Soluciones de sensores de presión y fuerza para la automatización industrial

Detección de Fuerza

Las soluciones de detección de fuerza FMA de Honeywell se basan en elementos piezoresistivos, que son superiores al estilo existente de mecanismos de conmutación física. Esto, junto con la calibración, compensación de temperatura y acoplamiento mecánico directo, proporciona una precisión estable durante la vida útil del sensor. Además, su tamaño pequeño permite que estos sensores puedan ser fácilmente especificados en los diseños de productos compactos que el mercado demanda.

Detección de presión

The Amplified Basic Pressure (ABP) series of pressure sensors is useful for measuring the pressure of air or fluid lines. With a total-error-band measurement for accuracy, these sensors have all-inclusive measurement capabilities, including environmental considerations and other parameters. They’re also highly accurate, with an error rating of just ∓1.5% full-scale or ∓0.25% full-scale BFSL.

Características de Rendimiento General

Las salidas digitales de estos sensores permiten la transmisión inalámbrica de datos, lo que ayuda a eliminar la necesidad de conjuntos de cables voluminosos y cableado. Con diseños autónomos, son resistentes a la entrada de contaminantes, por lo que se pueden usar en casi cualquier entorno de servicio pesado. Desde la perspectiva del ciclo de vida, estos sensores garantizan al menos 1 millón de ciclos.

Detección de Presión

The Amplified Basic Pressure (ABP) series of pressure sensors is useful for measuring the pressure of air or fluid lines. With a total-error-band measurement for accuracy, these sensors have all-inclusive measurement capabilities, including environmental considerations and other parameters. They’re also highly accurate, with an error rating of just ∓1.5% full-scale or ∓0.25% full-scale BFSL.

As today’s technology in robotics increases in complexity and performance, there is a growing need for more reliable and accurate sensing systems. More systems today have closed-loop control than ever before, providing a tighter system response with more data-driven, error-free operation. And with a global pandemic that is still in effect, the use of robotics and full autonomy puts an even greater emphasis on reliability and efficiency for feedback systems. This article will explore Honeywell’s pressure and force solution portfolio for robotics applications, specifically when used for packaging or warehouse operation, and how it brings greater precision and reliability.

Los sensores de Honeywell ofrecen fiabilidad y alta precisión

Tradicionalmente, se han utilizado mecanismos de conmutación física para proporcionar retroalimentación en plataformas de control de movimiento. Una de las mayores deficiencias de estas metodologías es la fatiga a largo plazo, que generalmente resulta en una pérdida de precisión/función con el tiempo.

Los sensores de fuerza FMA de Honeywell (mostrados en Figura 1), que pueden incorporarse en pinzas robóticas usadas para ayudar a identificar las fuerzas aplicadas sobre objetos para asegurar un agarre seguro y preciso, han sido desarrollados específicamente para abordar este problema. Debido a los elementos piezoresistivos, la calibración, la compensación de temperatura y el acoplamiento mecánico directo, incluyendo tuberías, membrana o émbolo, la serie FMA de sensores de fuerza proporciona un rendimiento repetible a largo plazo con una interfaz mecánica confiable. La fatiga no afecta sus lecturas, lo que resulta en menos tiempo de inactividad y mayor productividad en comparación con otros sensores similares como el de resorte.

Speaking of temperature compensation, the Amplified Basic Pressure (ABP) series of pressure sensors (normally used for measuring pressure of air or fluid in lines for control, power, or lubrication) provides a more comprehensive measurement of performance over its compensated temperature range. While most sensing platforms advertise accuracy specifications that do not include environmental considerations and other parameters, the ABP series includes a single specification for accuracy that is all-inclusive, called total error band (TEB). This specification is the worst error that the sensor could experience, which, for this series, is an industry-leading ±1.5% full-scale with ±0.25% full-scale best-fit straight line (BFSL). Figure 2 demonstrates the difference between BFSL and TEB while also showing the TEB over the total compensated pressure range. This fully characterized output and accuracy minimizes testing and calibration for each sensor and configuration, which, in turn, reduces manufacturing costs and improves system-to-system variability. It also allows for more flexibility of sensor interchangeability due to the minimal part-to-part variation.

Mientras que la serie ABP admite configuraciones a nivel de placa, la serie Media Isolated Pressure (MIP) de transductores de presión empaquetados (mostrada en la Figura 3) ofrece mediciones de alta resistencia en una construcción compacta, de acero inoxidable y herméticamente sellada. El sensor está diseñado para entornos adversos con amplios rangos y, al igual que la serie ABP, tiene un impresionante TEB de hasta ±0.75% de escala completa con ±0.15% de escala completa BFSL en un rango de temperatura de –40˚C a 125˚C. Debido a su robustez, puede operar de manera confiable en la presencia de campos electromagnéticos mientras también admite casi cualquier tipo de medio líquido y gaseoso sin el uso de un sello interno. Su amplio rango de aplicaciones y entornos operativos incluye bombas industriales, sistemas HVAC, hidráulica, transporte y sistemas médicos.

Más ventajas de los dispositivos de las series FMA, ABP y MIP

Si bien aplicaciones como la robótica en el embalaje se benefician enormemente de una mayor fiabilidad y precisión, hay muchas otras características que también deben considerarse.

The FMA micro force sensors, for instance, come in a very compact footprint (4.5 × 5 × 2.15 mm), which helps in space-constrained configurations like gripping assemblies. Also, their digital output (I2C or SPI) enables designers to incorporate wireless transmission to controllers, preventing the need for bulky cable assemblies and routing. In addition to wireless transmission, the digital interface also allows the sensor to be directly plugged into custom circuitry or interfaced to embedded processing without any major redesign needed. And diagnostic functions allow the user to determine if the sensor is working correctly by detecting internal shorts or opens, which greatly helps in resolving system errors and faults. The force sensor can withstand up to 3× its force range without any impact to its accuracy and repeatability (within the normal operating range).

Los sensores de presión ABP también proporcionan una interfaz digital (I2C de 24 bits o SPI) que permite conexiones flexibles y personalizadas, así como una interfaz compatible con IoT. Además, la serie ofrece una gama muy amplia de rangos de presión e interfaces mecánicas que son compatibles tanto con medios de gas seco como líquidos. Esto brinda una variedad de opciones, ayudando a diseñar específicamente para los requisitos de rango y precisión de la aplicación. Adicionalmente, su consumo de energía ultra bajo (tan bajo como 0.01 mW de potencia promedio típica a una frecuencia de medición de 1 Hz) ayuda en sistemas con restricciones de energía.

Y los sensores MIP pueden operar en casi cualquier entorno de trabajo adverso, con características notables como estabilidad a largo plazo, resistencia a la aislación y resistencia dieléctrica, resistencia a ciclos de congelación-descongelación externos y excelente rendimiento EMC. Mientras proveen una opción confiable para el diseñador, también ofrecen un gran valor. Múltiples posibilidades de configuración brindan flexibilidad de uso en la aplicación sin cargos anticipados de NRE o herramientas. Y en aplicaciones críticas, los diagnósticos a bordo ayudan a determinar modos de fallo internos y externos.

Además de las características enumeradas anteriormente, cada una de estas series de sensores tiene una vida útil extensa en cuanto a ciclos. Los sensores FMA y ABP garantizan al menos 1 millón de ciclos, mientras que los dispositivos MIP pueden proporcionar más de 10 millones de ciclos de presión.

Aplicaciones, ejemplos y material de referencia

Para los diseñadores que necesitan información y soporte adicional sobre cómo incorporar estos sensores en una aplicación, Honeywell proporciona documentación sobre instalación, interfaces digitales/analógicas, selección de sensores, orientación sobre variables ambientales, funciones/ecuaciones de calibración y diagnóstico, fragmentos de pseudo-código, y cómo hacer uso de muchas otras características.

Figura 4, por ejemplo, muestra un diagrama de flujo para la serie de sensores ABP sobre cómo implementar una rutina de calibración auto-cero con corrección. Esto se toma de su nota técnica sobre calibración auto-cero. También muestra algunos datos reales que describen el antes y el después de esta rutina para aplicaciones que contienen un gran desplazamiento.

Y para el sensor FMA, existen muchos documentos técnicos para asistir en el proceso de integración eléctrica y mecánica. La nota técnica del acoplamiento del sensor Microforce describe cómo acoplar mecánicamente el sensor de la mejor manera al resto de su sistema, incluyendo notas sobre problemas comunes de acoplamiento y montaje, así como ejemplos y las ecuaciones que los respaldan. La Figura 5 muestra un diagrama visual de la alineación óptima de este sensor.

Al igual que con los sensores ABP y FMA, el sensor MIP también cuenta con numerosos documentos de soporte para ayudar a integrarlo fácilmente en una configuración personalizada, como notas de aplicación que describen cómo se puede usar el sensor MIP para proporcionar monitoreo continuo y retroalimentación de las presiones del sistema (Figura 6). En el ejemplo siguiente, la lectura del sensor se utiliza para ayudar a controlar y regular el flujo de refrigerante mientras proporciona lecturas en las salidas del evaporador y del compresor.

Para concluir, hay una necesidad creciente en la industria de automatización industrial de sistemas más confiables y de mayor precisión a medida que la producción y las operaciones dependen cada vez más de la robótica, especialmente en circunstancias especiales como una pandemia global. La confiabilidad generalmente se traduce en sistemas de mayor duración y menor mantenimiento, mientras que una mayor precisión generalmente permite una operación más eficiente y robusta. Las plataformas de detección de presión y fuerza de Honeywell han sido desarrolladas específicamente para satisfacer estas necesidades, y se pueden consultar muchos documentos de soporte para la implementación del diseño, desde la concepción de la idea hasta la integración mecánica. Descubra cómo estas plataformas de detección pueden beneficiar el diseño de su sistema hoy.