Het kiezen van de juiste snelheidssensor voor een toepassing is van cruciaal belang voor een nauwkeurige en betrouwbare meting. Het signaal van de sensor is immers de ingang voor een overspeed-bewakingssysteem. Een defecte sensor leidt tot een onbetrouwbaar ingangssignaal en heeft een negatieve invloed op de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van het monitoringsysteem.
Er zijn verschillende overwegingen die gemaakt moeten worden bij het kiezen van de juiste sensor, die gecategoriseerd kunnen worden in omgevings- en machineoverwegingen.
Machineoverwegingen:
- Wat is het verwachte toerentalbereik?
- Wat is het doel dat wordt gemeten en wat zijn de specificaties?
- Zijn er beperkingen voor het gewicht en de grootte op de montageplaats?
- Wat is de benodigde kabellengte?
Milieuoverwegingen:
- Wat is de verwachte omgevingstemperatuur?
- Vindt de meting plaats in explosiegevaarlijke omgevingen (ATEX)?
- Zijn er sterke elektromagnetische velden aanwezig?
- Vindt de meting plaats in een corrosieve omgeving?
Voor industriële speedmetingen zijn er drie hoofdtypen meetprincipes:
- Elektromagnetische sensoren - ook bekend als: passieve sensoren, variabele reluctantie (VR) sensoren of magnetische pickups
- Nabijheidssensoren - ook bekend als: eddy current sensoren of verplaatsingssensoren
- Hall-effectsensoren - ook bekend als: actieve sensoren
Elektromagnetische sensoren
Een elektromagnetische sensor gebruikt een magnetisch veld om veranderingen in de afstand tussen de sensortip en het doelobject te meten. De sensor bevat een spoel die om een magneet is gewikkeld die een verandering in de magnetische stroom (flux) en de spoel veroorzaakt wanneer de tanden van een tandwiel de sensor passeren. Het bewegende tandwiel creëert een variërende flux die een proportionele spanning induceert in de spoel waarvan de frequentie gerelateerd is aan de rotatiesnelheid. Het signaal is een sinusvormige golf waarvan de amplitude afhangt van de grootte, speed en afstand van het doel.
Voordelen
Een voordeel van elektromagnetische sensoren is de toepasbaarheid in toepassingen met hoge temperaturen. Er zijn specifieke soorten sensoren die geschikt zijn voor temperaturen boven 300°C. Bovendien zijn elektromagnetische sensoren gebruiksvriendelijk en zeer betrouwbaar. Een ander groot voordeel is dat de sensor een tweedraadsaansluiting heeft en daardoor vaak binnen bestaande infrastructuren past.
Nadelen
Een belangrijk nadeel van elektromagnetische sensoren is dat de amplitude van het signaal afhangt van een factor van de grootte, speed en afstand van het doelwit. Als de speed te laag is, de tandwieltand te klein of de afstand tot het doelmateriaal te groot, zal het signaal te vlak zijn. Als de speed daarentegen hoog is, de tandwieltand groot of de afstand klein, zal het signaal enorme pulsen vertonen (tot 80 V). De toepassing en positionering van elektromagnetische sensoren vereist veel aandacht en expertise voor een goede werking van de sensoren. Omdat dit type sensoren niet goed werkt bij lage snelheden, zijn ze niet geschikt voor het detecteren van nulsnelheden.
Proximity sensoren
Een proximity sensor gebruikt een elektromagnetisch veld om veranderingen in de afstand tot een object te meten. Als een tandwiel langs de sensor beweegt, meet het een variatie in afstand; dichtbij (tand) en veraf (inkeping). De rotatiesnelheid kan worden bepaald op basis van de tijd tussen deze gebeurtenissen.
Voordelen
Een groot voordeel van proximity tasters is dat het meetprincipe zowel de pulsen als de positie ten opzichte van de tanden weergeeft. Dit geeft inzicht in de ingestelde afstand tot de tanden van het doelwit.
Nabijheidssensoren zijn ook verkrijgbaar met een dynamische stroomuitgang, waardoor zeer lange kabellengtes (1000m+) mogelijk zijn. Sensoren met een dynamische stroomuitgang worden niet beïnvloed door kabelimpedantie, zoals het geval is bij proximity sensoren op basis van spanningssignalen, Hall-effect en elektromagnetische sensoren.
Nadelen
Het gebruik van proximity sensoren voor speedmetingen heeft een nadeel. Bij een hoog toerental (RPM) kan verzadiging optreden, waardoor de sinusoïdale lijn steeds vlakker wordt. Wanneer de tandwieltand bij hoge snelheden langs de sensor beweegt, detecteert een proximity sensor nauwelijks een verschil in afstand. Hoe hoger de speed, hoe minder effectief een proximity sensor zal zijn voor speedmetingen.
Een ander nadeel is dat een proximity sensor niet goed overweg kan met excentriciteit van het doel. Excentriciteit van het doel (een schommelend tandwiel) genereert een sinus binnen een sinus. Dit leidt tot problemen, vooral wanneer het relevante signaal verzadigd raakt. De sensor kan de sinus van de excentriciteit van het tandwiel uitvoeren in plaats van de sinus van de tand en inkepingen.
Hall-effectsensoren
Een Hall-effectsensor meet veranderingen in de magnetische flux tussen de magneet en het doelmateriaal. De sensoren hebben ingebouwde signaalconditioners die een duidelijk blokgolfsignaal genereren. In tegenstelling tot elektromagnetische sensoren zijn Hall-effect sensoren gevoelig voor de grootte van de magnetische flux en niet voor de speed waarmee deze verandert. Speedsensoren met Hall-effect hebben een breed meetbereik en kunnen worden gebruikt om zowel onderdelen met lage speed of stationaire onderdelen als onderdelen met hoge speed te meten.
Voordelen
Een voordeel van een Hall-effect sensor is dat de sensor direct een digitale uitgang levert die eenvoudig te verzenden en te verwerken is. Een ander voordeel is dat Hall-effect sensoren meestal interne signaalverwerking hebben. Het signaal wordt zeer snel gedigitaliseerd en versterkt, waardoor het minder gevoelig is voor storingen zoals EMI (elektromagnetische interferentie).
Nadelen
Vanwege de ingebouwde elektronica zijn Hall-effect sensoren beperkt tot toepassingen die werken bij temperaturen tussen -40 °C en + 150 °C. Bovendien hebben Hall-effectsensoren een 3-draadsaansluiting nodig.
Waarom Hall-effectsensoren de voorkeur genieten:
- Betrouwbare snelheidsregistratie vanuit stilstand. Dit maakt het mogelijk om te meten vanaf frequenties zo laag als 0,1 Hz.
- Digitale signalen zijn geschikt voor lange afstanden (tot 300m).
- Signalen met een blokgolf zijn gemakkelijk te verwerken door snelheidssystemen.
- Mogelijkheid om twee sensorelementen in één sensorbehuizing te bouwen, waardoor richtingsmetingen mogelijk zijn.
- De constructie van de sensor is kleiner en lichter (gewicht) dan die van andere speedsensoren.
- Een Hall-effectsensor is minder moeilijk correct te positioneren dan een elektronische sensor en minder gevoelig voor excentriciteit van het doel dan proximity sensoren.
- Dit sensortype is het minst gevoelig voor vibratie en temperatuurschommelingen.
