Druck- und Kraftmesstechniklösungen für die industrielle Automatisierung

Kraftmessung

FMA-Kraftmesslösungen von Honeywell basieren auf piezoresistiven Elementen, die den bestehenden physikalischen Schaltmechanismen überlegen sind. Dies, in Verbindung mit Kalibrierung, Temperaturkompensation und direkter mechanischer Kopplung, bietet über die gesamte Lebensdauer des Sensors hinweg stabile Genauigkeit. Außerdem ermöglicht die geringe Baugröße dieser Sensoren, dass sie problemlos in kompakte Produktdesigns integriert werden können, die der Markt fordert.

Druckmessung

The Amplified Basic Pressure (ABP) series of pressure sensors is useful for measuring the pressure of air or fluid lines. With a total-error-band measurement for accuracy, these sensors have all-inclusive measurement capabilities, including environmental considerations and other parameters. They’re also highly accurate, with an error rating of just ∓1.5% full-scale or ∓0.25% full-scale BFSL.

Allgemeine Leistungsmerkmale

Die digitalen Ausgänge dieser Sensoren ermöglichen die drahtlose Übertragung von Daten, was die Notwendigkeit für sperrige Kabelbäume und Verdrahtung beseitigt. Durch ihre eigenständigen Designs sind sie gegen das Eindringen von Verunreinigungen resistent, sodass sie in fast jeder anspruchsvollen Umgebung eingesetzt werden können. Aus Lebenszyklusperspektive garantieren diese Sensoren mindestens 1 Million Zyklen.

Druckmessung

Die Amplified Basic Pressure (ABP) Serie von Drucksensoren ist nützlich zur Messung des Drucks von Luft- oder Flüssigkeitsleitungen. Mit einer Gesamtfehlerbandmessung für Genauigkeit verfügen diese Sensoren über umfassende Messfähigkeiten, einschließlich Umweltüberlegungen und anderer Parameter. Sie sind auch sehr genau, mit einer Fehlerbewertung von nur ∓1,5 % des vollen Skalenwerts oder ∓0,25 % des vollen Skalenwerts BFSL.

Da die heutige Technologie in der Robotik an Komplexität und Leistung zunimmt, besteht ein wachsender Bedarf an zuverlässigeren und genaueren Sensorsystemen. Heute verfügen mehr Systeme denn je über eine geschlossene Regelung, die eine engere Systemantwort mit einer datengestützten, fehlerfreien Ausführung ermöglicht. Und mit einer nach wie vor anhaltenden globalen Pandemie wird bei der Verwendung von Robotik und vollständig autonomem Betrieb der Schwerpunkt noch stärker auf Zuverlässigkeit und Effizienz für Rückmeldesysteme gelegt. In diesem Artikel wird Honeywells Lösungsportfolio für Druck und Kraft für Robotikanwendungen untersucht, insbesondere wenn es für Verpackungs- oder Lagerbetriebs eingesetzt wird, und wie es zu größerer Präzision und Zuverlässigkeit beiträgt.

Die Sensoren von Honeywell bieten Zuverlässigkeit und hohe Genauigkeit

Traditionell wurden physische Schaltmechanismen für Feedback in Motion-Control-Plattformen verwendet. Einer der größten Nachteile dieser Methoden ist die langfristige Ermüdung, die typischerweise zu Verlust von Genauigkeit/Funktion im Laufe der Zeit führt.

Die FMA-Kraftsensoren von Honeywell (siehe Abbildung 1), die in Robotergreifern integriert werden können, um die auf Gegenstände ausgeübten Kräfte zu identifizieren und so ein sicheres/genaues Greifen zu gewährleisten, wurden speziell entwickelt, um dieses Problem zu lösen. Aufgrund der piezoresistiven Elemente, der Kalibrierung, der Temperaturkompensation und der direkten mechanischen Kopplung, einschließlich von Schläuchen, Membran oder Kolben, bieten die FMA-Sensorsensoren eine langfristige, wiederholbare Leistung mit einer zuverlässigen mechanischen Schnittstelle. Die Ermüdung beeinträchtigt nicht die Messungen, was zu weniger Ausfallzeiten und höherer Produktivität im Vergleich zu anderen ähnlichen Sensoren wie Federsensoren führt.

Speaking of temperature compensation, the Amplified Basic Pressure (ABP) series of pressure sensors (normally used for measuring pressure of air or fluid in lines for control, power, or lubrication) provides a more comprehensive measurement of performance over its compensated temperature range. While most sensing platforms advertise accuracy specifications that do not include environmental considerations and other parameters, the ABP series includes a single specification for accuracy that is all-inclusive, called total error band (TEB). This specification is the worst error that the sensor could experience, which, for this series, is an industry-leading ±1.5% full-scale with ±0.25% full-scale best-fit straight line (BFSL). Figure 2 demonstrates the difference between BFSL and TEB while also showing the TEB over the total compensated pressure range. This fully characterized output and accuracy minimizes testing and calibration for each sensor and configuration, which, in turn, reduces manufacturing costs and improves system-to-system variability. It also allows for more flexibility of sensor interchangeability due to the minimal part-to-part variation.

Während die ABP-Serie plattenbasierte Konfigurationen unterstützt, bietet die Media Isolated Pressure (MIP) Serie von verpackten Drucktransducern (in Abbildung 3 gezeigt) Schwerlastmessungen in einer kompakten, aus Edelstahl gefertigten, hermetisch abgedichteten Konstruktion. Der Sensor ist für raue Umgebungen mit weitem Messbereich ausgelegt und hat, wie die ABP-Serie, einen beeindruckenden TEB von bis zu ±0,75 % des vollen Skalenwerts mit ±0,15 % des vollen Skalenwerts BFSL über einen Temperaturbereich von –40 °C bis 125 °C. Aufgrund seiner Robustheit kann er zuverlässig in Anwesenheit von elektromagnetischen Feldern arbeiten und unterstützt fast jede Art von Flüssigkeits- und Gasmedien ohne die Verwendung einer internen Dichtung. Sein breites Anwendungsspektrum und seine Betriebsmilieus umfassen industrielle Pumpen, HVAC-Systeme, Hydraulik, Transport und medizinische Systeme.

Weitere Vorteile der Geräte der Serien FMA, ABP und MIP

Während Anwendungen wie Verpackungsrobotik stark von verbesserter Zuverlässigkeit und Genauigkeit profitieren, gibt es viele andere Merkmale, die ebenfalls berücksichtigt werden sollten.

Die FMA Micro-Kraftsensoren beispielsweise haben ein sehr kompaktes Design (4,5 × 5 × 2,15 mm), was in räumlich begrenzten Konfigurationen wie Greifbaugruppen hilfreich ist. Zudem ermöglicht ihr digitaler Ausgang (I2C oder SPI) den Designern, die drahtlose Übertragung zu Controllern zu integrieren, was die Notwendigkeit für sperrige Kabelbaugruppen und -führungen vermeidet. Zusätzlich zur drahtlosen Übertragung erlaubt die digitale Schnittstelle auch, dass der Sensor direkt in kundenspezifische Schaltungen gesteckt oder mit integrierter Verarbeitung verbunden wird, ohne dass eine größere Neugestaltung erforderlich ist. Diagnostische Funktionen ermöglichen es dem Benutzer außerdem, festzustellen, ob der Sensor korrekt arbeitet, indem interne Kurzschlüsse oder Unterbrechungen erkannt werden, was erheblich zur Fehlerbehebung im System beiträgt. Der Kraftsensor kann das Dreifache seines Kraftbereichs aushalten, ohne dass dies seine Genauigkeit und Wiederholbarkeit innerhalb des normalen Betriebsbereichs beeinträchtigt.

ABP-Drucksensoren bieten auch eine digitale Schnittstelle (24-Bit-I2C oder SPI), die flexible, kundenspezifische Verbindungen sowie eine IoT-fähige Schnittstelle ermöglicht. Die Serie bietet zudem einen sehr großen Bereich an Druckbereichen und mechanischen Schnittstellen, die sowohl Trocken- als auch Flüssigmedien unterstützen. Dies bietet eine Vielzahl von Optionen und hilft dabei, speziell für die Anforderungen an Bereich und Genauigkeit der Anwendung zu entwerfen. Darüber hinaus trägt der extrem niedrige Stromverbrauch (typischerweise nur 0,01 mW im Durchschnitt bei einer Messfrequenz von 1 Hz) dazu bei, in systemen mit begrenzter Energie zu arbeiten.

Und MIP-Sensoren können in nahezu jeder anspruchsvollen Umgebung betrieben werden, mit bemerkenswerten Eigenschaften wie Langzeitstabilität, Isolationswiderstand und Durchschlagfestigkeit, externer Frost-Tau-Beständigkeit und exzellenter EMV-Leistung. Während sie eine zuverlässige Option für den Designer bieten, bieten sie auch einen großen Wert. Mehrere Konfigurationsmöglichkeiten bieten Flexibilität in der Anwendung ohne anfängliche NRE- oder Werkzeugkosten. Und in kritischen Anwendungen helfen interne Diagnosen, interne und externe Ausfallmodi zu bestimmen.

Neben den oben aufgeführten Merkmalen haben alle Sensoren dieser Serien eine umfangreiche Lebensdauer in Bezug auf die Zyklen. Die FMA- und ABP-Sensoren garantieren mindestens 1 Million Zyklen, während die MIP-Geräte über 10 Millionen Druckzyklen bieten können.

Anwendungen, Beispiele und Referenzmaterial

Für Designer, die zusätzliche Informationen und Unterstützung zur Integration dieser Sensoren in eine Anwendung benötigen, bietet Honeywell Dokumentationen zu Installation, digitalen/analogen Schnittstellen, Sensorauswahl, Richtlinien zu Umgebungsvariablen, Kalibrier- und Diagnosefunktionen/-gleichungen, Pseudocode-Beispiele und die Nutzung vieler weiterer Funktionen.

Abbildung 4 zeigt beispielsweise ein Flussdiagramm für die ABP-Serie von Sensoren, das darstellt, wie eine Auto-Zero-Kalibrationsroutine mit Korrektur implementiert wird. Dies ist aus ihrem technischen Hinweis zur Auto-Zero-Kalibrierung entnommen. Es zeigt auch einige echte Daten, die das Vorher und Nachher dieser Routine für Anwendungen mit einem großen Offset beschreiben.

Für den FMA-Sensor gibt es viele technische Dokumente, die sowohl bei der elektrischen als auch der mechanischen Integration unterstützen. Die technische Notiz zur Microforce-Sensor-Kopplung beschreibt die optimale mechanische Kopplung des Sensors mit dem Rest Ihres Systems und enthält Hinweise zu häufigen Kopplungs- und Montageproblemen sowie Beispiele und die dazugehörigen Gleichungen. Abbildung 5 zeigt ein Diagramm der optimalen Ausrichtung dieses Sensors.

Wie bei den ABP- und FMA-Sensoren gibt es auch für den MIP-Sensor zahlreiche unterstützende Dokumente, die eine einfache Integration in eine kundenspezifische Konfiguration erleichtern, wie z. B. Anwendungsnotizen, die beschreiben, wie der MIP-Sensor zur kontinuierlichen Überwachung und Rückmeldung von Systemdrücken verwendet werden kann (Abbildung 6). Im folgenden Beispiel wird die Sensorablesung verwendet, um den Kältemittelfluss zu steuern und zu regulieren und gleichzeitig Messwerte an den Verdampfer- und Verdichterausgängen bereitzustellen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in der Industrieautomatisierung der Bedarf an zuverlässigeren und präziseren Systemen wächst, da Produktion und Betrieb zunehmend von Robotik abhängig werden, insbesondere unter besonderen Umständen wie einer globalen Pandemie. Zuverlässigkeit bedeutet in der Regel langlebigere und wartungsärmere Systeme, während höhere Genauigkeit eine effizientere und robustere Betriebsweise ermöglicht. Honeywells Druck- und Kraftsensorplattformen wurden speziell entwickelt, um diesen Bedürfnissen gerecht zu werden, und viele unterstützende Dokumente können für die Designimplementierung von der Ideenfindung bis zur mechanischen Integration herangezogen werden. Erfahren Sie, wie diese Sensorplattformen das Design Ihres Systems heute verbessern können.