Датчик LTX-R10 является магнитострикционным, оптимизированным для точного регулирования положения в гидравлических цилиндрах. С помощью дополнительных поплавков датчики положения с активирующим магнитом также позволяют реализовать функцию контроля уровня заполнения резервуаров.

Датчики абсолютного значения надежны и точны, сохраняют информацию о положении в случае снятия напряжения, так что дополнительное обнуление не требуется. Датчики функционируют на бесконтактном функциональном принципе и являются «неизнашиваемыми», не нуждаются в техническом обслуживании.

Принцип действия магнитострикционных датчиков линейных перемещений Balluff Micropulse основан на том, что датчики линейных перемещений (датчики линейного положения, измерители пути и т. д.) применяются во многих отраслях промышленности во всем мире. Измерители пути, которые используют принцип магнитострикции, обладают характеристиками, обеспечивающими надежную работу во множестве областей автоматизации, включая самые тяжелые условия.

Везде, где требуется определить точное положение объекта, движущегося по прямой, эти сенсоры могут помочь – от гидравлического цилиндра до машины инжекционного литья или резки бумаги.

Мировыми лидерами в разработке и производстве магнитострикционных датчиков линейных перемещений являются компании Balluff (датчики перемещения под маркой Micropulse) и MTS Sensors (датчики Temposonics).

Магнитострикционный эффект обусловливается совокупностью магнитных и механических свойств ферромагнитных материалов, соответственно, его можно оптимизировать посредством создания специальных сплавов и управлять с помощью направленного действия внешнего магнитного поля.

В промышленных измерительных системах Micropulse и Tempo sonics используется магнитострикционный эффект, который называется эффект Видемана.

Он описывает механическую деформацию (скручивание) длинного, тонкого ферромагнитного стержня, который находится под воздействием двух магнитных полей: внешнего и внутреннего, создаваемого проводником, по которому протекает электрический ток.

В датчиках линейных перемещений Balluff Micropulse внешнее магнитное поле создается позиционным магнитом, которое при пересечении с концентрическим магнитным полем, создаваемым электрическим током, вызывает механическую деформацию в небольшой области измерительного элемента в форме стержня.

Также в датчиках Micropulse используется эффект Виллари. Он связан с изменением магнитных свойств ферромагнетика, к примеру намагниченности ферромагнитного бруска, которое вызывается продольной деформацией.

Датчик линейных перемещений Micropulse состоит из пяти основных частей:

• измерительный элемент (волновод);

• электроника датчика;

• позиционер в виде постоянного магнита;

• преобразователь торсионного импульса;

• демпфирующая часть (на конце стержня, в которой гасится вторая часть торсионного импульса).

«Стержнем» измерительной системы является ферромагнитный измерительный элемент, использующийся как волновод, по которому распространяется торсионная ультразвуковая волна до преобразователя импульсов. Измеряемая позиция определяется положением постоянного магнита, который окружает волновод. Магнит создает магнитное поле в волноводе и связан с объектом измерения.

Измерительный процесс инициируется коротким импульсом тока, который посылается из электронной части сенсора по медному проводнику. При перемещении импульса возникает радиальное магнитное поле вокруг волновода.

При пересечении с магнитным полем постоянного магнита-позиционера возникает, согласно эффекту Видемана, пластическая деформация магнитострикционного волновода, которая является динамичным процессом, вследствие скорости токового импульса. Из-за этого возникает ультразвуковая торсионная волна, которая распространяется от места возникновения в оба конца волновода, однако в одном из концов она полностью гасится, и, таким образом, помехи и искажения сигнала исключаются.

Скорость распространения этой волны в волноводе составляет примерно 2830 м/с, и на нее практически не оказывают никакого влияния внешние факторы (загрязнения, температура, удары и т. д.). Детектирование и обработка торсионного импульса происходят на другом конце волновода – в специальном преобразователе.

Преобразователь торсионных импульсов состоит из расположенной поперек волновода и жестко связанной с ним полосы из магнитострикционного металла; детектирующей катушки индуктивности и одного неподвижного постоянного магнита.

В преобразователе торсионного импульса сверхзвуковая волна вызывает изменение намагниченности металлической полосы согласно эффекту Виллари.

Следующее из этого временное изменение поля постоянного магнита индуцирует электрический ток катушке индуктивности. Этот возникающий электрический сигнал окончательно обрабатывается электроникой датчика.

Точное определение позиции получается измерением времени между стартом токового импульса и времени возникновения ответного электрического сигнала, которое определяется в преобразователе торсионных импульсов при детектировании ультразвуковой волны.

При кажущейся внешней сложности принципа измерения, на котором созданы датчики линейных перемещений Balluff Micropulse, очевидно несколько преимуществ, которыми они обладают: измерять расстояние можно с наивысшей точностью; металлические магнитострикционные материалы обладают долговременными и очень стабильными параметрами; благодаря специальному дизайну и конструкции датчика вся измерительная система надежно защищена от внешних воздействий, к примеру от вибрации станков.

Из суммы этих преимуществ получаем высокоточные датчики перемещения Balluff Micropulse, обладающие высочайшей повторяемостью измерений и большой надежностью.

Воплощение магнитострикционного принципа в измерительную систему, удовлетворяющую суровым требованиям промышленного производства, ставит высокие требования к возможностям и компетенции производителя датчиков. Именно так получается наиболее уверенный и точный сигнал, так как регистрируется только торсионная часть механической волны, а продольные колебания не оказывают влияния на результат измерения.

Применение торсионных волн и регистрирующей системы, которая реагирует только на торсионную (скручивающую) волну, позволяет не бояться влияния вибрации на процесс измерения, так как торсионный импульс нельзя вызвать внешней механической вибрацией.

Для того чтобы все физические процессы принципа измерения могли протекать без влияния со стороны внешних воздействий, производитель использует специальные механическую конструкцию корпуса и электронную схему при обработке сигнала.

Причем в каждом поколении магнитострикционных датчиков Balluff конструкция и схема совершенствуются и развиваются на самом современном уровне.

Кроме того, простые задачи регулирования можно решить и c помощью индуктивных датчиков, имеющих аналоговый выход. Выходным сигналом таких датчиков могут быть ток, напряжение или частота, пропорциональные расстоянию до объекта.

К примеру, у аналоговых датчиков выходной сигнал линейно зависит от расстояния до определяемого объекта во всем рабочем диапазоне.

На рис. 3.7 представлены технические сведения об основных типах магнитострикционных датчиков.

Рис. 3.7. Основные типы магнитострикционных датчиков