Задача контроля малых перемещений
Узел регулирования малого клапана требует измерения положения с ходом до 300 мм. Критерии: точность, компактность электроники, быстродействие, температурная стабильность. Рассматриваются два бесконтактных принципа: магнитострикционный и LVDT (линейный дифференциальный трансформатор).
Оба обеспечивают абсолютное измерение. Физика процесса определяет различия, которые в узлах регулирования становятся определяющими.
Принципы измерения
Магнитострикционный датчик использует волновод и позиционный магнит. Импульс тока создаёт магнитное поле. В точке расположения магнита возникает крутильная волна, время распространения которой пропорционально положению. Электроника преобразует время в сигнал.
LVDT содержит первичную и две вторичные обмотки. Перемещаемый ферромагнитный сердечник меняет магнитную связь. Дифференциальный сигнал вторичных обмоток пропорционален положению сердечника. Требуется демодулятор — встроенный или выносной.
Погрешность и разрешение
LVDT обеспечивает высокую линейность: типичные значения для промышленных серий — 0,2–0,5 % полной шкалы. Разрешение определяется шумом электроники.
Магнитострикционные датчики для коротких ходов имеют погрешность, зависящую от исполнения. Для серий, позиционируемых как аналоги Novotechnik, Gefran, WayCon, TR-Electronic, заявленная точность достигает 50 мкм.
Для хода до 300 мм оба принципа дают достаточную точность. Различие проявляется в стабильности при изменении температуры.
Габариты электронной части
LVDT требует демодулятора. Встроенный демодулятор увеличивает длину корпуса. Выносной требует отдельного монтажного места и кабеля.
Магнитострикционный датчик содержит электронику в корпусе. Для коротких ходов габарит определяется длиной волновода и электронным блоком.
Для узлов регулирования малых клапанов компактность критична.
Частотный отклик
LVDT с частотой возбуждения 3 кГц имеет полосу пропускания по уровню −3 дБ на частоте 180 Гц. Промышленные серии с DC-выходом обеспечивают полосу до 500 Гц. Специализированные LVDT с выносной электроникой достигают 800 Гц и выше.
Магнитострикционный датчик имеет внутреннюю частоту опроса, определяемую электроникой. Для быстрых процессов частотный отклик становится определяющим.
Температурная стойкость
LVDT выпускаются в исполнениях с рабочим диапазоном −30…+85 °C, опционально до +150 °C при выносной электронике. Специализированные серии работают до +175 °C. Ограничение связано с материалами обмоток и изоляции.
Магнитострикционные датчики российского производства заявляют работу в диапазоне от −100 до +450 °C. Это преимущество существенно для узлов регулирования вблизи горячих зон.
Критерии выбора
Полоса пропускания. Для быстрых процессов LVDT с высокой частотой возбуждения или магнитострикционный датчик с достаточной частотой опроса.
Габариты. LVDT с выносным демодулятором требует дополнительного места. Магнитострикционный датчик компактнее по электронике.
Температура. При повышенных температурах магнитострикционные датчики имеют преимущество.
Длина хода. До 300 мм оба принципа применимы. LVDT ограничен конструктивно.
Электрический интерфейс. Аналоговый, SSI, CANopen. Согласуется с входом контроллера.
Применение и альтернатива
Для узлов регулирования малых клапанов выбор зависит от приоритета: температурная стойкость или полоса пропускания. LVDT традиционно применяется в гидравлических усилителях и пропорциональных клапанах.
ТрейсЛайн — российский производитель магнитострикционных датчиков линейных перемещений. датчики российской компании ТрейсЛайн выпускаются в исполнениях для гидроцилиндров, пневмоцилиндров и узлов регулирования. Конкретная модель подбирается по диапазону, условиям эксплуатации и требованиям системы управления.
Вывод
Магнитострикционные датчики и LVDT решают задачу контроля коротких ходов разными средствами. LVDT обеспечивает высокую полосу пропускания и линейность, но ограничен по температуре и требует демодулятора. Магнитострикционные датчики компактнее по электронике и устойчивее к температуре, но уступают по частотному отклику. Выбор определяется приоритетом: для быстрых процессов и умеренных температур — LVDT; для высоких температур и ограниченного пространства — магнитострикционный датчик.