如何正确选择定制化磁传感器?

任何磁传感器系统的成功都取决于设计工程师能否完全掌握整个系统的独特参数、要求和约束。

  如何选择正确的磁传感器?任何磁传感器系统的成功都取决于设计工程师能否完全掌握整个系统的独特参数、要求和约束。除了回答“该传感器必须做什么”这一必不可少的问题外,搞清楚传感器工作的环境也很重要。必须弄懂温度、湿度、紫外线以及与其他系统组件的接近程度等变量,以确保能够正确选择传感器。

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  但是,如果在设计过程中传感器的选择只是原始设备制造商的事后考虑,则可能必须开发或修改专用传感器以满足执行器系统设计的特定要求,不然可能会导致高昂的成本。大多数工程师面临着完成设计的困境,如果发现设计的关键组成部分被忽略了,然后不得不回到制图板或CAD工作站以找出一种使所有设计都适合的方法,这个过程会非常耗时耗力。因此在设计执行器系统之前,在无法避免使用自定义传感器的情况下, 先考虑所有可能影响传感器性能的潜在因素,同时始终将注意力集中在整个系统设计上,这将更加明智且成本更低。

  一、环境注意事项:了解周围环境

  有几种环境因素可能会影响磁传感器的性能。在选择过程中,了解这些因素中的任何一个因素对传感器的影响至关重要,这将有助于工程师采取预防措施以确保电路设计的完整性。

  温度:超过100℃的工作和存储温度可能会降低传感器和磁体的性能。霍尔效应传感器的最高温度限制范围为85℃至150℃,一旦超过最大温度值,传感器将失去校准,并且不会对磁场做出适当的响应,高达150℃的温度对簧片开关的性能影响很小。

  湿度:某些情况下,湿度会极大地影响磁性材料和潜在涂层的选择,一些磁铁材料(例如钕)对水分非常敏感,并且会因铁随水分降解而分解。

  冲击和振动:需要考虑这些动态力,舌簧开关可能会受到高G力的不利影响,并可能需要叶片的特殊方向。

  紫外线:对于室外安装,考虑用于传感器的塑料应能够承受长时间的紫外线照射,工程师应检查是否有任何特殊的验证性能标准。

  热冲击:建议进行热冲击测试以验证传感器设计并确保其长期性能,通常在-40℃至+ 105℃的宽温度范围内进行该测试,高温甚至可能达到+ 150℃,如果包装不当,材料可能会在高应力下降解。应分析塑料和灌封材料的热膨胀系数,以确保它们在整个温度范围内与传感器中的开关组件兼容。

  二、机械方面的问题:了解传感器的空间要求

  设计工程师应查看3D CAD模型,该模型显示原始设备制造商系统中传感器和磁性执行器所在的区域,以便可以清楚地了解传感器在给定空间中将如何工作,该过程将帮助工程师为系统选择最佳的传感器和电磁执行器设计。为了了解应用程序的机械约束,设计工程师应该问自己以下问题:

  传感设备是否有可能影响包装设计和安装方法的特定方向?

  传感器和执行器都有空间吗?是否存在尺寸限制?

  传感器和执行器之间所需的激活和去激活距离是否允许磁体相对于传感器正确定向?

  是否应考虑满足机械要求的特殊材料?热塑性和有色金属等级是用于容纳磁传感器(如簧片或霍尔效应传感器)的常用材料。

  另外,需要用灌封材料来保护簧片和霍尔效应开关,有许多等级的环氧树脂或聚氨酯可用于灌封材料,环氧树脂通常是传感器保护的首选,因为它们在很宽的温度范围内都具有稳定性。

  三、电气因素:考虑负载、开关周期和输出

  为了充分了解所涉及的电气因素,设计工程师应自问:

  正在切换的电气负载是什么?

  开关电压和电流是多少?

  是交流电还是直流电?它是逻辑级别的负载吗?

  电路由电池供电吗?如果是,电池电压值是多少?

  开关负载是电阻性,电感性还是电容性的?

  在产品生命周期中需要多少个开关周期?

  是否有特殊的开关速度要求(例如,速度传感器)?

  客户需要哪种类型的传感器输出:数字或模拟?

  客户是否需要常开,常闭或单推双掷簧片开关?

  应用程序中是否有诸如EMC,EMI或ESD等特殊要求?(这在使用霍尔效应传感器时非常重要。)

  四、磁参数:选择最佳磁体

  不幸的是,在指定磁簧开关或霍尔效应传感器时,电磁执行器经常被忽略。这可能会令人惊讶,因为磁体和传感器各自构成磁路最终设计的50%,如果将其与不正确的磁铁配对,那么花大量时间努力选择合适的传感器将是徒劳的。

  原始设备制造商客户可能会说,他们已经在应用程序中设计了一块磁铁,而没有考虑技术问题的可能性。为了防止出现问题,对于设计工程师来说,与客户一起审查所需设计的磁铁设计非常重要,对磁路的透彻分析将防止生产过程中的长期质量问题。工程师应使用以下要求评估磁体的质量和性能:

  使用磁性仿真软件可以全面了解各种条件下传感器的磁性工作环境。该工具可表征传感器在运行中并与运动中的磁场相互作用时的性能。应该考虑位于传感器和磁性执行器组件附近的任何黑色金属,这些黑色金属可能会使预期的磁场远离传感器。在投入大量时间用于台式测试和工具之前,应进行此仿真。

  考虑应用温度,因为它对磁性材料影响最大。某些磁性材料(例如钕)对最大允许工作温度有限制,一旦超过最高温度,磁通密度将显着降低,并且无法逆转。对于室内环境等良性环境,如果材料满足传感器激活所需的距离公差,则铝镍钴磁铁或低成本陶瓷磁铁可能会很好地工作。在具有许多温度波动的高温应用中(即,汽车环境),经常需要非常稳定的稀土磁性材料,例如sa钴。

  研究磁铁的极性和方向。霍尔效应传感器通常仅使用磁体的北极或南极进行操作。干簧传感器对极性不敏感,可以在任何磁极下工作。

  五、结论

  设计可靠而强大的磁感测系统的关键在于,能够以要求其发挥作用的方式掌握特定传感器所需的所有操作参数。保持原始设备制造商供应商与设计工程师之间的沟通至关重要,以确保正确选择传感器和磁铁。在需要定制传感器的情况下,需要将环境、机械、电气和磁性规格纳入传感器选择过程中,以确保最佳的系统设计。

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