Sensor Pergeseran Arus Eddi Tinggi Presisi untuk Aplikasi Industri
Sensor pergeseran arus eddy termasuk ke dalam grup sensor induktif dan cocok untuk aplikasi industri. Berbeda dengan sensor induktif konvensional, prinsip pengukuran untuk sensor arus eddy memungkinkan pengukuran pada materi non-feromagnetik (misalnya, aluminium) serta materi feromagnetik (misalnya, besi). Mereka dirancang untuk pengukuran non-kontak dan tanpa aus pada pergantian, jarak, posisi, osilasi, getaran, dan ketebalan. Oleh karena itu, mereka sangat cocok untuk memantau mesin dan sistem — mereka dapat melakukan pengukuran di lingkungan industri yang keras, bahkan di mana tekanan, kotoran, atau fluktuasi suhu terjadi.
Biasanya, sensor pergeseran arus eddy digunakan di mana akurasi pengukuran tinggi diperlukan dan sensor lain tidak dapat menangani kondisi lingkungan yang ada. Sensor optik, misalnya, dipengaruhi oleh kotoran atau debu di celah pengukuran dan oleh suhu tinggi. Sensor induktif konvensional menggunakan inti ferit, yang memiliki kesalahan linearitas yang relatif tinggi dan respons frekuensi yang lebih rendah. Juga, akurasi pengukuran mereka menurun dengan fluktuasi suhu lingkungan.
Hanya target logam konduktif, baik feromagnetik atau non-feromagnetik yang dapat diukur menggunakan sensor pergeseran arus eddy. Materi non-konduktif tidak terlihat oleh sistem pengukuran arus eddy dan oleh karena itu tidak memiliki efek pada hasil pengukuran. Karena alasan ini, sensor ini dapat mengukur melalui materi seperti plastik dan minyak ke objek logam. Ini memungkinkan aplikasi seperti pengukuran celah minyak dan pengukuran jarak terhadap roller yang memandu film plastik.
Keterbatasan Sensor Induktif Pergeseran Konvensional
Sensor induktif pergeseran klasik menggunakan kumpli yang dililit di sekitar inti feromagnetik. Karena inti tersebut, output tidak linier, jadi harus linierisasi di elektronik sensor atau pengguna harus menanggung nonlinearitas ini dalam sistem kontrol pabrik mereka.
Selain nonlinearitas, keterbatasan lain termasuk kerugian besi yang disebabkan oleh fakta bahwa inti itu sendiri menyerap medan magnet. Kerugian ini meningkat dengan frekuensi, hingga sensor induktif pergeseran mencapai batas performa sekitar 100 pengukuran per detik.
Masalah lain dengan sensor induktif pergeseran adalah sensitivitas mereka terhadap variasi suhu ekstrim karena koefisien ekspansi termal yang tinggi dari inti ferit. Ini membuat kompensasi suhu sulit, biasanya menghasilkan drift termal tinggi.
Arus Eddi vs Sensor Pergeseran Kapasitif
Sensor arus eddy dan kapasitif mendeteksi jarak ke objek pengukuran yang konduktif listrik berdasarkan perubahan pada medan listrik. Sensor arus eddy mengukur jarak melalui perubahan impedansi kumpli sensor. Dengan sensing kapasitif, sensor dan objek pengukuran membentuk plat kapasitor.
Kedua jenis dapat mengukur dalam rentang submikrometer. Namun, mereka sangat berbeda dengan lingkungan operasi. Sensor arus eddy sangat cocok untuk lingkungan industri yang keras yang termasuk kotoran, debu, dan kelembaban. Sensor kapasitif di sisi lain, memerlukan lingkungan bersih yang dapat ditemukan di produksi elektronik, laboratorium, dan kamar bersih.
Sensor Pergeseran Arus Eddi
Meskipun sensor arus eddy menggunakan hukum induksi magnet yang sama seperti sensor induktif pergeseran dan proximitas, konstruksi kumpli udara mereka memungkinkan akurasi, kecepatan pengukuran, dan stabilitas yang lebih tinggi — nonlinearitas dan drift suhu bukan masalah.
Keuntungan mereka meliputi:
Pengukuran cepat hingga 100 kHz.
Resolusi tinggi hingga 0,5 μm atau lebih baik.
Linearitas tinggi.
Stabilitas suhu tinggi dalam suhu lingkungan yang fluktuatif, yang bahkan dapat ditingkatkan dengan kompensasi suhu aktif yang disematkan.
Pengukuran menggunakan materi target feromagnetik atau non-feromagnetik.
Mereka tidak terpengaruh oleh tekanan tinggi, suhu tinggi, kotoran, uap, atau minyak.
Prinsip Kerja Sensor Arus Eddi
Arus bolak-balik dalam kumpli sensing menghasilkan medan magnet yang berubah. Medan ini meredam arus dalam target — arus eddy. Arus eddy bolak-balik menghasilkan medan magnetnya sendiri, yang menentang medan kumpli sensing, sehingga mengubah impedansi kumpli sensing. Jumlah perubahan impedansi tergantung pada jarak antara target dan kumpli sensing dalam probe. Arus aliran dalam kumpli sensing, yang bergantung pada impedansi, diproses untuk menghasilkan tegangan keluaran, yang merupakan indikasi posisi target relatif terhadap probe.
Kompensasi Suhu
Karena beberapa desain sensor arus eddy yang berbeda tersedia dari Micro-Epsilon, insinyur dapat memilih sensor optimal untuk aplikasi khusus mereka. Misalnya, kompensasi suhu aktif diperlukan jika pengukuran yang sangat presisi diperlukan. Dengan suhu yang bervariasi ada dua faktor yang dapat mempengaruhi sinyal pengukuran: perubahan mekanis, di mana dimensi geometris sensor dan target berubah dalam bentuk perpanjangan atau penyusutan sensor dan target. Dan efek listrik memiliki dampak yang lebih besar dari mekanis karena karakteristik elektromagnetik yang berubah.
Misalnya, seri eddyNCDT 3001 dirancang khusus untuk aplikasi di mana sensor induktif pergeseran konvensional sering mencapai batas performa mereka. Mereka memiliki dimensi kompakt dan tersedia dalam perawatan M12 dan M18, mencakup rentang pengukuran dari 2mm hingga 8mm. Mereka dilindungi IP67, dan oleh karena itu dapat diterapkan dalam otomatisasi, pembuatan mesin, dan desain. Selain itu, mereka dikompensasi suhu hingga 70 °C. Mereka memiliki akurasi dan linearitas pengukuran yang tinggi serta tingkat respons frekuensi 5-kHz dan dikalibrasi pabrik untuk objek feromagnetik dan non-feromagnetik seperti aluminium dan besi.
Bearing Hidrostatik
Satu aplikasi untuk sensor pergeseran arus eddy adalah dalam mesin besar seperti gilingan batu atau instalasi teleskop, yang sering bekerja dengan bearing hidrostatik. Sistem bearing ini terus disuplai dengan pelumas cair melalui suplai tekanan eksternal. Pelumas ditekan di antara permukaan bearing, yang oleh karena itu terus terpisah satu sama lain oleh film pelumas tipis. Permukaan bearing tidak terpapar gesekan dan oleh karena itu bekerja tanpa aus. Ini memungkinkan kontrol posisi submikrometer. Namun, gangguan dalam hidrolik, atau penurunan tekanan, dapat memiliki konsekuensi yang merusak. Ini dapat mengakibatkan kerusakan pada bearing dan pada akhirnya kegagalan sistem, yang menyebabkan biaya pemeliharaan dan perbaikan yang tinggi. Celah minyak dalam bearing hidrostatik, oleh karena itu, memerlukan inspeksi yang terus menerus dan andal. Untuk aplikasi ini, sensor dipasang secara horizontal terhadap sepatu bearing, jadi tidak langsung terpapar tekanan minyak. Ia mengukur melalui film minyak ke permukaan berseberangan bearing.
Mesin Pembakar
Posisi tepat piston, cincin piston, dan kondisi tekanan yang ada adalah informasi penting untuk produsen mesin pembakar. Menggunakan alat simulasi, data ini terutama digunakan untuk membuat prediksi yang andal tentang aus, gesekan, dan konsumsi minyak. Sensor arus eddy mengukur cincin piston dan gerakan sekunder piston yang disebut, dengan akurasi tinggi. Di sini, keuntungan sensor arus eddy — resistensi terhadap suhu tinggi dalam mesin pembakar (hingga 180°C dan bahkan lebih tinggi untuk waktu singkat) — terlihat. Getaran, tekanan, minyak, bahan bakar, gas pembakar, dan gerakan mekanis berkelanjutan yang berlaku, tidak mempengaruhi presisi hasilnya. Selain itu, sensor eddyNCDT menawarkan kecepatan pengukuran cepat dengan rentang pengukuran kecil (0 – 0,5 mm) dan resolusi yang sangat tinggi (kurang dari 1μm).
Miniaturisasi
Micro-Epsilon telah mengembangkan sensor yang menggunakan teknologi kumpli tersemat (ECT) untuk miniaturisasi. Teknik produksi ini memungkinkan cakupan yang hampir tidak terbatas dalam hal desain eksternal dan bentuk geometris sensor, sambil memungkinkan elektronik evaluasi untuk diintegrasikan ke dalam sensor. Ini dibangun dengan menyematkan kumpli arus eddy dua dimensi dalam material anorganik, yang meningkatkan stabilitas, ketahanan, dan resistensi termal sensor. Sensor ini cocok untuk aplikasi yang sangat keras seperti vacum ultra-tinggi dalam produksi semikonductor.
Sensor Pergeseran Arus Eddi — Pekerja Industri Kecil namun Kuat
Sensor kecil ini ideal untuk lingkungan industri, di mana lingkungan paling keras dan paling menantang, namun memerlukan pengukuran yang sangat presisi. Mereka dapat digunakan dalam segalanya dari mengukur celah bearing hidrostatik di mesin besar, jarak antara piston dan silinder, hingga pengukuran jarak terhadap roller yang memandu film plastik.
Artikel ini ditulis oleh Martin Dumberger, Managing Director, Micro-Epsilon USA, (Raleigh, NC). Untuk informasi lebih lanjut, hubungi Bpk. Dumberger di This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. atau kunjungi di sini.
