LinACE™ vs. magnetostrictive encoders with SSI output
LinACE™ und magnetostriktive Sensoren können in den gleichen Anwendungen eingesetzt werden. Es gibt jedoch einige wichtige Unterschiede zwischen ihnen.
Magnetostriktive Sensoren nutzen das Prinzip der Magnetostriktion für die Positionsbestimmung. Sie bestehen aus einem ferromagnetischen Wellenleiter, einem Positionsmagneten, einen Bereich mit Dämpfung und einem Torsionsimpulswandler mit Messelektronik. Ein Stromimpuls wird in den Wellenleiter geleitet, welcher ein radiales Magnetfeld erzeugt. Die Interaktion mit dem Magnetfeld, das von dem beweglichen Positionsmagneten erzeugt wird,
löst einen Torsionsimpuls aus, der den Wellenleiter in beide Richtungen entlangläuft. An einem Ende des Leiters wird der Impuls abgeschwächt, während er am anderen Ende durch den Torsionsimpulswandler in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.
Anhand der Zeit, die zwischen dem Auslösen des Stromimpulses und dem Empfang des elektrischen Signals vergeht, lässt sich die exakte Position des Positionsmagneten berechnen.
Der LinACE Sensor ist ein Encoder bzw. Abtastkopf, der mit einem Code-Träger oder einer Maßverkörperung, welche die Position codiert, gekoppelt ist. Die codierte Welle dient als Maßverkörperung.
Der LinACE Abtastkopf liest die codierte Welle und wandelt die codierte Position in ein digitales Signal um. Es handelt sich um ein vollabsolutes Messsystem (auch „Encoder“ oder „Drehgeber“ genannt). Es ist mit verschiedenen Ausgangsoptionen (asynchron-seriell, PWM, SSI und BiSS) erhältlich und bietet eine Reihe wählbarer Auflösungen von 10 µm bis 0,5 µm bei Geschwindigkeiten bis zu 5 m/s.
Welche Vorteile haben LinACE Wegmesssysteme gegenüber magnetostriktiven Sensoren?
- Hohe Genauigkeit
- Kompakte Baugröße
- Vibrationsbeständigkeit
- Geringe Temperaturdrift
- Weiter Betriebstemperaturbereich
Nähere Informationen zu LinACE erhalten Sie auf der LinACE Website.
Hohe Genauigkeit
LinACE Messsysteme sind einer Auflösung von 10 µm bis 0,5 µm und einer Genauigkeit von ±100 µm bis ±5 µm erhältlich. Eine Genauigkeit von ±5 µm ist für Messlängen bis zu 100 mm erhältlich. Eine Genauigkeit von ±10 µm ist für Messlängen bis 450 mm verfügbar.
Das folgende Diagramm zeigt die typische Genauigkeit für eine Messlänge von 100 mm und eine Genauigkeit von ±5 µm.
LinACE Genauigkeitsdiagramm
Allerdings müssen wir die Temperaturdrift aufgrund der thermischen Ausdehnung der codierten Welle und des Aluminiumgehäuses berücksichtigen.
Magnetostriktive Messsysteme können ebenfalls eine Auflösung von 0,5 µm haben. Bei magnetostriktiven Messsystemen wird jedoch die Linearität und nicht die Genauigkeit angegeben. Für Längen bis 500 mm beträgt die typische Linearität ±40 µm bzw. ±50 µm.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Temperaturdrift bei magnetostriktiven Sensoren auch höher ist als beim LinACE, wie in einem der folgenden Abschnitte beschrieben wird.
Kompakte Baugröße
LinACE hat eine Abtastkopflänge von 29 mm bis max. 40 mm und einen Durchmesser von max. 35 mm. An den Enden gibt es keinen Bereich mit Dämpfung. Die gesamte Länge einer codierten Vollwelle aus Stahl kann zur Positionsmessung verwendet werden.
Magnetostriktive Messwertaufnehmer haben eine typische Sensorkopflänge von etwa 80 mm, einen Abstand vom Sensorkopf zur Nullposition von 25 bis 50 mm und einen Dämpfungsbereich von 60 mm am Ende des Sensorstabs. Die Messlänge des Aufnehmers beträgt somit insgesamt + 150 bis 200 mm. Der Querschnitt des Sensorkopfes kann dagegen fast 50 mm betragen.
Bauform eines LinACE Messsystems und magnetostriktiven Messwertaufnehmers im Vergleich
Vibrationsbeständigkeit
Das LinACE Messsystem ist stoß- und vibrationsbeständig. Die Position des Drehgebers bleibt auch dann erhalten, wenn sich die Welle während der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung dreht.
Magnetostriktive Messsysteme basieren auf einem Torsionsimpuls, der den Wellenleiter entlangläuft. Das macht sie empfindlich für Vibrationen.
Geringe Temperaturdrift
Bei Temperaturschwankungen ist mit einer gewissen Positionsdrift zu rechnen. Magnetostriktive Messwertaufnehmer weisen in der Regel eine Temperaturdrift von etwa 10 µm/K bei kleineren Messbereichen und von 15 ppm/K bis 35 ppm/K bei größeren Messlängen auf.
Die LinACE Positionsmessung reagiert nur auf Temperaturänderungen aufgrund der thermischen Ausdehnung der codierten Welle aus hochfestem Stahl und des Abtastkopfgehäuses aus Aluminium. Diese bewegt sich normalerweise im thermischen Ausdehnungsbereich des Maschinenrahmens.
Temperaturkoeffizient/Drift
Weitere Vorteile von LinACE
a) Weiterer Betriebstemperaturbereich
The temperature range of LinACE extends from -30°C to +105°C, whereas most magnetostrictive sensors stop at 85°C. This makes LinACE suitable for a wide range of applications.
b) Geringe Hysterese
Bei LinACE ist die Hysterese geringer als eine Einheit der Auflösung, während die typische Hysterese bei magnetostriktiven Sensoren etwa 10 µm beträgt.
c) Geringere Leistungsaufnahme
Die Stromaufnahme beträgt sowohl beim LinACE System als auch bei magnetostriktiven Sensoren etwa 100 mA. LinACE hat jedoch eine Versorgungsspannung von 5 V, während die magnetostriktiven Sensoren 24 V benötigen. Der Stromverbrauch des LinACE Systems ist daher im Vergleich zu magnetorestriktiven Sensoren vier- bis fünfmal niedriger.
Spezifikationen im Vergleich
| LinACE | Magnetostrictive | |
| Messlänge | Von 20 mm bis 450 mm | Von 50 mm bis > 4.000 mm |
| Länge des Messsystems | Messlänge + 29 mm bis 40 mm | Messlänge + 150 mm bis 200 mm |
| Auflösung | To 0.5 μm (>15 bit on 20 mm range) | To 0.5 μm |
| Genauigkeit | To ±5 μm | ±50 μm |
| Hysterese | Geringer als eine Einheit der Auflösung | <10 μm |
| Abtastfrequenz | 4 kHz | 1 kHz |
| Ausgang | Asynchron-seriell, PWM, SSI, BiSS | Analog, SSI, ProfiNet, CANopen |
| Versorgungsspannung | 5 V | 24 V |
| Stromverbrauch | Typ. 0,5 W* Max. 0,6 W* | 2,1 W bis 3,6 W |
| IP-Schutz | IP40 | IP68 |
| Temperatur | Von -30 °C bis +105 °C | From –40 °C to +85 °C |
| Vibrationsbeständigkeit | 40 g (Stoßfestigkeit 100 g) | 10 g bis 20 g |
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