Los sensores de efecto Hall admiten aplicaciones industriales en tiempo real

Texas Instruments presentó el primero de una nueva familia de 3D Sensores de posición de efecto Hall destinados al control en tiempo real en aplicaciones de automatización de fábricas y motores.

Texas Instruments ha presentado TMAG5170, el primer dispositivo de una nueva familia de sensores de posición de efecto Hall 3D para control en tiempo real en aplicaciones de automatización de fábricas y motores. Se promueve que el sensor proporciona funciones y diagnósticos integrados para maximizar la flexibilidad del diseño y la seguridad del sistema mientras se ahorra energía.

Los sensores magnéticos, incluidos los sensores de efecto Hall y otras tecnologías, tienen ventajas e inconvenientes de diseño. Una limitación es el compromiso entre obtener una precisión extremadamente alta y el rendimiento del dispositivo 3D. Los sensores estables, por ejemplo, no se desvían en respuesta a cambios de temperatura, condiciones ambientales o incluso campos magnéticos. Por lo general, es sencillo mejorar una de las dos formas, pero no ambas.

TI dijo que su sensor de posición de efecto Hall 3D TMAG5170 tiene como objetivo mejorar esa relación al ofrecer alta precisión junto con un mayor rendimiento. "Este mayor rendimiento tiene efectos de arrastre, como una operación de potencia mucho menor cuando no se requiere la velocidad completa del dispositivo", dijo Steven Loveless, gerente de aplicaciones y marketing de TI para productos de detección de posición.

Robots de almacén automatizados. (Fuente:TI)

Sensores de posición
La detección de posición es prácticamente universal en los sistemas automatizados de alto rendimiento que regulan el movimiento, y la tecnología de detección de posición afecta directamente el costo y el rendimiento del sistema. La precisión, velocidad, potencia y adaptabilidad del sensor se encuentran entre los factores que se consideran al seleccionar el sistema de detección de posición óptimo. Las mediciones de posición absoluta que utilizan sensores de posición multieje lineales de efecto Hall deben ser exactas, rápidas y fiables. El resultado es un control preciso en tiempo real.

Una consideración clave al implementar un sensor de efecto Hall 3D es que cualquier imán que se mueva en el espacio libre que rodea al sensor debe reconocerse y monitorearse fácilmente. El campo magnético que rodea el polo de un imán es típicamente simétrico, lo que significa que la condición de entrada idéntica podría producirse en numerosos lugares. Para identificar correctamente la ubicación absoluta, esa característica requiere un diseño cuidadoso, asegurando que cualquier cambio en la densidad de flujo magnético se pueda utilizar para diferenciar el movimiento del imán.

Control en tiempo real
En las fábricas inteligentes, los sistemas altamente automatizados deben funcionar dentro de un flujo de fabricación integrado al mismo tiempo que recopilan datos para regular las operaciones. Al proporcionar control en tiempo real para una mayor eficiencia y un tiempo de inactividad reducido, los equipos automatizados requieren tecnología de detección de posición 3D.

“Los sistemas que utilizan la retroalimentación de posición o movimiento en la automatización a menudo son de naturaleza muy dinámica y deben responder rápida y eficientemente a los cambios variables en la carga, la velocidad y otros factores”, dijo Loveless. El nuevo sensor de TI está diseñado para medir esas condiciones dinámicas con mayor precisión, "y ayudar a los sistemas a responder más rápidamente a esos cambios en tiempo real", agregó.

TI dijo que su TMAG5170 proporciona un error total de escala completa del 2.6 por ciento a temperatura ambiente, con una desviación de error total de solo el 3 por ciento, lo que elimina la necesidad de calibración de fin de línea y compensación de errores fuera del chip, al tiempo que simplifica el diseño y la fabricación del sistema. El sensor admite mediciones de hasta 20 kSPS para un rendimiento de baja latencia de movimiento mecánico de alta velocidad.

También elimina la necesidad de computación fuera del chip y permite orientaciones variables de sensores e imanes al incluir características tales como un motor de cálculo de ángulos, promedios de medición, así como corrección de ganancia y compensación. Independientemente de la ubicación del sensor, TI dijo que esas características simplifican el diseño y mejoran la adaptabilidad del sistema, lo que permite ciclos de control más rápidos, menor latencia del sistema y un desarrollo de software más fácil. Las capacidades de cálculo integradas del sensor también reducen la carga de procesamiento del sistema hasta en un 25 por ciento, lo que permite a los ingenieros reducir los costos utilizando microcontroladores de uso general como los MCU MSP430TM de bajo consumo de TI.

En el siguiente diagrama, la posición angular exacta del eje del motor es monitoreada por el sensor de posición lineal 3D de efecto Hall, que influye directamente en el ancho de banda y la latencia del sistema mientras se evalúan los elementos de retroalimentación. La velocidad general del circuito de retroalimentación se puede mejorar mediante el uso de un sensor capaz de realizar lecturas de gran ancho de banda, lo que mejora el rendimiento del sistema.

Un ejemplo de una aplicación TMAG5170. (Fuente:TI)

El consumo de energía es un factor clave a considerar al seleccionar un sensor de posición, incluida la batería o el sistema de administración de energía. Los sensores con modos de funcionamiento de baja potencia, como los modos de activación, suspensión y suspensión profunda, se utilizan comúnmente en sistemas o plataformas alimentados por batería que utilizan una fuente de baja potencia para optimizar el consumo de energía en comparación con el rendimiento. Los diversos modos de trabajo y frecuencias de muestreo del TMAG5170, afirmó TI, aumentan la eficiencia energética hasta en un 70 por ciento, lo que permite un uso óptimo de la energía en un rango de muestreo de 1 a 20 kHz para dispositivos que funcionan con batería o modos de uso ligero cuando la eficiencia del sistema es baja. una consideración clave.

Los diseños magnéticos y mecánicos también pueden beneficiarse del uso de sensores de efecto Hall lineales 3D flexibles con niveles de sensibilidad magnética variables y opciones de corrección de temperatura. La seguridad y los diagnósticos mejorados son cada vez más importantes para prevenir el tiempo de inactividad de los equipos y mejorar la calidad de fabricación a medida que los sistemas automatizados operan cada vez más junto con los humanos. Por lo tanto, la precisión, la velocidad, la potencia y la adaptabilidad de los sensores de posición y los datos que generan son consideraciones clave de diseño.

>> Este artículo se publicó originalmente en nuestro sitio hermano, EE Times.

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