Hall-Effekt-Sensoren unterstützen industrielle Echtzeitanwendungen

Texas Instruments hat den ersten einer neuen 3D-Familie vorgestellt Hall-Effekt-Positionssensoren für die Echtzeitsteuerung in der Fabrikautomation und in Motorantriebsanwendungen.

Texas Instruments hat mit dem TMAG5170 das erste Gerät einer neuen Familie von 3D-Hall-Effekt-Positionssensoren für die Echtzeitsteuerung in Fabrikautomatisierungs- und Motorantriebsanwendungen vorgestellt. Der Sensor wird dafür beworben, dass er integrierte Funktionen und Diagnose bietet, um die Designflexibilität und Systemsicherheit zu maximieren und gleichzeitig Energie zu sparen.

Magnetsensoren, einschließlich Hall-Effekt-Sensoren und andere Technologien, haben konstruktive Vor- und Nachteile. Eine Einschränkung ist der Kompromiss zwischen extrem hoher Genauigkeit und 3D-Gerätedurchsatz. Stabile Sensoren wandern beispielsweise nicht bei Änderungen von Temperatur, Umgebungsbedingungen oder gar Magnetfeldern. Normalerweise ist es einfach, eine der beiden Methoden zu verbessern, aber nicht beide.

Laut TI soll der 3D-Hall-Effekt-Positionssensor TMAG5170 diese Beziehung verbessern, indem er eine hohe Präzision bei gleichzeitig höherem Durchsatz bietet. „Dieser höhere Durchsatz hat Übertragungseffekte, wie z. B. einen viel geringeren Stromverbrauch, wenn die volle Geschwindigkeit des Geräts nicht benötigt wird“, sagte Steven Loveless, Marketing- und Anwendungsmanager von TI für Positionserfassungsprodukte.

Automatisierte Lagerroboter. (Quelle:TI)

Positionssensoren
Positionserfassung ist in hochleistungsfähigen automatisierten Systemen, die Bewegungen regulieren, praktisch universell einsetzbar, und die Positionserfassungstechnologie wirkt sich direkt auf die Systemkosten und -leistung aus. Sensorgenauigkeit, Geschwindigkeit, Leistung und Anpassungsfähigkeit gehören zu den Faktoren, die bei der Auswahl des optimalen Positionserfassungssystems berücksichtigt werden. Absolute Positionsmessungen mit linearen Mehrachsen-Positionssensoren mit Hall-Effekt sollten genau, schnell und zuverlässig sein. Das Ergebnis ist eine präzise Echtzeitsteuerung.

Ein wichtiger Aspekt beim Einsatz eines 3D-Hall-Effekt-Sensors ist, dass jeder Magnet, der sich im freien Raum um den Sensor herum bewegt, leicht erkannt und überwacht werden muss. Das Magnetfeld, das einen Magnetpol umgibt, ist typischerweise symmetrisch, was bedeutet, dass an vielen Stellen die gleiche Eingangsbedingung erzeugt werden könnte. Um die absolute Position richtig zu identifizieren, erfordert diese Funktion eine sorgfältige Konstruktion, um sicherzustellen, dass jede Änderung der magnetischen Flussdichte genutzt werden kann, um die Bewegung des Magneten zu unterscheiden.

Echtzeitsteuerung
In intelligenten Fabriken müssen hochautomatisierte Systeme innerhalb eines integrierten Fertigungsflusses funktionieren und gleichzeitig Daten sammeln, um den Betrieb zu regulieren. Um eine Echtzeitsteuerung für höhere Effizienz und reduzierte Ausfallzeiten bereitzustellen, benötigen automatisierte Geräte eine 3D-Positionserfassungstechnologie.

„Systeme, die Positions- oder Bewegungsfeedback in der Automatisierung nutzen, sind oft sehr dynamisch und müssen schnell und effizient auf unterschiedliche Last-, Geschwindigkeits- und andere Faktoren reagieren“, sagte Loveless. Der neue TI-Sensor wurde entwickelt, um diese dynamischen Bedingungen genauer zu messen und den Systemen zu helfen, schneller auf diese Echtzeitänderungen zu reagieren“, fügte er hinzu.

TI sagte, dass sein TMAG5170 einen Gesamtfehler von 2,6 Prozent bei Raumtemperatur mit einer Gesamtfehlerdrift von nur 3 Prozent bietet. Der Sensor unterstützt Messungen bis zu 20 kSPS für einen Durchsatz mit geringer Latenz bei mechanischer Hochgeschwindigkeitsbewegung.

Es macht auch Off-Chip-Berechnungen überflüssig und ermöglicht variable Sensor- und Magnetorientierungen, indem es Funktionen wie eine Winkelberechnungs-Engine, Messwertmittelung sowie Verstärkungs- und Offsetkorrektur enthält. Unabhängig von der Sensorplatzierung, sagte TI, dass diese Eigenschaften das Design vereinfachen und die Systemanpassungsfähigkeit verbessern, was schnellere Regelkreise, geringere Systemlatenzzeiten und eine einfachere Softwareentwicklung ermöglicht. Die integrierten Berechnungsfunktionen des Sensors senken außerdem die Verarbeitungslast des Systems um bis zu 25 %, sodass Ingenieure mit universellen Mikrocontrollern wie den stromsparenden MSP430TM-MCUs von TI die Kosten senken können.

Im folgenden Diagramm wird die genaue Winkelposition der Motorwelle durch den Hall-Effekt-3D-Linearpositionssensor überwacht und beeinflusst direkt die Systembandbreite und Latenz bei der Auswertung von Feedback-Elementen. Die Gesamtgeschwindigkeit der Rückkopplungsschleife kann durch die Verwendung eines Sensors erhöht werden, der Messungen mit hoher Bandbreite durchführen kann, was zu einer verbesserten Systemleistung führt.

Ein Beispiel für eine TMAG5170-Anwendung. (Quelle:TI)

Der Stromverbrauch ist ein wichtiger Aspekt bei der Auswahl eines Positionssensors, einschließlich seiner Batterie oder seines Energiemanagementsystems. Sensoren mit Low-Power-Betriebsmodi wie Wake-up-, Sleep- und Deep-Sleep-Modi werden häufig in batteriebetriebenen Systemen oder Plattformen verwendet, die eine Low-Power-Quelle verwenden, um den Stromverbrauch im Vergleich zum Durchsatz zu optimieren. Laut TI steigern die verschiedenen Arbeitsmodi und Abtastraten des TMAG5170 die Energieeffizienz um bis zu 70 Prozent und ermöglichen eine optimale Leistungsnutzung über einen Abtastbereich von 1 bis 20 kHz für batteriebetriebene Geräte oder Modi für leichte Nutzung, wenn die Systemeffizienz niedrig ist eine wichtige Überlegung.

Magnetische und mechanische Designs können auch von der Verwendung flexibler linearer 3D-Hall-Effekt-Sensoren mit variablen magnetischen Empfindlichkeitsstufen und Temperaturkorrekturoptionen profitieren. Sicherheit und verbesserte Diagnose werden immer wichtiger, um Anlagenstillstände zu vermeiden und die Fertigungsqualität zu verbessern, da automatisierte Systeme zunehmend neben dem Menschen arbeiten. Daher sind Präzision, Geschwindigkeit, Leistung und Anpassungsfähigkeit der Positionssensoren und der von ihnen erzeugten Daten wichtige Designüberlegungen.

>> Dieser Artikel wurde ursprünglich auf unserer Schwesterseite EE Times veröffentlicht.

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