com núcleo de ar permite maior precisão, velocidade de medição e estabilidade - não linearidade e desvio de temperatura não são problemas.

Suas vantagens incluem:

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  Medições rápidas até 100 kHz.
  
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  Alta resolução até 0,5 μm ou melhor.
  
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  Alta linearidade.
  
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  Estabilidade de alta temperatura em temperaturas ambientes flutuantes, que pode até ser melhorada com compensação de temperatura ativa incorporada.
  
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  Medição usando materiais alvo ferromagnéticos ou não ferromagnéticos.
  
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  Eles não são afetados por alta pressão, alta temperatura, sujeira, vapor ou óleo.
  

Princípio de operação do sensor de corrente parasita

Uma corrente alternada na bobina sensora produz um campo magnético variável. Este campo induz uma corrente no alvo - a corrente parasita. A corrente parasita alternada produz seu próprio campo magnético, que se opõe ao campo da bobina sensora, alterando assim a impedância da bobina sensora. A quantidade de mudança de impedância depende da distância entre o alvo e a bobina de detecção na sonda. O fluxo de corrente na bobina de detecção, que é dependente da impedância, é processado para produzir a tensão de saída, que é uma indicação da posição do alvo em relação à sonda.

Compensação de temperatura

Como vários projetos diferentes de sensores de correntes parasitas estão disponíveis na Micro-Epsilon, os engenheiros podem selecionar o sensor ideal para sua aplicação específica. Por exemplo, a compensação de temperatura ativa é necessária se forem necessárias medições altamente precisas. Com temperaturas variáveis ​​existem dois fatores que podem influenciar no sinal de medição:mudanças mecânicas, onde as dimensões geométricas do sensor e do alvo mudam na forma de extensão ou contração do sensor e do alvo. E os efeitos elétricos têm um impacto ainda maior do que os mecânicos por causa da mudança das características eletromagnéticas.

Por exemplo, a série eddyNCDT 3001 foi especialmente projetada para aplicações onde os sensores de deslocamento indutivos convencionais atingiram frequentemente seus limites de desempenho. Possuem dimensões compactas e estão disponíveis em carcaças M12 e M18, abrangendo faixas de medição de 2mm a 8mm. Eles são protegidos com IP67 e, portanto, são aplicáveis ​​em automação, construção de máquinas e design. Além disso, possuem compensação de temperatura até 70 °C. Eles têm alta precisão e linearidade de medição, bem como uma taxa de resposta de frequência de 5 kHz e são calibrados de fábrica para objetos ferromagnéticos e não ferromagnéticos, como alumínio e aço.

Rolamentos hidrostáticos

Uma aplicação para sensores de deslocamento de correntes parasitas é em grandes máquinas, como moinhos de pedra ou instalações telescópicas, que geralmente trabalham com mancais hidrostáticos. Esses sistemas de rolamentos são continuamente abastecidos com lubrificante líquido por meio de uma alimentação de pressão externa. O lubrificante é pressionado entre as superfícies do mancal, que são, portanto, continuamente separadas umas das outras por uma fina película lubrificante. As superfícies do rolamento não são expostas ao atrito e, portanto, operam sem desgaste. Isso permite o controle de posição submicrômetro. Qualquer distúrbio no sistema hidráulico ou queda de pressão, no entanto, pode ter consequências desastrosas. Isso pode resultar em danos aos rolamentos e, finalmente, em falha do sistema, causando altos custos de manutenção e reparo. A folga de óleo nos mancais hidrostáticos, portanto, requer inspeção confiável contínua. Para esta aplicação, o sensor é montado horizontalmente na sapata do mancal, de forma que não fique diretamente exposto à pressão do óleo. Ele mede através do filme de óleo na superfície oposta do rolamento.

Motores de combustão

A posição exata do pistão, os anéis do pistão e as condições de pressão existentes são informações essenciais para os fabricantes de motores de combustão. Usando ferramentas de simulação, esses dados são usados ​​principalmente para fazer previsões confiáveis ​​sobre desgaste, atrito e consumo de óleo. O sensor de corrente parasita mede o anel do pistão e os chamados movimentos secundários do pistão, com alta precisão. Aqui, as vantagens dos sensores de correntes parasitas – resistência às altas temperaturas em motores de combustão (até 180°C e até mais por um curto período de tempo) – são aparentes. A vibração predominante, pressão, óleo, combustível, gás de combustão e movimento mecânico contínuo, não influenciam a precisão dos resultados. Além disso, os sensores eddyNCDT oferecem velocidades de medição rápidas com pequenas faixas de medição (0 – 0,5 mm) e resolução extremamente alta (menos de 1 μm).

Miniaturização

A Micro-Epsilon desenvolveu um sensor que usa a tecnologia de bobina incorporada (ECT) para miniaturização. Esta técnica de produção permite um alcance quase ilimitado em termos de design externo e forma geométrica dos sensores, enquanto permite que a eletrônica de avaliação seja integrada ao sensor. Ele é construído incorporando uma bobina bidimensional de correntes parasitas em um material inorgânico, o que melhora a estabilidade, robustez e resistência térmica dos sensores. Esses sensores são adequados para aplicações extremamente severas, como vácuos ultra-altos na produção de semicondutores.

Sensores de deslocamento de correntes parasitas — trabalhadores industriais pequenos, mas poderosos

Esses pequenos sensores são ideais para ambientes industriais, onde os ambientes são mais severos e desafiadores, mas exigem medições extremamente precisas. Eles podem ser usados ​​em tudo, desde a medição de folgas em mancais hidrostáticos em grandes máquinas, a folga entre pistão e cilindro, até medições de distância contra rolos que guiam filmes plásticos.

Este artigo foi escrito por Martin Dumberger, Diretor Administrativo, Micro-Epsilon USA, (Raleigh, NC). Para mais informações, entre em contato com o Sr. Dumberger em Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você precisa habilitar o JavaScript para visualizá-lo. ou visite aqui .