Resolver los retos de la ingeniería de detección de posición rotativa en entornos difíciles

La detección de la posición giratoria es fundamental para muchas aplicaciones duras y resistentes en las que se requiere una supervisión fiable de la posición y el movimiento para un funcionamiento correcto. Los métodos tradicionales de detección por contacto pueden degradarse con el tiempo debido al desgaste, la contaminación o la tensión mecánica. Los sensores de posición rotativos de efecto Hall sin contacto satisfacen estos requisitos proporcionando una retroalimentación de posición fiable y de gran precisión en una amplia gama de aplicaciones, como maquinaria de producción, automatización, manipulación de materiales, robótica, posicionamiento de paneles solares, caudalímetros, válvulas, amortiguadores, transporte y vehículos todoterreno.

Los sensores de efecto Hall se basan en el principio científico del efecto Hall, que debe su nombre al célebre físico estadounidense Edwin Hall, descubridor del fenómeno en 1879. Los sensores que utilizan el principio de efecto Hall crean una señal de posición cuando un material semiconductor conductor de corriente se sitúa en presencia de un campo magnético perpendicular a la trayectoria de la corriente. El campo magnético ejerce una fuerza sobre los portadores de carga móviles, lo que provoca su desplazamiento y acumulación en un lado específico del material. En consecuencia, esta segregación de carga induce una tensión a través del material, denominada tensión Hall (V_H).

Configuraciones del sensor de posición rotativo de efecto Hall

En los sensores de posición rotativos, un circuito integrado (CI) de efecto Hall detecta los cambios en un campo magnético generado por un imán fijado a un eje giratorio, proporcionando una salida de tensión proporcional a la posición angular. Estos sensores utilizan una fuente de tensión continua externa para alimentar el CI estacionario; con una fuente de alimentación regulada, están diseñados para funcionar con 5 V_CC.

A medida que el eje gira, el sensor interno mide la tensión proporcional inducida (tensión Hall) debida a los cambios en la intensidad del campo magnético. Estas se convierten en una señal precisa de tensión continua que representa la posición angular para dos casos de uso básicos:

• La señal de tensión continua puede utilizarse directamente o amplificarse para accionar un actuador analógico proporcional, creando un control de bucle cerrado basado en la rotación.
• La señal de tensión continua puede conectarse a un convertidor analógico-digital (ADC) para proporcionar un valor digital que pueda ser utilizado por PLC (controladores lógicos programables), microcontroladores u otros sistemas electrónicos digitales.

La serie RTY de doble salida ofrece un funcionamiento sin contacto real

Para traducir estos principios en un rendimiento real, los sensores de posición rotativos de efecto Hall de la serie RTY de doble salida y alta precisión (figura 1) de Honeywell Sensing ofrecen un rendimiento sólido y duradero y una mayor vida útil del producto. Al estar diseñados para cumplir los requisitos de especificación de las aplicaciones más duras y resistentes, los sensores de la serie RTY se alimentan mediante una fuente de alimentación de CC externa, proporcionando una salida de tensión de CC proporcional a su posición de rotación angular, normalmente en el rango de 0.5 V_CC a 4.5 V_CC, con una resolución de 12 bits. Muchos sensores proporcionan una segunda salida proporcional, invertida, de 4.5 V_CC a 0.5 V_CC, lo que permite comparar las dos salidas para asegurarse de que la unidad funciona correctamente.

Figura 1: Los sensores de posición rotativos de efecto Hall de la serie RTY de Honeywell Sensing están diseñados para aplicaciones difíciles que requieren una monitorización precisa de la posición y el movimiento. (Fuente de la imagen: Honeywell Sensing)

Entre las características de los sensores de posición rotativos de efecto Hall de la serie RTY se incluyen:

• Conectores AMPSEAL estándar del sector
• Capacidad de doble señal para permitir la redundancia y garantizar la precisión
• Ciclo de vida del producto de 35 M, que permite un uso a largo plazo en aplicaciones de alto ciclo de trabajo
• Rango de temperatura de funcionamiento: -40 ºC a +125 ºC (-40 ºF a + 257 ºF)
• Pruebas EMI/EMC para automoción

Todas las configuraciones de los sensores de la serie RTY están también disponibles con o sin palanca en el eje integral (figura 2), lo que puede afectar al número de conexiones mecánicas necesarias para determinadas aplicaciones, haciéndolas rentables para algunas soluciones.

Figura 2: Los sensores de posición rotativos de efecto Hall de la serie RTY vienen en versiones con o sin palanca, lo que permite flexibilidad en las conexiones mecánicas. (Fuente de la imagen: Honeywell Sensing)

Las múltiples variaciones de los sensores también permiten a los diseñadores satisfacer innumerables requisitos de ingeniería, desde el rango de detección hasta el tipo de salida y el tipo de actuador. Tolerantes a la sobrecarrera, están disponibles en ocho rangos de funcionamiento configurables. El RTY050LVDDX, por ejemplo, ofrece a los diseñadores un rango de detección de 50° (±25°), mientras que el RTY360LVDEX permite 360° (±180°). La serie RTY también ofrece configuraciones de salida estándar e inversa para permitir características de salida que se ajusten a los requisitos del sistema.

Los sensores están alojados con acondicionamiento de la señal eléctrica y circuitos de protección en un embalaje sólido y sellado con calificación IP69K para una mayor durabilidad en la mayoría de los entornos difíciles. Este tipo de envase es ideal para entornos higiénicos y de lavado intensivo, como el procesamiento de alimentos, la industria farmacéutica y la limpieza de vehículos pesados. El embalaje con clasificación IP69K, el más alto grado de protección contra la penetración, garantiza que los sensores sean completamente estancos al polvo y estén protegidos contra el lavado a alta presión y alta temperatura. El montaje se realiza con tornillos M5 no magnéticos de acero inoxidable y arandelas de 10 mm de diámetro exterior.

Ejemplos de aplicación del sensor de posición rotativo

La serie RTY, que se une a la familia de sensores de posición rotativos de efecto Hall sólidos y fiables de Honeywell, puede utilizarse en una gran variedad de aplicaciones:

Marina: Estos sensores se utilizan para sistemas de detección de la posición del timón en barcos y embarcaciones de recreo. Un sensor de posición rotativo de efecto Hall se acopla al varillaje de dirección, y las señales de posición se retroalimentan a una pantalla digital en el salpicadero, indicando la posición del timón. El sensor de posición también puede utilizarse para detectar la posición de las aletas de trimado, que ayudan a estabilizar las embarcaciones y les permiten planear más rápido para aumentar la velocidad y la eficacia.

Transporte: Los sensores de posición rotativos de efecto Hall pueden utilizarse para sustituir la conexión mecánica por cable entre el pedal y el motor en equipos pesados y otros vehículos. Por ejemplo, el sensor puede montarse junto al pedal para medir hasta dónde pisa y suelta el pedal el operador. Detecta el cambio en la posición del pedal y envía una señal al motor para que aumente o reduzca el flujo de gasolina y aire a través de la placa del acelerador, según sea necesario.

La eliminación del cable mecánico, que puede estirarse y oxidarse, puede mejorar la capacidad de respuesta del sistema de control del motor, lo que a su vez beneficia a las emisiones del vehículo, mejora la fiabilidad y reduce el exceso de peso en el vehículo. Este tipo de sistema drive-by-wire puede ser más seguro y menos costoso que los sistemas conectados por cable.

Industriales: Los sensores de posición rotativa de efecto Hall también pueden proporcionar una retroalimentación fiable de la posición de la válvula para lograr un control de caudal de alta precisión, especialmente en entornos difíciles con requisitos de amplios rangos de temperatura. La detección de la posición de las válvulas es fundamental para garantizar la precisión del proceso, la seguridad del sistema y la eficacia operativa, ya que proporciona datos precisos y en tiempo real sobre el estado de las válvulas a los operarios y a los sistemas de control automatizados. El uso de la retroalimentación de posición reduce la histéresis y el tiempo muerto, y proporciona una respuesta más rápida y suave a los cambios del proceso.

HVAC: Para regular el caudal de aire en las aplicaciones de calefacción, ventilación y aire acondicionado, los sensores para la retroalimentación de la posición de las compuertas permiten un control más preciso para la eficiencia medioambiental y el confort de los ocupantes. La detección de la posición de las compuertas es crucial para mantener un caudal de aire de climatización preciso, optimizar la eficiencia energética evitando el uso excesivo de los ventiladores, garantizar la seguridad mediante el control de humos/incendios y proporcionar información a los sistemas de automatización para evitar fallos de funcionamiento.

Agricultura: Estos sensores también funcionan en entornos exteriores exigentes, permitiendo una retroalimentación precisa para controlar los sistemas de pivote de riego, lo que permite a los agricultores supervisar, gestionar y automatizar a distancia el control de las máquinas de riego de pivote central, aumentando la eficacia del agua y reduciendo la mano de obra.

Conclusión

Los sensores de posición rotativos de efecto Hall sin contacto ofrecen a diseñadores e ingenieros una solución fiable y duradera para la detección de posición en entornos duros y exigentes. Al eliminar los puntos de desgaste mecánico y proporcionar señales de salida precisas y proporcionales, estos sensores mejoran el rendimiento del sistema, reducen el mantenimiento y amplían los ciclos de vida operativos. Soluciones como la serie RTY de Honeywell combinan una construcción sólida con configuraciones flexibles y protección medioambiental para soportar un control de movimiento preciso en una amplia gama de aplicaciones industriales y de transporte.