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Sep 29, 2023

Processo e controle hoje

01/07/2022 Micro-Epsilon UK Ltd Ambos os sensores de correntes parasitas, bem como indutivos

01/07/2022 Micro-Epsilon UK Ltd

Ambos os sensores de corrente parasita, bem como chaves indutivas e sensores de deslocamento, cada um tem suas respectivas vantagens ao medir a posição e o deslocamento de objetos em ambientes agressivos. No entanto, avanços recentes no design, integração, embalagem e redução geral de custos do sensor de corrente parasita tornaram esses sensores uma opção muito mais atraente, especialmente onde alta linearidade, medições de alta velocidade e alta resolução são requisitos críticos, diz Glenn Wedgbrow, gerente de desenvolvimento de negócios na Micro-Epsilon Reino Unido.

Para apreciar as vantagens inerentes dos sensores de correntes parasitas em relação aos interruptores indutivos e sensores de deslocamento, é importante primeiro entender o princípio operacional de ambos os tipos.

O sensor de deslocamento indutivo clássico compreende uma bobina que é enrolada em torno de um núcleo ferromagnético. Quando excitada por uma corrente alternada de um circuito de driver baseado em oscilador, a bobina gera um campo magnético que se concentra em torno do núcleo. As linhas de fluxo interagem com o condutor-alvo à medida que ele se aproxima, criando correntes parasitas que são o reverso da corrente de excitação inicial e têm o efeito de reduzir a tensão no oscilador. Essas variações de tensão devido à mudança na distância do entreferro são detectadas e convertidas em um sinal de saída analógico, como um loop de 4-20 mA, e então processadas a montante para determinar o deslocamento.

Em um sensor de deslocamento indutivo, uma bobina é enrolada em torno de um núcleo ferromagnético e, quando uma corrente alternada passa pela bobina, ela gera um campo magnético. As linhas de fluxo magnético interagem com um objeto condutor conforme ele se aproxima e gera correntes parasitas opostas, de acordo com as Leis de Faraday da indução magnética. As correntes parasitas empurram a corrente de excitação para causar uma queda na tensão no oscilador e é essa queda na tensão que é usada para determinar o deslocamento.

Um sensor de proximidade, também chamado de chave de proximidade, é uma aplicação simplificada dos princípios por trás do efeito de indução, detectando apenas se um objeto (o alvo condutor) está ou não presente. Um comparador (gatilho Schmitt) detecta a queda de tensão e envia um sinal para um amplificador. Isso, por sua vez, comuta a saída de maneira binária. A saída pode ser normalmente aberta (NA) ou normalmente fechada (NF), dependendo da configuração escolhida pelo usuário.

Devido ao núcleo ferromagnético em um sensor de deslocamento indutivo, a saída não é linear e, portanto, precisa ser linearizada na eletrônica do sensor ou matematicamente usando polinômios na planta ou no sistema de controle da máquina.

Juntamente com a não linearidade, outra desvantagem de usar um núcleo ferromagnético são as "perdas de ferro" devido ao próprio núcleo absorver o campo magnético. Essas perdas aumentam com a frequência, na medida em que um sensor de deslocamento indutivo atinge o máximo em cerca de 50 medições por segundo.

Um terceiro problema com sensores de deslocamento indutivo é a baixa tolerância a grandes variações de temperatura devido ao alto coeficiente térmico de expansão do material do núcleo de ferrite. Essa ampla variação dificulta muito a compensação de temperatura, geralmente resultando em um grande desvio térmico dos sensores de deslocamento indutivo.

Sensores de correntes parasitas oferecem maior precisão

Para superar essas limitações, foi desenvolvida uma certa classe de sensores de deslocamento indutivo chamados "sensores de corrente parasita" que, em vez de um núcleo de ferrite, usam uma bobina de núcleo de ar.

Os sensores de correntes parasitas empregam as mesmas leis de indução magnética que os sensores de deslocamento e proximidade indutivos. No entanto, o uso de uma bobina de núcleo de ar, juntamente com técnicas avançadas de eletrônica, fabricação e calibração, os coloca em uma categoria de desempenho muito superior.

Embora os princípios operacionais do sensor de correntes parasitas estejam de acordo com as Leis de Faraday, é o efeito das correntes parasitas na impedância da bobina que é medido, e não a mudança de tensão do oscilador. O controlador calcula a impedância observando a mudança na amplitude e na posição de fase da bobina do sensor.