Pomiary przemieszczenia w siłownikach hydraulicznych

Prawie każdy układ hydrauliczny zawiera w sobie siłowniki hydrauliczne, które wykonują ruch roboczy maszyny. Dostosowanie pracy maszyny do aktualnych wymagań procesu nierzadko wymaga precyzyjnej kontroli przemieszczenia elementu ruchomego. Hydac wychodzi takim potrzebom naprzeciw i oferuje systemy pomiaru drogi.

Systemy można podzielić na układy do montażu wewnętrznego w siłownikach, montażu częściowego lub montażu poza siłownikiem.

Fot. 1. HLT 1000 - montaż wewnątrz siłownika

Fot. 2. Przykładowy montaż

W produktach serii HLT zastosowanie znajduje zjawisko magnetostrykcji. Ta bezdotykowa, zapewniająca liniowość metoda pomiaru jest wyjątkowo odporna na trudne warunki pracy, pozwala na uzyskanie bardzo wysokiej dokładności pomiaru (aż do 5 µm) w całym zakresie pomiarowym. Dla wersji do montażu wewnętrznego, brak mechanicznego kontaktu z elementem pomiarowym powoduje praktyczną bezobsługowość systemu. Zanieczyszczenia strefy pracy, wstrząsy, różnice temperatur nie wpływają negatywnie na zachowanie takiego systemu, gdyż jest on cały czas chroniony przez medium robocze/ konstrukcję siłownika.

METODA POMIARU

Pomiar magnetostrykcyjny polega na określaniu zmian właściwości materiału ferromagnetycznego (obracanie domen magnetycznych) pod wpływem działania zewnętrznego pola magnetycznego. Obrócenie domen magnetycznych powoduje powstanie odbicia fali elektromagnetycznej rozchodzącej się w magnetowodzie. Metoda pomiaru polega na pomiarze różnicy czasu pomiędzy generowanym impulsem a impulsem odbitym.

Fot. 3. HLT - podstawy pomiaru

Fot. 4. HLT 700 - zespół czujników Halla

Z powodów konstrukcyjnych magnetostrykcyjna metoda pomiaru sprawuje się doskonale dla pomiarów przemieszczeń powyżej 200 mm. Dla krótszych przemieszczeń i ograniczonej przestrzeni montażu bardziej efektywna jest metoda wykorzystująca łańcuch przetworników Halla.

KOMUNIKACJA

Fot. 5. Siłowniki HLT 2X00
HLT 2100-R1 to częściowy montaż zewnętrzny - ułatwiony dostęp do elektroniki i prostszy demontaż
HLT 2500-L2 umożliwia montaż zewnętrzny i połączenie układu pomiarowego z obiektem mierzonym za pomocą wodzika i przegubu kulowego
Wykonanie HLT 2500-F1 to płaski profil aluminiowy przeznaczony do współpracy z zewnętrznym magnesem

Dokładność pomiaru i precyzja sterowania w wysokim stopniu jest ograniczona przez typ sygnału wyjściowego. Dla analogowych sygnałów wyjściowych (np. 4...20 mA lub 0...10 V), przetwornik cyfrowo-analogowy przetwarza zmierzone przemieszczenie z rozdzielczością 12 lub 16 bitów. Jeśli dystans pomiarowy jest relatywnie krótki - np. 500 mm, to przetwornik 12-bitowy może uzyskać dokładności do 0,1 mm (16 bitów - 0,005 mm), jednak wraz ze wzrostem zakresu pomiarowego dokładność pomiaru spada. Aby długość dystansu pomiarowego nie wpływała na dokładność pomiaru, analogowy sygnał najlepiej zastąpić cyfrowym.

Dla HLT 1000 (montażu wewnątrz siłownika) typowym cyfrowym sygnałem wyjściowym jest protokół CANopen. Produkt ten jest skierowany do branży maszyn mobilnych coraz częściej używającej komunikacji CAN. HLT 2X00 - polecany do różnorodnych zastosowań stacjonarnych może być wyposażona w szereg protokołów Profibus, SSI, EtherCAT, Device Net i CAN

TYPY MONTAŻU

Montaż wewnątrz siłownika (produkty z serii HLT 1000) - wymaga wydrążenia tłoczyska, montażu odpowiednich uszczelnień oraz przewidzenia miejsca dla elektroniki. Dla pozostałych pomiarów przemieszczeń liniowych Hydac zmodyfikował używaną technologię magnetostrykcji do formy montażu zewnętrznego.

BEZPIECZEŃSTWO FUNKCJONALNE DLA HLT

Przetworniki HLT 1100 mogą zastać wykonane w specjalnych wersjach z dopuszczeniem nienaruszalności bezpieczeństwa ISO 13849 w kategorii PLd i SIL2. Dopuszczenia te zostały zrealizowane przez zastosowanie wewnętrznego systemu nadzoru poprawność działania układu przetwarzania sygnału. Dzięki temu przetworniki te mogą zostać zastosowane w aplikacjach o podwyższonych wymaganiach dotyczących bezpieczeństwa.

Bartłomiej Krulik
Grzegorz Kupiec
HYDAC Sp. z o.o.
www.hydac.com.pl