Tecnologia dei sensori di posizione per il feedback del cilindro idraulico

Alliance Sensors Group, una divisione di HG Schaevitz LLC, Moorestown, New Jersey

I sensori di feedback di posizione per cilindri idraulici o pneumatici hanno utilizzato una delle tre tecnologie tradizionali: magnetostrittiva, resistenza variabile e induttanza variabile. Con l'aumento della richiesta di maggiore controllo e funzionalità, i cilindri dotati di sensori stanno diventando sempre più importanti nel mondo dell'industria pesante, delle apparecchiature sottomarine e delle apparecchiature mobili. In definitiva, un utente o un integratore di sistema deve determinare i requisiti dell'applicazione e quale tecnologia la soddisfa meglio in base al costo totale di installazione rispetto alle prestazioni. I punti di forza e di debolezza dei sensori magnetostrittivi, a resistenza variabile e a induttanza variabile sono mostrati nella figura. Queste tecnologie di rilevamento comuni utilizzano una lunga sonda che si estende in un foro cieco profondo e di piccolo diametro praticato con un trapano nell'estremità interna dello stelo del cilindro.

I sensori di tipo potenziometro a resistenza variabile, comunemente chiamati potenziometri, vengono selezionati laddove il costo è un fattore determinante e l'elevata precisione non è fondamentale. Un potenziometro resistivo è solitamente incorporato nella piastra terminale posteriore del cilindro, a differenza del montaggio sulla porta dei sensori magnetostrittivi. Utilizza un supporto rotondo isolato fissato all'estremità interna dell'asta del cilindro forata a pistola e supporta un pulitore elettricamente conduttivo che entra in contatto con la superficie di una sonda in plastica parzialmente conduttiva. Man mano che il tergicristallo si muove lungo questo elemento di plastica, la sua resistenza cambia in modo lineare, rendendo abbastanza facile determinare la posizione del supporto e, quindi, la posizione dell'asta. I potenziometri sono stati considerati una buona soluzione per la misurazione della posizione da utilizzare nei cilindri grazie alla loro robustezza, al favorevole rapporto corsa/lunghezza e alla loro grande uscita di tensione CC analogica, che rappresenta una grande percentuale della tensione di ingresso. Lo svantaggio principale dei potenziometri resistivi è l'usura, soprattutto se il cilindro viene azionato ad alta frequenza o, cosa ancora più importante, sottoposto a dithering su un breve raggio per migliorare le caratteristiche dinamiche del sistema. Poiché un contenitore di resistenza è incorporato nel cilindro, la sostituzione di un contenitore usurato può richiedere molto tempo e denaro e potrebbe persino comportare la necessità di un cilindro completamente nuovo.

I sensori di posizione a induttanza variabile sono stati utilizzati nell'industria dei cilindri, ma non hanno avuto il riconoscimento diffuso dei sensori magnetostrittivi o dei potenziometri a resistenza. Questa tecnologia senza contatto presenta molti vantaggi significativi rispetto ai potenziometri a resistenza per quanto riguarda la durata del prodotto e l'affidabilità a lungo termine e solitamente può competere favorevolmente con le prestazioni dei sensori magnetostrittivi in ​​termini di linearità, risoluzione e risposta in frequenza, ma a un costo significativamente inferiore. Altrettanto importante è il fatto che i sensori a induttanza variabile possono resistere a urti e vibrazioni molto maggiori, come quelli comunemente presenti nelle applicazioni industriali pesanti e nelle apparecchiature mobili.

I sensori a induttanza variabile lineare coprono la via di mezzo tra il livello più elevato di prestazioni e flessibilità di montaggio su porta esterna associati a un sensore magnetostrittivo e la robustezza e il prezzo di un potenziometro a resistenza incorporato. Questi sensori funzionano misurando la frequenza di risonanza di un circuito oscillatore che utilizza una sonda induttiva la cui induttanza varia in base alla posizione dell'asta forata su di essa. Tipicamente offerti in gamme di fondo scala da 4" (100 mm) a 36" (900 mm), sono disponibili sia pacchetti montati su porta che integrati, con terminazioni di connettori e cavi che corrispondono a quelli presenti sulla maggior parte dei sensori magnetostrittivi del catalogo. Questi sensori offrono un'uscita analogica in tensione o corrente CC, con un'uscita digitale SSI disponibile per applicazioni OEM. Il sensore a induttanza variabile presenta una soluzione senza contatto che non richiede un anello magnetico. Infatti, se venisse installato un sensore a induttanza variabile in sostituzione di un sensore magnetostrittivo esistente, il magnete potrebbe essere lasciato in posizione nell'estremità dello stelo del cilindro senza interferire con il funzionamento di base del sensore.