如何为工业自动化应用选择高度准确和可靠的传感器

模拟和数字传感器具有长期的稳定性，精度和可靠性

运动控制和工业自动化系统为设计工程师带来了众多挑战。例如，他们必须与工厂设置中发现的过多污垢和灰尘作斗争。此外，传送带和取放系统可能会出现高振动或冲击力峰值，从而威胁到电路传感器的稳定性。所选的磁传感系统必须具有出色的耐用性，以确保应用范围内的长期准确性和可靠性。

在项目规划期间，设计工程师应对工业应用的环境，机械，电气和磁参数进行彻底的审查。工程师应分析工业应用的全磁路-包括传感器和磁致动器。考虑到所有关键因素，工程师可能会建议使用功能强大的定制传感器，以满足工业自动化系统的独特要求。

本文将讨论如何为工业自动化应用选择高度准确和可靠的传感器。在定义和描述了几种模拟和数字传感器的优点之后，它将提供利用这些器件的工业应用的示例。

模拟旋转和线性霍尔效应传感器提供稳定性和精度

模拟传感器允许最终用户获得有关工业自动化系统中磁体位置的即时反馈。过去，模拟霍尔效应传感器测量磁体的磁通密度，并且受应用温度值的影响很大。模拟霍尔效应技术的最新进展使霍尔效应芯片能够测量通量场的角度，而不是传统的幅度，从而使其对温度变化的敏感性大大降低。现在，霍尔效应传感器可在很大的温度范围内提供非常稳定的模拟输出。

以下霍尔效应传感器非常适合定制模拟传感应用：

旋转霍尔效应传感器不使用任何运动部件，这种基于半导体的传感器将霍尔效应传感元件与电路相结合，以提供与旋转磁场变化相对应的模拟输出信号。旋转霍尔效应传感器提供两个输出选项：模拟或脉冲宽度调制（PWM）。该器件是可编程的，因此工程师可以将特定的输出电压或PWM与精确的旋转度相关联。

多个编程点最多可旋转360度。每个编程点代表与给定磁场角度相对应的电压或PWM输出值。这就产生了相对于旋转度的高精度、高分辨率的比率测量输出信号。

优点：

• 不会像机械旋转或电阻膜旋转装置那样经历电阻值变化或机械磨损
• 在高达+105°C的正常工作温度下提供卓越的稳定性
• 提供0.5-4.5 VDC输出或PWM占空比10-90％的0-360度旋转精度

应用：

更换电阻膜和电位器机械装置，它们可能会出现磨损和氧化问题，从而导致控制单元的信号丢失。

运动控制应用包括测量流体中挡板阀的角度和精确控制流速

检测控制电路中的拨盘位置

线性霍尔效应传感器

线性霍尔效应传感器测量磁场的线性运动，而不是旋转。该传感器可针对设定的输出电压进行编程，该输出电压对于给定的行进距离是成比例的。（其输出选项与旋转式霍尔效应传感器相同。）该传感器使用单个霍尔效应芯片可测量磁致动器的线性运动和相对磁通角，最大行程为30 mm。这导致相对于传感器精确运动的比例输出信号。

优点：

传感器和执行器可以放置在应用程序的最终安装区域中（包括其附近环境的所有磁性影响）；

这种安装位置允许工程师优化应用程序的输出信号，因为任何分流，磁场的机械公差或叠加公差将包含在编程输出信号中，以便与磁铁旋转时的磁通量方向相对应。

应用：

用作液位传感器，用于监测液位；传感器检测移动浮子的位置，浮子上装有磁铁

为自动取放系统提供非常精确的位置公差

簧片和霍尔效应提供高可靠性的数字传感

工业自动化用户如果想验证某个对象（如电梯门）是否处于正确位置，则更喜欢数字输出。以下数字传感器在定制磁感应应用中提供卓越的可靠性：

簧片开关

簧片开关的触点采用贵金属触点材料密封在玻璃管内。该电气开关不需要任何电源即可操作。

优点：

不受湿气和其它环境危害的影响，可实现数百万次循环的可靠运行

应用：

微处理器控制的逻辑级电气负载

数字开/关应用，例如工业/运动控制市场中的门关闭或位置检测系统（因为它们可以切换交流或直流负载）；使用簧片开关进行门关闭检测的货运或乘客电梯门示例，请参见图2

数字霍尔效应传感器

这些传感器将霍尔效应传感元件与电路相结合，以提供与磁场变化相对应的数字开/关输出信号，而无需使用任何移动部件。霍尔效应器件的有源电路始终会吸收少量电流。

优点：

提供高可靠性

可编程为在给定的磁场公差下激活，以满足精确的感测要求

应用：

仅限于低直流电压和电流值的工业和运动控制应用

广泛用于高速感测应用，如输送机上的转速感测；用于检测旋转16极环形磁铁的霍尔效应转速传感器示例，参见图4

结论

工业自动化和运动控制环境中存在着大量的环境危害。设计一个集成了强大磁传感器的磁路是提供精确、可靠的工业自动化解决方案的关键。对于某些工业应用，可能需要一个定制的磁传感器来实现长期的可靠性。簧片开关和霍尔效应传感器非常适合需要特殊可靠性的数字应用，如电梯门关闭检测系统。旋转和线性霍尔效应传感器增强了自定义模拟应用（如流体流动和自动取放系统）的稳定性和精度。

编辑：hfy