Hall-effect sensoren ondersteunen realtime industriële toepassingen

Texas Instruments heeft de eerste van een nieuwe familie van 3D onthuld Hall-effect positiesensoren gericht op realtime besturing in fabrieksautomatisering en motoraandrijftoepassingen.

Texas Instruments heeft de TMAG5170 geïntroduceerd, het eerste apparaat in een nieuwe familie van 3D Hall-effect positiesensoren voor realtime controle in fabrieksautomatisering en motoraandrijftoepassingen. De sensor wordt gepromoot omdat hij geïntegreerde functies en diagnostiek biedt om de ontwerpflexibiliteit en systeemveiligheid te maximaliseren en tegelijkertijd energie te besparen.

Magnetische sensoren, waaronder Hall-effectsensoren en andere technologieën, hebben ontwerpvoor- en nadelen. Een beperking is de afweging tussen het verkrijgen van een extreem hoge nauwkeurigheid en de doorvoer van 3D-apparaten. Stabiele sensoren dwalen bijvoorbeeld niet af als reactie op veranderingen in temperatuur, omgevingscondities of zelfs magnetische velden. Het is meestal eenvoudig om een ​​van de twee manieren te verbeteren, maar niet beide.

TI zei dat zijn TMAG5170 3D Hall-effect-positiesensor die relatie wil verbeteren door hoge precisie en grotere doorvoer te bieden. "Deze hogere doorvoer heeft overdrachtseffecten, zoals een veel lager stroomverbruik wanneer de volledige snelheid van het apparaat niet vereist is", zegt Steven Loveless, TI's marketing- en applicatiemanager voor producten voor positiedetectie.

Geautomatiseerde magazijnrobots. (Bron:TI)

Positiesensoren
Positiedetectie is vrijwel universeel in krachtige geautomatiseerde systemen die beweging reguleren, en positiedetectietechnologie heeft een directe invloed op de systeemkosten en prestaties. Sensornauwkeurigheid, snelheid, kracht en aanpassingsvermogen behoren tot de factoren die in overweging worden genomen bij het selecteren van het optimale positiedetectiesysteem. Absolute positiemetingen met Hall-effect lineaire meerassige positiesensoren moeten exact, snel en betrouwbaar zijn. Het resultaat is nauwkeurige realtime controle.

Een belangrijke overweging bij het gebruik van een 3D Hall-effectsensor is dat elke magneet die in de vrije ruimte rond de sensor beweegt, gemakkelijk moet worden herkend en gecontroleerd. Het magnetische veld dat de pool van een magneet omringt, is typisch symmetrisch, wat betekent dat de identieke ingangsconditie op verschillende locaties kan worden geproduceerd. Om de absolute locatie goed te kunnen identificeren, vereist dat kenmerk een zorgvuldig ontwerp, waarbij ervoor moet worden gezorgd dat elke verandering in de magnetische fluxdichtheid kan worden gebruikt om de beweging van de magneet te differentiëren.

Realtime controle
In slimme fabrieken moeten sterk geautomatiseerde systemen functioneren binnen een geïntegreerde productiestroom en tegelijkertijd gegevens verzamelen om de activiteiten te reguleren. Om realtime controle te bieden voor een hogere efficiëntie en minder uitvaltijd, vereist geautomatiseerde apparatuur 3D-positiedetectietechnologie.

"Systemen die gebruik maken van positie- of bewegingsfeedback bij automatisering zijn vaak erg dynamisch van aard en moeten snel en efficiënt reageren op wisselende veranderingen in belasting, snelheid en andere factoren", zegt Loveless. De nieuwe TI-sensor is ontworpen om die dynamische omstandigheden nauwkeuriger te meten, "en systemen te helpen sneller te reageren op die realtime veranderingen", voegde hij eraan toe.

TI zei dat de TMAG5170 een totale fout van 2,6 procent bij kamertemperatuur biedt, met een totale foutafwijking van slechts 3 procent, waardoor de noodzaak voor end-of-line kalibratie en off-chip foutcompensatie wordt geëlimineerd, terwijl ook het systeemontwerp en de productie worden vereenvoudigd. De sensor ondersteunt metingen tot wel 20 kSPS voor een lage latentiedoorvoer van mechanische bewegingen met hoge snelheid.

Het elimineert ook de noodzaak voor off-chip berekening en maakt variabele sensor- en magneetoriëntaties mogelijk door functies zoals een hoekberekeningsengine, meetmiddeling en versterkings- en offsetcorrectie op te nemen. Ongeacht de plaatsing van de sensor, zei TI dat deze kenmerken het ontwerp vereenvoudigen en het aanpassingsvermogen van het systeem verbeteren, waardoor snellere regelkringen, lagere systeemlatentie en eenvoudigere softwareontwikkeling mogelijk zijn. De geïntegreerde berekeningsmogelijkheden van de sensor verlagen ook de verwerkingsbelasting van het systeem met tot wel 25 procent, waardoor technici de kosten kunnen verlagen door gebruik te maken van microcontrollers voor algemeen gebruik, zoals de energiezuinige MSP430TM MCU's van TI.

In het onderstaande diagram wordt de exacte hoekpositie van de motoras bewaakt door de Hall-effect 3D lineaire positiesensor, die direct invloed heeft op de systeembandbreedte en latentie terwijl feedbackelementen worden geëvalueerd. De algehele snelheid van de feedbacklus kan worden verbeterd door een sensor te gebruiken die in staat is tot hoge bandbreedtemetingen, wat resulteert in verbeterde systeemprestaties.

Een voorbeeld van een TMAG5170 applicatie. (Bron:TI)

Stroomverbruik is een belangrijke overweging bij het selecteren van een positiesensor, inclusief de batterij of het energiebeheersysteem. Sensoren met een laag stroomverbruik, zoals de standen wake-up, sleep en deep sleep, worden vaak gebruikt in batterijgevoede systemen of platforms die een laagvermogenbron gebruiken om het stroomverbruik versus de doorvoer te optimaliseren. De verschillende werkmodi en bemonsteringsfrequenties van de TMAG5170, beweerde TI, verhogen de energie-efficiëntie met maximaal 70 procent, waardoor optimaal stroomverbruik mogelijk is over een bemonsteringsbereik van 1 tot 20 kHz voor apparaten op batterijen of lichte gebruiksmodi wanneer de systeemefficiëntie is een belangrijke overweging.

Magnetische en mechanische ontwerpen kunnen ook profiteren van het gebruik van flexibele 3D lineaire Hall-effectsensoren met variabele magnetische gevoeligheidsniveaus en temperatuurcorrectie-opties. Veiligheid en verbeterde diagnostiek worden steeds belangrijker om uitval van apparatuur te voorkomen en de productiekwaliteit te verbeteren, aangezien geautomatiseerde systemen steeds vaker naast mensen werken. Daarom zijn precisie, snelheid, kracht en aanpasbaarheid van positiesensoren en gegevens die ze genereren belangrijke ontwerpoverwegingen.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, EE Times.

---

Verwante inhoud:

• Normen zijn essentieel voor veilige connectiviteit in industriële IoT
• Ransomware katalyseert industriële beveiligingsrevolutie
• Een open source IIoT-gateway gebruiken om de integratie van Modbus-apparaten te versnellen
• Interfacing van industriële Modbus-sensoren met een open source IIoT-gateway
• Volledig beheerde IoT-gatewayoplossing vereenvoudigt ontwikkeling

Abonneer u voor meer Embedded op de wekelijkse e-mailnieuwsbrief van Embedded.