Nové bezdotykové rotační snímače Turck řady Ri360-QR24 jsou narozdíl od běžných mechanicky spojených průmyslových  rotačních snímačů (enkodérů), které se mohou porouchat v důsledku házení hřídele měřeného stroje nebo vniknutí prachu přes ložiska, velmi odolná proti poškození. Tím mohou dlouhodobě zajistit velmi spolehlivý provoz při stejné přesnosti měření. Navíc je bezdotykové provedení velmi kompaktní a vyžaduje menší zástavbový prostor.

Princip funkce a konstrukce snímače

Měřicí princip bezdotykových úhlových / rotačních snímačů Ri360-QR24 je založen na indukční rezonanční vazbě, tedy elektromagnetické vazbě oscilátoru mezi pevně umístěnými plochými vysílacími a přijímacími cívkami vytvořené na desce plošných spojů a vazebním otáčivým elementem. Soustava malých vysílacích cívek (vysílač) je buzena střídavým vysokofrekvenčním elektrickým signálem, zatímco soustava podobně vytvořených přijímacích cívek (přijímač) na stejné desce plošných spojů v sobě přes vazební prvek indukuje přijímaný signál úměrný natočení snímacího elementu. Vazební otáčivý element, který je připevněn k hřídeli měřené rotující části, tak plynule "dávkuje" úroveň indukovaného signálu v přijímači. Patentovaná geometrie přijímacích cívek je vytvořena tak, že na základě natočení vazebního elementu se v nich indukuje rozdílná úroveň napětí budícího signálu vysílače. Tak je snímač zcela necitlivý na okolní magnetická pole, které se vyskytuje např. u velkých motorů.

Při detailním pohledu na samotný přijímač zjistíme, že je navíc tvořený oddělenou soustavou dvou přijímacích cívek: tzv. "málo přesný přijímač" a tzv. "velmi přesný přijímač" pro současné zajištění schopnosti rychlé reakce a přesného měření natočení. "Málo přesná soustava přijímacích cívek" nejdříve rychle, ale jen přibližně definuje základní pozici natočení snímacího vazebního elementu, zatímco následně se pomocí "velmi přesné soustavy přijímacích cívek" přesně určí pozice natočení.

Speciální patentované vzájemné umístění cívek vysílače i přijímače zajišťuje stabilní indukční rezonanční vazbu v definovaném rozsahu vzdáleností snímacího otáčeného vazebního elementu, ve kterém se tak ani při případném malé axiálním i radiálním vychýlení otáčeného elementu nemá vliv na přesnost měření.

Přijímačem generované elektrické signály (méně přesné i velmi přesné soustavy přijímače) jsou pak okamžitě v reálném čase zpracovávány a vyhodnocovány v interním 32bitovém signálovém procesoru, který následně na svém výstupu vytváří datový tok pro vytvoření velmi přesného standardizovaného analogové či digitální signálů pro výstup rotačního snímače.

Elektronika snímače je přitom realizována na dvou úrovních desky plošných spojů pevné částí. Část realizující soustava vysílacích a přijímacích cívek a jim přidružené potřebné elektrické komponenty realizující rezonanční obvod je umístěna na straně přímo pod čelním krytem pevné snímací části, zatímco část realizující vyhodnocení signálu je umístěn na desce pod ní. 

Zapouzdření snímače

Samo o sobě díky bezdotykovému principu snímání jsou tyto snímače bezúdržbové a nedochází u nich k žádnému opotřebení jinak způsobované pevnou mechanickou vazbou mezi snímanou otáčenou hřídelí stroje a rotačním snímačem. Velkou odolnost i při použití v těžkém průmyslu navíc podporuje pevné kovové provedení pouzdra s pouze plastovou čelní krytkou snímací pevné části, která je však při provozu kryta ochranným "stínícím" kroužkem a v něm umístěným otáčivým snímacím elementem. Ten se však ochranného kroužku ani plastového žlutého čela snímače nijak nedotýká, je mu tak umožněn malý volný axiální i radiální pohyb způsobený například "házející hřídelí stroje".

Zástavbu do stroje ulehčují kompaktní celkové rozměry 81 x 78 x 24 mm a celkové krytí snímače IP67 nebo IP69k, které je určeno pro velmi čistá hygienická prostředí, umožňuje dlouhodobé bezproblémové nasazení jak v silně prašném prostředí těžkého průmyslu, tak v čistých a velmi často umývaných potravinářských, chemických či farmaceutických provozech.

Rozměry pouzdra snímačů Turck řady Ri360-QR24 - pevné části (obr. vlevo), snímacího elementu (obr. vpravo).

Elektrická konektivita

Elektrický výstup snímače o přesné hodnotě natočení snímacího otáčivého elementu v rozsahu 0 až 360° je poskytován na eurokonektoru M12 v podobě standardního analogového napěťového či proudového signálu 0 až 10 VDC a 4 až 20 mA,  klasického pulsního / tranzistorového spínaného výstupu NO/NC/PNP/NPN s nastavitelným počtem generovaných pulsů na otáčku v rozsahu 360 až 5000 pulsů/otáčku, nebo v podobě digitální datové komunikace protokoly Modbus RTU / RS-485, SSI nebo IO-Link. Ve všech zmíněných případech je výstupní signál poskytován v 16bitovém rozlišení s chybou opakování menší než 0,01% a chybou linearity menší než 0,05% rozsahu.

Provoz a montáž snímače

Díky oddělení snímacího elementu a pevného vyhodnocovacího těla snímače nedochází k přenosu žádných vyrovnávacích proudů nebo škodlivých mechanických sil či vibrací mezi hřídelí a snímačem, které by provoz snímače mohli ovlivňovat. Jen je nutné při mechanické montáži dbát na správnou orientaci snímacího elementu a aktivní plochy (ta je vyznačena šipkou na boku snímacího elementu) a provést správné nastavení optimální vzdálenosti mezi pevnou částí snímače a snímacím elementem, aby při případné pohyby otáčivého elementu byly v rozsahu bezchybné funkce. Snímací element se pak přes nabízenou širokou řadu upevňovacích kroužků dá snadno nasadit na hřídele od průměru 6 až 20 mm nebo 1/8" a 3/8", přičemž snímací element vždy zůstává stejný, pouze se liší jeho upevňovací "vložky".

Z pohledu příchozího směru hřídele ker snímači je možné zvolit jak montáž, kdy je pevná část snímače zcela mimo hřídel (vně hřídele), tak i variantu, kdy hřídel pevnou částí prochází (ale nedotýká se jí), tak může být snímač umístěn i uvnitř stroje.

Příklady možného umístění / připevnění snímačů Turck řady Ri360-QR24 k měřené hřídeli.

Při provozu je pak stav snímače bezprostředně signalizován pomocí LED indikace:

• zelená LED = snímací element se nachází v měřicím rozsahu se sníženou kvalitou signálu (např. velká vzdálenost),
• žlutá LED bliká = snímací element se nachází ve snímacím rozsahu,
• žlutá LED nesvítí = snímací element se nachází v měřicím rozsahu,
• červená LED = porucha multiotáček = poloha se změnila během výpadku napájení.

Základní parametry (dle údajů výrobce):

• Měřící rozsah: 0 až 360°
• Rozlišení měření: 16 bitů = 0,0055°
• Chyba opakovatelnosti: max. 0,01% = max. 0,036°
• Chyba linearity: max. 0,05% rozsahu = max. 0,18°
• Indikace provozního stavu: 3x LED dioda
• Nastavení: rozsah nulový bod, synchronní / asynchronní provoz a směr lze nastavit pomocí funkce Easy Teach
• Elektrické připojení: konektor M12 x 1, 5 nebo 8pinový (dle rozhraní)
• Elektrické výstupy:
  • SSI rozhraní: 25 bit. Grayův kód, frekvence: 62,5 kHz až 1 MHz, multi nebo jednootáčkový režim, délku datového rámce a kódování lze nastavit pomocí softwaru PACTware, kompatibilní se všemi běžnými SSI mastery
  • MODBUS RTU rozhraní: sběrnice RS-485, volba registrů / nastavení přes konfigurační software PACTware
  • Analogové rozhraní: standardní výstupy 0…10 V a 4…20 mA odpovídající jedné otáčce 0 až 360° nebo nastavenému menšímu rozsahu přes Teach-In vstup.
  • IO-Link / pulsní rozhraní: NO/NC/PNP/NPN výstup, rozsah 360 až 5000 pulsů/otáčku nastavitelný přes Easy Teach, nastavení snímače přes konfigurační software PACTware
• Napájecí napětí: 15 až 30 VDC
• Provozní teplota: -25 až 85 °C
• Krytí: IP67 nebo IP69k
• Mechanické upevnění snímacího elementu na hřídele o průměru 6 až 20mm či 1/8" a 3/8"
• Celkové rozměry: 81 x 78 x 24 mm

Závěr

Nové bezdotykové rotační snímače Turck řady Ri360-QR24 představují zajímavou náhradu a alternativu ke klasickému provedení mechanicky k měřené hřídeli připevněných enkodérů. Proti nim poskytují hlavně výhodu oné bezkontaktní vazby mezi snímanou hřídelí stroje, která tak nijak neovlivňuje chod snímače, jeho životnost a přesnost měření.

Odkazy:

• Přímý odkaz na stránky českého zastoupení výrobce - společnosti Turck GmbH: http://www.turck.cz
• Přímý odkaz na stránky snímačů Turck řady Ri360-QR24: http://pdb.turck.de/cz/DE/group/000000350001790a00030023#infomaterial