今天的气动气缸是紧凑,可靠,和成本效益的原动机的自动化设备。不幸的是,它们通常配备不可靠的簧片或霍尔效应开关,在气缸本身的使用寿命耗尽之前就会发生故障。气动气缸的寿命往往涉及到更换失效的气缸位置开关的持续努力和安装成本。因此,一些原始设备制造商和终端用户已经完全放弃了磁缸开关,转而采用更可靠但更昂贵和笨重的外部感应接近传感器、支架和固定或可调节的金属靶。一定有更好的办法!

一种位置传感技术是安装外部机电限位开关或感应接近开关,检测机器移动部件上的金属标志。这种方法的缺点包括支架和相关硬件的成本和复杂性,调整的难度,以及整体组装的物理尺寸增加。

一种更流行和更广泛使用的方法是将磁性开关或传感器安装在气缸的侧面,或安装在气缸内挤出的槽中。通过气动气缸的铝壁,磁场传感器检测到安装在运动活塞上的内部磁铁。在大多数应用中,磁传感器提供任意方向的行程结束检测;然而,沿着圆柱体长度安装多个传感器可以检测多个离散位置。

最简单的磁场传感器是簧片开关。该装置由两个扁平的铁磁镍和铁簧片元件组成,封装在一个密封的玻璃管中。玻璃管被抽真空到一个高真空,以减少接触电弧。当一个轴向磁铁靠近时,簧片元件吸引磁通量线并被磁力吸引在一起,从而完成一个电路。磁铁必须有足够强的高斯额定值,通常超过50高斯,以克服簧片元件的返回力,即弹簧记忆。

簧片开关的优点是成本低,不需要备用电源,可以在交流和直流负载下工作。然而,簧片开关操作相对较慢,因此在某些高速应用中可能响应不够快。由于它们是带有活动部件的机械装置,所以在最终失效之前,它们有有限数量的操作循环。切换高电流负载会进一步缩短它们的寿命。

霍尔效应传感器是固态电子器件。它们由一个电压放大器和一个驱动开关输出的比较电路组成。用霍尔效应传感器替换簧片开关似乎是一个简单的解决方案,然而,为簧片开关设计的圆柱体的磁场方向可能是轴向的,而霍尔效应传感器的方向是径向的。结果呢?当轴向磁铁激活霍尔效应传感器时,霍尔效应传感器可能无法正常工作。最后,一些便宜的霍尔效应传感器很容易发生双开关,这是因为传感器将检测磁体的两个极点,而不是简单的一个或另一个。

如今,固态磁场传感器可以使用磁阻(AMR)或巨磁阻(GMR)技术。与AMR技术相比,GMR传感器对磁场的反应更为强劲,至少达到10%。

AMR磁阻传感器的工作原理很简单:当磁场存在时,传感器元件的电阻发生变化,从而改变流过传感器元件的偏置电流的流动。比较电路检测电流的变化并切换传感器的输出。

除了坚固耐用的固态结构之外,磁阻传感器还具有更好的抗噪性、更小的物理尺寸、更小的误脱扣敏感性、速度和更低的机械迟滞(从相反方向接近传感器时开关点的差异)。高质量的磁阻传感器制造商集成了额外的输出保护电路,以提高整体电气稳健性,如过载保护、短路保护和反向连接保护。一些制造商还提供传感器的终身保修。

多年来,由于簧片开关故障率高,许多用户已经放弃使用簧片开关,转而使用机械或感应传感器来检测气缸位置。然而,AMR和GMR传感器更小、更快、更容易集成,也更可靠;他们必须克服前任留下的耻辱。随着传感器技术的巨大进步,AMR和GMR传感器现在应该被认为是检测气缸位置的主要解决方案。