Les capteurs à effet Hall prennent en charge les applications industrielles en temps réel

Texas Instruments a dévoilé le premier d'une nouvelle famille de 3D Capteurs de position à effet Hall destinés au contrôle en temps réel dans les applications d'automatisation industrielle et de motorisation.

Texas Instruments a présenté le TMAG5170, le premier dispositif d'une nouvelle famille de capteurs de position à effet Hall 3D pour le contrôle en temps réel dans les applications d'automatisation d'usine et de motorisation. Le capteur est présenté comme fournissant des fonctions et des diagnostics intégrés pour maximiser la flexibilité de conception et la sécurité du système tout en économisant de l'énergie.

Les capteurs magnétiques, y compris les capteurs à effet Hall et d'autres technologies, présentent des avantages et des inconvénients de conception. Une contrainte est le compromis entre l'obtention d'une précision extrêmement élevée et le débit de l'appareil 3D. Les capteurs stables, par exemple, ne se déplacent pas en réponse aux changements de température, aux conditions ambiantes ou même aux champs magnétiques. Il est généralement simple d'améliorer l'une des deux manières, mais pas les deux.

TI a déclaré que son capteur de position à effet Hall 3D TMAG5170 vise à améliorer cette relation en offrant une haute précision ainsi qu'un débit plus élevé. "Ce débit plus élevé a des effets de transfert, tels qu'un fonctionnement à puissance beaucoup plus faible lorsque la pleine vitesse de l'appareil n'est pas requise", a déclaré Steven Loveless, responsable du marketing et des applications de TI pour les produits de détection de position.

Robots d'entrepôt automatisés. (Source :TI)

Capteurs de position
La détection de position est pratiquement universelle dans les systèmes automatisés hautes performances qui régulent le mouvement, et la technologie de détection de position affecte directement le coût et les performances du système. La précision, la vitesse, la puissance et l'adaptabilité du capteur font partie des facteurs pris en compte lors de la sélection du système de détection de position optimal. Les mesures de position absolue à l'aide de capteurs de position multiaxes linéaires à effet Hall doivent être exactes, rapides et fiables. Le résultat est un contrôle précis en temps réel.

Une considération clé lors du déploiement d'un capteur à effet Hall 3D est que tout aimant se déplaçant dans l'espace libre entourant le capteur doit être facilement reconnu et surveillé. Le champ magnétique entourant le pôle d'un aimant est généralement symétrique, ce qui signifie que la même condition d'entrée peut être produite à de nombreux endroits. Afin d'identifier correctement l'emplacement absolu, cette fonction nécessite une conception soignée, garantissant que tout changement de densité de flux magnétique peut être utilisé pour différencier le mouvement de l'aimant.

Contrôle en temps réel
Dans les usines intelligentes, les systèmes hautement automatisés doivent fonctionner au sein d'un flux de fabrication intégré tout en collectant simultanément des données pour réguler les opérations. En fournissant un contrôle en temps réel pour une efficacité accrue et des temps d'arrêt réduits, les équipements automatisés nécessitent une technologie de détection de position 3D.

« Les systèmes qui utilisent la rétroaction de position ou de mouvement dans l'automatisation sont souvent de nature très dynamique et ils doivent réagir rapidement et efficacement à divers changements de charge, de vitesse et d'autres facteurs », a déclaré Loveless. Le nouveau capteur TI est conçu pour mesurer ces conditions dynamiques plus précisément, "et aider les systèmes à répondre plus rapidement à ces changements en temps réel", a-t-il ajouté.

TI a déclaré que son TMAG5170 fournit une erreur totale à pleine échelle de 2,6% à température ambiante, avec une dérive d'erreur totale de seulement 3%, éliminant ainsi le besoin d'un étalonnage de fin de ligne et d'une compensation d'erreur hors puce tout en simplifiant la conception et la fabrication du système. Le capteur prend en charge des mesures allant jusqu'à 20 kSPS pour un débit à faible latence de mouvement mécanique à grande vitesse.

Il élimine également le besoin de calcul hors puce et permet des orientations variables du capteur et de l'aimant en incluant des fonctionnalités telles qu'un moteur de calcul d'angle, la moyenne des mesures ainsi que la correction de gain et de décalage. Indépendamment du placement du capteur, TI a déclaré que ces caractéristiques simplifient la conception et améliorent l'adaptabilité du système, permettant des boucles de contrôle plus rapides, une latence du système plus faible et un développement logiciel plus facile. Les capacités de calcul intégrées du capteur réduisent également la charge de traitement du système jusqu'à 25 %, ce qui permet aux ingénieurs de réduire les coûts à l'aide de microcontrôleurs à usage général tels que les microcontrôleurs MSP430TM à faible consommation de TI.

Dans le diagramme ci-dessous, la position angulaire exacte de l'arbre du moteur est surveillée par le capteur de position linéaire 3D à effet Hall, influençant directement la bande passante et la latence du système lors de l'évaluation des éléments de rétroaction. La vitesse globale de la boucle de rétroaction peut être améliorée en utilisant un capteur capable de lectures à large bande passante, ce qui améliore les performances du système.

Un exemple d'application TMAG5170. (Source :TI)

La consommation d'énergie est un élément clé à prendre en compte lors de la sélection d'un capteur de position, y compris sa batterie ou son système de gestion de l'alimentation. Les capteurs avec des modes de fonctionnement à faible consommation d'énergie, tels que les modes réveil, veille et veille prolongée, sont couramment utilisés dans les systèmes ou plates-formes alimentés par batterie utilisant une source à faible consommation d'énergie pour optimiser la consommation d'énergie par rapport au débit. Selon TI, les divers modes de fonctionnement et taux d'échantillonnage du TMAG5170 augmentent l'efficacité énergétique jusqu'à 70 %, permettant une utilisation optimale de l'énergie sur une plage d'échantillonnage de 1 à 20 kHz pour les appareils alimentés par batterie ou les modes d'utilisation légère lorsque l'efficacité du système est une considération clé.

Les conceptions magnétiques et mécaniques peuvent également bénéficier de l'utilisation de capteurs à effet Hall linéaires 3D flexibles avec des niveaux de sensibilité magnétique variables et des options de correction de température. La sécurité et l'amélioration des diagnostics deviennent de plus en plus importantes pour prévenir les temps d'arrêt des équipements et améliorer la qualité de fabrication, car les systèmes automatisés fonctionnent de plus en plus aux côtés des humains. Par conséquent, la précision, la vitesse, la puissance et l'adaptabilité des capteurs de position et des données qu'ils génèrent sont des considérations de conception clés.

>> Cet article a été initialement publié sur notre site frère, EE Times.

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