Encoder zonder nadelen

Inductieve koppeling in plaats van een mechanische

Encoders, de sensoren die gebruikt worden om de hoekverdraaiing van een as te kunnen meten, bestaan er in een aantal uitvoeringen, maar bijna allemaal hebben ze dezelfde nadelen. Doordat ze constant bewegen en vaak onderhevig zijn aan trillingen, krijgen lagers en afdichtingen het zwaar te verduren waardoor vaak de levensduur beperkt is. Turck heeft hier een oplossing voor gevonden, namelijk een encoder met zeer goede eigenschappen zonder mechanische koppeling tussen de draaiende as en de sensor.

Encoders bestaan er in vele soorten en maten. Bij bijna allemaal heeft de sensor een draaibare as die gekoppeld wordt aan de as waarvan de hoekverdraaiing gemeten moet worden. Deze as moet natuurlijk voorzien zijn van goede lagers en een goede afdichting, want er mag immers geen vocht en vuil in de sensorbehuizing binnen kunnen dringen waardoor de werking van de opnemer verstoord raakt. Daarnaast zijn veel sensoren uiterst gevoelig voor trillingen. Met name de optische sensoren met een codeschijf kunnen daardoor zeer gemakkelijk defect raken. De codeschijf is immers veelal een glazen schijf waarop bijvoorbeeld een Gray-code is aangebracht en het is juist het glas dat zeer gemakkelijk kan breken. Dit soort encoders moet dan ook zeer voorzichtig behandeld worden om zo te voorkomen dat de glazen schijf breekt.
Het spreekt voor zich dat vuil en vocht bij een optische sensor ook uit den boze is. Ditzelfde geldt natuurlijk ook voor een potentiometrische sensor die door binnendringend vocht en vuil zeer snel zal slijten.
Kijken we naar sensoren die met een magneet werken, dan zien we dat deze last kunnen hebben van EMC en verstoring van het magneetveld door metalen voorwerpen in de buurt of magnetische velden afkomstig van bijvoorbeeld een motor. Veelal hebben ze ook een vrij lage resolutie, hetgeen voor veel applicaties een bezwaar kan zijn. Daar staat tegenover dat een magnetische sensor contactloos kan werken. Tussen de draaiende as en de opnemer en sensorelektronica hoeft geen mechanische verbinding te zijn waardoor slijtage door het draaien van de (al dan niet trillende) as minimaal is. Ook kan de sensor compleet stof en vochtdicht opgebouwd worden, hetgeen natuurlijk ook grote voordelen heeft.
Al met al kan gesteld worden dat veel van de huidige sensoren de nodige nadelen hebben die alleen omzeild kunnen worden door speciale koppelingen en een zeer nauwkeurige montage plus een omgeving waarbij rekening gehouden wordt met het meetprincipe van de sensor.

Zonder moeite
Naast de hiervoor genoemde meetprincipes is er nog een manier om rotatie te meten. Er kan namelijk ook inductief gemeten worden waarbij de opbouw van de sensor is te vergelijken met een transformator. De sensor bestaat dus uit twee spoelen die inductief gekoppeld worden. Eén van de spoelen, die met een condensator een resonantiekring vormt, wordt op de draaiende as gemonteerd. De andere wordt vast opgestelde en is gekoppeld aan een oscillator die een wisselspanning levert met dezelfde frequentie als die van de resonantiekring. Door de inductieve koppeling zal er energie vanuit de oscillator op de resonantiekring worden overgedragen waarbij de mate van koppeling bepaalt hoeveel energie er uit de oscillator betrokken wordt. Doordat de twee spoelen ten opzichte van elkaar verdraaien als de as rondgedraaid wordt, is er een variabele koppeling waarbij de mate van koppeling afhankelijk is van de hoek. Dit heeft tot gevolg dat de energie die uit de oscillator betrokken wordt ook afhankelijk is van de hoek. Deze variërende energieopname is nu een maat waaruit de verwerkingselektronica in de sensor de hoek bepaalt.
Voor het verkrijgen van een hoge nauwkeurigheid, is de sensor met twee aparte meetsystemen uitgerust. Eentje voor het meer grofstoffelijk bepalen van de hoek en eentje voor het fijnere meetwerk. Uit beide meetsignalen wordt de uiteindelijke hoek met een digitale verwerkingseenheid bepaald. Door het meetprincipe is de sensor in feite een analoge sensor, maar het feit dat de meetwaarden digitaal verwerkt worden, maakt dat de uiteindelijke meetwaarde niet meer analoog is.

Voor het complete artikel klik hier

Voor meer informatie over de nieuwe encoder van Turck klik hier