Sensores de desplazamiento de corrientes de Foucault para la industria

Los sensores de desplazamiento de corrientes parásitas pertenecen al grupo de sensores de desplazamiento inductivo y están bien adaptados para aplicaciones industriales. A diferencia de los sensores inductivos convencionales, el principio de medición de los sensores de corrientes de Foucault permite realizar mediciones en materiales no ferromagnéticos (p. ej., aluminio) y materiales ferromagnéticos (p. ej., acero). Están diseñados para mediciones sin contacto y sin desgaste de desplazamiento, distancia, posición, oscilación, vibración y espesor. Por lo tanto, son ideales para monitorear máquinas y sistemas:pueden realizar mediciones en entornos industriales hostiles, incluso donde se producen fluctuaciones de presión, suciedad o temperatura.

Por lo general, los sensores de desplazamiento de corrientes de Foucault se utilizan cuando se requiere una alta precisión de medición y otros sensores no pueden hacer frente a las condiciones ambientales predominantes. Los sensores ópticos, por ejemplo, se ven afectados por la suciedad o el polvo en el espacio de medición y por las altas temperaturas. Los sensores de desplazamiento inductivos convencionales utilizan núcleos de ferrita, que tienen un error de linealidad comparativamente alto y una respuesta de frecuencia más baja. Además, su precisión de medición disminuye con la temperatura ambiente fluctuante.

Solo los objetivos metálicos conductores, ya sean ferromagnéticos o no ferromagnéticos, pueden medirse utilizando sensores de desplazamiento de corrientes de Foucault. Los materiales no conductores son invisibles para el sistema de medición de corrientes de Foucault y, por lo tanto, no tienen ningún efecto sobre los resultados de la medición. Por esta razón, estos sensores pueden medir a través de materiales como plásticos y aceite en objetos metálicos. Esto permite aplicaciones tales como mediciones de espacios de aceite y mediciones de distancia contra rodillos que guían películas plásticas.

Limitaciones de los sensores de desplazamiento inductivos convencionales

El sensor de desplazamiento inductivo clásico utiliza una bobina enrollada alrededor de un núcleo ferromagnético. Debido a ese núcleo, la salida no es lineal, por lo que debe linealizarse en la electrónica del sensor o el usuario debe tener en cuenta esta no linealidad en su sistema de control de planta.

Además de la no linealidad, otras limitaciones incluyen las pérdidas de hierro provocadas por el hecho de que el propio núcleo absorbe el campo magnético. Estas pérdidas aumentan con la frecuencia, hasta el punto de que un sensor de desplazamiento inductivo alcanza los límites de su rendimiento en torno a las 100 medidas por segundo.

Otro problema con los sensores de desplazamiento inductivos es su sensibilidad a las variaciones extremas de temperatura debido al alto coeficiente térmico de expansión del núcleo de ferrita. Esto hace que la compensación de temperatura sea un desafío, lo que normalmente resulta en una alta deriva térmica.

Corriente de Foucault frente a sensores de desplazamiento capacitivos

Los sensores capacitivos y de corriente de Foucault detectan la distancia a un objeto de medición conductor de electricidad en función de los cambios en el campo eléctrico. Los sensores de corriente de Foucault miden la distancia a través del cambio de impedancia de la bobina del sensor. Con la detección capacitiva, el sensor y el objeto de medición forman las placas de un capacitor.

Ambos tipos pueden medir en el rango submicrométrico. Sin embargo, difieren considerablemente con respecto al entorno operativo. Los sensores de corriente de Foucault son ideales para entornos industriales hostiles que incluyen suciedad, polvo y humedad. Los sensores capacitivos, por otro lado, requieren los tipos de entornos limpios que se pueden encontrar en la producción de productos electrónicos, laboratorios y salas limpias.

Sensores de desplazamiento de corrientes de Foucault

Aunque los sensores de corrientes de Foucault emplean las mismas leyes de inducción magnética que los sensores inductivos de desplazamiento y proximidad, su construcción de bobina de núcleo de aire permite una mayor precisión, velocidad de medición y estabilidad; la no linealidad y la deriva de temperatura no son problemas.

Sus ventajas incluyen:

• Mediciones rápidas de hasta 100 kHz.

• Alta resolución de hasta 0,5 μm o mejor.

• Alta linealidad.

• Estabilidad de alta temperatura en temperaturas ambiente fluctuantes, que incluso se puede mejorar con la compensación de temperatura activa integrada.

• Medición con materiales objetivo ferromagnéticos o no ferromagnéticos.

• No se ven afectados por la alta presión, la alta temperatura, la suciedad, el vapor o el aceite.

Principio de funcionamiento del sensor de corrientes de Foucault

Una corriente alterna en la bobina de detección produce un campo magnético cambiante. Este campo induce una corriente en el objetivo:la corriente de Foucault. La corriente de Foucault alterna produce su propio campo magnético, que se opone al campo de la bobina de detección, cambiando así la impedancia de la bobina de detección. La cantidad de cambio de impedancia depende de la distancia entre el objetivo y la bobina de detección en la sonda. El flujo de corriente en la bobina de detección, que depende de la impedancia, se procesa para producir el voltaje de salida, que es una indicación de la posición del objetivo en relación con la sonda.

Compensación de temperatura

Dado que Micro-Epsilon ofrece varios diseños diferentes de sensores de corriente de Foucault, los ingenieros pueden seleccionar el sensor óptimo para su aplicación particular. Por ejemplo, la compensación de temperatura activa es necesaria si se requieren mediciones de alta precisión. Con temperaturas variables, hay dos factores que pueden influir en la señal de medición:cambios mecánicos, donde las dimensiones geométricas del sensor y el objetivo cambian en forma de extensión o contracción del sensor y el objetivo. Y los efectos eléctricos tienen un impacto aún mayor que los mecánicos debido a las características electromagnéticas cambiantes.

Por ejemplo, la serie eddyNCDT 3001 está especialmente diseñada para aplicaciones en las que los sensores de desplazamiento inductivos convencionales a menudo han alcanzado sus límites de rendimiento. Tienen dimensiones compactas y están disponibles en carcasas M12 y M18, cubriendo rangos de medición de 2 mm a 8 mm. Están protegidos según IP67, por lo que son aplicables en automatización, construcción de maquinaria y diseño. Además, tienen compensación de temperatura hasta 70 °C. Tienen una alta precisión y linealidad de medición, así como una tasa de respuesta de frecuencia de 5 kHz y están calibrados de fábrica para objetos ferromagnéticos y no ferromagnéticos, como aluminio y acero.

Cojinetes hidrostáticos

Una aplicación para los sensores de desplazamiento de corrientes de Foucault es en maquinaria grande, como molinos de piedra o instalaciones telescópicas, que a menudo funcionan con cojinetes hidrostáticos. Estos sistemas de cojinetes se alimentan continuamente con lubricante líquido a través de un suministro de presión externo. El lubricante se presiona entre las superficies de apoyo, que por lo tanto están continuamente separadas entre sí por una fina película de lubricante. Las superficies de apoyo no están expuestas a la fricción y, por lo tanto, funcionan sin desgaste. Esto permite el control de posición submicrómetro. Sin embargo, cualquier perturbación en el sistema hidráulico o caídas de presión puede tener consecuencias desastrosas. Esto podría provocar daños en los rodamientos y, en última instancia, fallas en el sistema, lo que generaría altos costos de mantenimiento y reparación. La brecha de aceite en los cojinetes hidrostáticos, por lo tanto, requiere una inspección continua y fiable. Para esta aplicación, el sensor se monta horizontalmente en la zapata del rodamiento, por lo que no queda directamente expuesto a la presión del aceite. Mide a través de la película de aceite sobre la superficie de apoyo opuesta.

Motores de combustión

La posición exacta del pistón, los anillos del pistón y las condiciones de presión existentes son información esencial para los fabricantes de motores de combustión. Mediante el uso de herramientas de simulación, estos datos se utilizan principalmente para realizar predicciones fiables sobre el desgaste, la fricción y el consumo de aceite. El sensor de corriente de Foucault mide el segmento del pistón y los llamados movimientos secundarios del pistón, con alta precisión. Aquí, las ventajas de los sensores de corrientes de Foucault:resistencia a las altas temperaturas en los motores de combustión (hasta 180 °C e incluso más durante un corto período de tiempo) son evidentes. La vibración predominante, la presión, el aceite, el combustible, los gases de combustión y el movimiento mecánico continuo no influyen en la precisión de los resultados. Además, los sensores eddyNCDT ofrecen velocidades de medición rápidas con rangos de medición pequeños (0 - 0,5 mm) y una resolución extremadamente alta (menos de 1 μm).

Miniaturización

Micro-Epsilon ha desarrollado un sensor que utiliza tecnología de bobina integrada (ECT) para la miniaturización. Esta técnica de producción permite un alcance casi ilimitado en términos de diseño externo y forma geométrica de los sensores, al tiempo que permite que la electrónica de evaluación se integre en el sensor. Se construye incorporando una bobina de corriente de Foucault bidimensional en un material inorgánico, lo que mejora la estabilidad, la solidez y la resistencia térmica de los sensores. Estos sensores son adecuados para aplicaciones extremadamente duras, como el vacío ultraalto en la producción de semiconductores.

Sensores de desplazamiento de corrientes de Foucault:trabajadores industriales pequeños pero potentes

Estos pequeños sensores son ideales para entornos industriales, donde los entornos son más duros y desafiantes, pero requieren mediciones extremadamente precisas. Se pueden usar en todo, desde medir los espacios en los cojinetes hidrostáticos en máquinas grandes, la holgura entre el pistón y el cilindro, hasta medir la distancia contra los rodillos que guían las películas plásticas.

Este artículo fue escrito por Martin Dumberger, director administrativo, Micro-Epsilon USA, (Raleigh, NC). Para obtener más información, comuníquese con el Sr. Dumberger en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita habilitar JavaScript para verlo. o visita aquí .