Com mesurar la posició d'un cilindre hidràulic o pneumàtic

Guia tècnica · GUEMISSA

Les dues famílies de solució

Sensor integrat al cilindre

És una vareta d'acer inoxidable que entra en un trepant fet al llarg de la tija. A l'èmbol es col·loca un marcador de posició, normalment un imant anular. El sensor emet un impuls, llegeix l'instant que el senyal torna des del marcador i calcula la posició a partir del temps transcorregut. És el principi magnetostrictiu, i no hi ha cap peça que fregui amb una altra.

La brida del sensor tanca el cilindre i suporta la pressió de treball, per la qual cosa cal mecanitzar la tija i preveure l'allotjament a la tapa o al fons. És la solució habitual en maquinària mòbil i en premses, on un sensor exterior patiria cops, brutícia o projeccions.

Sensor exterior

Es munta fora del cilindre i segueix el moviment de la tija. Hi ha dues variants freqüents:

• Potenciomètric de plançó o amb ròtules. La tija del sensor s'uneix a l'element mòbil mitjançant ròtules als dos extrems, que absorbeixen petits errors d'alineació. Mesura el recorregut de forma directa.
• Per fil. Un cable d'acer enrotllat en un tambor s'enganxa a l'element mòbil. Admet curses llargues i tolera certa desalineació, però el fil ha de quedar tens i protegit.

Aquests sensors no han de suportar la pressió del fluid, de manera que no condicionen el disseny del cilindre i es poden afegir a un cilindre ja construït.

Criteris per triar

Pressió de treball

Només compta per al sensor integrat. Cal comparar la pressió màxima del circuit, inclosos els pics, amb la pressió de treball i els pics admissibles del sensor. El Novotechnik TH1 admet 350 bars de treball, pics de fins a 600 bars i pressió de trencament superior a 700 bars. El TM1 admet 350 bars de treball i pics de fins a 450 bars. En pneumàtica, amb pressions d'uns quants bars, aquesta condició deixa de ser un problema.

Cursa

El rang elèctric del sensor ha de cobrir la cursa del cilindre. Les fitxes donen aquests marges: el TH1 arriba de 50 a 4250 mm, el TM1 de 50 a 2000 mm, els potenciomètrics amb ròtules TX2 de 25 a 300 mm i LWX-003 de 50 a 750 mm, i els de fil0 cobreixen de 4. Amb un sensor integrat cal tenir en compte que el marcador no arriba als extrems de la vareta; les zones mortes figuren a la fitxa del model.

Tipus de senyal de sortida

La sortida depèn del que llegiu el control:

• Analògica de tensió o de 4…20 mA, per a un PLC amb entrades analògiques. Al TH1 són 0,1…10 V o 4…20 mA.
• Bus de camp, per a un controlador de màquina mòbil. El TM1 existeix amb CANopen (perfil DS-406) i amb SAE J1939.
• Divisor de tensió als potenciomètrics: el control o un condicionador converteixen la relació de tensió en posició.

Protecció IP i entorn

Un sensor exterior queda a la vista, per tant, la seva protecció importa més. El TX2 i el LWX-003 són IP67, el LWG és IP65 i el TEX és IP54. Dels integrats, el TH1 és IP67 amb connector i IP68 amb cable, i el TM1 és IP67, amb IP69 al sistema de connector M12 una vegada fixat al cilindre. La temperatura de treball del TH1 va de -40 a +85 °C i la del TM1 de -40 a +105 °C (de -40 a +85 °C amb el sistema de connector M12).

Vida i desgast

El sensor magnetostrictiu no té contacte i la seva vida mecànica és il·limitada segons les fitxes del TH1 i del TM1. Els potenciomètrics tenen un cursor sobre una pista, amb una vida de fins a 50 milions de moviments a TX2 i LWX-003, segons l'aplicació.

Taula comparativa

Com decidir a la pràctica

• Si el cilindre és hidràulic, es pot mecanitzar i el sensor estarà sotmès a cops o brutícia, convé el magnetostrictiu integrat.
• Si el cilindre ja està fabricat, o la cursa és curta, un potenciomètric amb ròtules s'instal·la sense tocar el cilindre.
• Si la cursa és llarga i no interessa mecanitzar, el sensor per fil resol la mida amb un muntatge senzill.
• Si el senyal va a un controlador mòbil, cal cercar la versió amb bus de camp.

Aspectes d'instal·lació a tenir en compte

Als sensors amb ròtules, l'eix del sensor ha d'anar paral·lel al del cilindre; les ròtules toleren un gir de fins a ±12,5°, però un muntatge desalineat desgasta el cursor. En els integrats s'ha de comprovar la junta de la brida i la rosca de muntatge: el TH1 utilitza M18x1,5 segons ISO 6149 o 3/4″-16UNF segons SAE J475. En tots els casos, el cable apantallat i la posada a terra de la pantalla eviten interferències, sobretot en màquines amb motors i vàlvules proporcionals.

Quins productes de GUEMISA encaixen

Més opcions a les categories de transductors magnetostrictius, sensors lineals potenciomètrics i sensors per fil.

Documentació i casos relacionats

• Sensors de posició i desplaçament (informe, PDF)
• Catàleg Novotechnik: sensors de posició (PDF)
• LVDT: què és i com funciona (PDF)
• Tota la informació tècnica de GUEMISA

Preguntes freqüents

Es pot posar un sensor magnetostrictiu a un cilindre ja fabricat?

Només si el plançó admet el trepant i la tapa té lloc per a la brida. En un cilindre tancat i sense trepar és més pràctic un sensor exterior.

Quina pressió suporta un sensor integrat?

Depèn del model. El TH1 de Novotechnik suporta 350 bars de treball i pics de 600 bars; el TM1, 350 bar i becs de 450 bar. Cal comparar sempre amb els pics del circuit.

Val el mateix sensor per a un cilindre pneumàtic?

Sí, la pressió pneumàtica és molt inferior als límits daquests sensors. En pneumàtica sol decidir lespai i la cursa, i els sensors exteriors resulten habituals.

Quina sortida trio per a un PLC?

Una sortida de 4…20 mA o de 0…10 V si el PLC té entrades analògiques; un bus com CANopen o J1939 si el control és un controlador de màquina mòbil.

Què passa si el sensor exterior no queda alineat?

Les ròtules absorbeixen petits errors, fins a un angle de ±12,5° en els models Novotechnik amb ròtules, però una desalineació més gran genera esforços laterals i desgast prematur.