Soluzioni di rilevamento della pressione e della forza per l'automazione industriale

Sensibilità alla Forza

Le soluzioni di rilevamento della forza FMA di Honeywell si basano su elementi piezoresistivi, che sono superiori rispetto ai tradizionali meccanismi di commutazione fisica. Questo, unito alla calibrazione, alla compensazione della temperatura e al collegamento meccanico diretto, garantisce un'accuratezza stabile per tutta la durata del sensore. Inoltre, le dimensioni ridotte del case rendono questi sensori facilmente integrabili nei design compatti dei prodotti richiesti dal mercato.

Sensore di Pressione

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.

Caratteristiche Generali di Prestazione

Le uscite digitali di questi sensori consentono la trasmissione wireless dei dati, eliminando così la necessità di ingombranti cablaggi e fili. Grazie a progetti autonomi, sono resistenti all'ingresso di contaminanti, il che li rende utilizzabili praticamente in qualsiasi ambiente difficile. Dal punto di vista del ciclo di vita, questi sensori garantiscono almeno 1 milione di cicli.

Sensore di Pressione

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.

As today’s technology in robotics increases in complexity and performance, there is a growing need for more reliable and accurate sensing systems. More systems today have closed-loop control than ever before, providing a tighter system response with more data-driven, error-free operation. And with a global pandemic that is still in effect, the use of robotics and full autonomy puts an even greater emphasis on reliability and efficiency for feedback systems. This article will explore Honeywell’s pressure and force solution portfolio for robotics applications, specifically when used for packaging or warehouse operation, and how it brings greater precision and reliability.

I sensori di Honeywell offrono affidabilità e alta precisione

Tradizionalmente, nei sistemi di controllo del movimento sono stati utilizzati meccanismi di commutazione fisica per il feedback. Uno dei principali limiti di queste metodologie è l'affaticamento a lungo termine, che solitamente porta alla perdita di precisione/funzione nel tempo.

I sensori di forza FMA di Honeywell (mostrati in Figura 1), che possono essere integrati in pinze robotiche utilizzate per aiutare a identificare le forze applicate sugli oggetti per garantire una presa sicura e accurata, sono stati sviluppati specificamente per affrontare questo problema. Grazie agli elementi piezoresistivi, alla calibrazione, alla compensazione della temperatura e al collegamento meccanico diretto che include tubazioni, membrane o pistoni, la serie di sensori di forza FMA offre prestazioni ripetibili e a lungo termine con un'interfaccia meccanica affidabile. L'usura non influisce sulle rilevazioni, il che si traduce in minori tempi di inattività e maggiore produttività rispetto ad altri sensori simili, come le molle.

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.

Mentre la serie ABP supporta configurazioni a livello di scheda, la serie di trasduttori di pressione Media Isolated Pressure (MIP) (mostrata nella Figura 3) offre misurazioni robuste in una costruzione compatta, in acciaio inox, ermeticamente sigillata. Il sensore è progettato per ambienti difficili con ampi intervalli e, come la serie ABP, presenta un impressionante TEB fino a ±0,75% su scala completa con ±0,15% su scala completa BFSL su un intervallo di temperatura che va da –40˚C a 125˚C. Grazie alla sua robustezza, può operare in modo affidabile in presenza di campi elettromagnetici, supportando al contempo quasi ogni tipo di liquido e gas senza l'uso di una guarnizione interna. Il suo ampio spettro di applicazioni e ambienti operativi include pompe industriali, sistemi HVAC, idraulica, trasporti e sistemi medicali.

Ulteriori vantaggi dei dispositivi delle serie FMA, ABP e MIP

Sebbene applicazioni come la robotica per l'imballaggio traggano grande vantaggio da una maggiore affidabilità e precisione, ci sono molte altre caratteristiche che dovrebbero essere considerate.

The FMA micro force sensors, for instance, come in a very compact footprint (4.5 × 5 × 2.15 mm), which helps in space-constrained configurations like gripping assemblies. Also, their digital output (I2C or SPI) enables designers to incorporate wireless transmission to controllers, preventing the need for bulky cable assemblies and routing. In addition to wireless transmission, the digital interface also allows the sensor to be directly plugged into custom circuitry or interfaced to embedded processing without any major redesign needed. And diagnostic functions allow the user to determine if the sensor is working correctly by detecting internal shorts or opens, which greatly helps in resolving system errors and faults. The force sensor can withstand up to 3× its force range without any impact to its accuracy and repeatability (within the normal operating range).

I sensori di pressione ABP offrono anche un'interfaccia digitale (I2C o SPI a 24 bit) che consente connessioni flessibili e personalizzate, oltre a un'interfaccia pronta per l'IoT. Inoltre, la serie offre un'ampia gamma di intervalli di pressione e interfacce meccaniche che supportano sia i gas secchi che i media liquidi. Questo offre una varietà di opzioni, aiutando nella progettazione specifica basata sui requisiti di intervallo e precisione dell'applicazione. Inoltre, il consumo energetico ultra-basso (pari a soli 0,01 mW di potenza media tipica alla frequenza di misurazione di 1 Hz) risulta utile nei sistemi con limitazioni energetiche.

E i sensori MIP possono operare praticamente in qualsiasi ambiente gravoso, con caratteristiche notevoli come stabilità a lungo termine, resistenza all'isolamento e robustezza dielettrica, resistenza a cicli di congelamento-scongelamento esterni ed eccellenti prestazioni EMC. Pur offrendo un'opzione affidabile per il progettista, garantiscono anche un grande valore. Le molteplici possibilità di configurazione offrono flessibilità d'uso nell'applicazione, senza costi iniziali per NRE o per attrezzature. E nelle applicazioni critiche, la diagnostica integrata aiuta a determinare le modalità di guasto interne ed esterne.

Oltre alle caratteristiche elencate sopra, ciascuna di queste serie di sensori ha una durata di vita estesa in termini di cicli. I sensori FMA e ABP garantiscono almeno 1 milione di cicli, mentre i dispositivi MIP possono raggiungere oltre 10 milioni di cicli di pressione.

Applicazioni, esempi e materiale di riferimento

Per i designer che necessitano di ulteriori informazioni e supporto su come integrare questi sensori in un'applicazione, Honeywell fornisce documentazione sull'installazione, interfacce digitali/analogiche, selezione dei sensori, guida sulle variabili ambientali, funzioni/equazioni di calibrazione e diagnostica, frammenti di pseudocodice e informazioni su come sfruttare molte altre funzionalità.

Figura 4, ad esempio, mostra un diagramma di flusso relativo alla serie di sensori ABP su come implementare una routine di calibrazione auto-zero con correzione. Questo è tratto dalla loro nota tecnica sulla calibrazione auto-zero. Inoltre, mostra alcuni dati reali che descrivono il prima e il dopo di questa routine per applicazioni con un grande offset.

Per il sensore FMA, esistono molti documenti tecnici utili per assistere sia nel processo di integrazione elettrica che meccanica. La nota tecnica sul Microforce Sensor Coupling descrive il modo migliore per accoppiare meccanicamente il sensore al resto del sistema, includendo indicazioni sui problemi comuni di accoppiamento e montaggio, nonché esempi e le relative equazioni di supporto. La Figura 5 mostra un diagramma visivo dell'allineamento ottimale di questo sensore.

Come per i sensori ABP e FMA, anche il sensore MIP dispone di numerosi documenti di supporto per facilitarne l'integrazione in una configurazione personalizzata, come le note applicative che descrivono come il sensore MIP può essere utilizzato per fornire monitoraggio continuo e feedback sulle pressioni del sistema (Figura 6). Nell'esempio seguente, la lettura del sensore viene utilizzata per contribuire a controllare e regolare il flusso del refrigerante, fornendo al contempo rilevazioni sulle uscite dell'evaporatore e del compressore.

Per concludere, nel settore dell'automazione industriale c'è una crescente esigenza di sistemi più affidabili e ad alta precisione, poiché la produzione e le operazioni dipendono sempre più dalla robotica, specialmente in circostanze particolari come una pandemia globale. L'affidabilità si traduce generalmente in sistemi più duraturi e con minori esigenze di manutenzione, mentre una maggiore precisione consente operazioni più efficienti e robuste. Le piattaforme di rilevamento di pressione e forza di Honeywell sono state sviluppate specificamente per rispondere a queste esigenze, e sono disponibili numerosi documenti di supporto che possono essere consultati per l'implementazione del design, dalla concezione dell'idea fino all'integrazione meccanica. Scopri come queste piattaforme di rilevamento possono migliorare il design del tuo sistema oggi stesso.