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定制磁传感器选择和设计指南

时间:2019-01-18 来源:敏创电子编辑:热敏电阻厂家浏览:
提前规划是涉及传感器的成功设计工程的关键。与原始设备制造商(OEM)团队和客户保持开放式沟通有助于设计工程师解决项目的独特参数,要求和约束。工程师应该对设计过程采取整体方法,考虑全磁路,而不仅仅是传感器本身。这包括检查磁性致动器和靠近其位置的周围环境。
 
如果OEM在主系统设计几乎完成之后才考虑传感器放置,则会出现重大挑战。这种计划失败通常会导致设计的特征在于非常独特的传感器设计要求,而开箱即用的传感器封装可能无法满足这些要求。例如,机械设计占地面积可能不适合可用空间,或者电负载可能不允许没有额外电路的标准传感元件。此外,应用中的环境条件可能极端。如果标准传感器无法满足这些独特要求,则需要定制传感器。
 
本文将讨论设计工程师在指定自定义传感器时应考虑的四个关键参数:环境,机械,电气和磁性。这些指南特别有用,因为它们可以应用于任何涉及簧片开关或霍尔效应传感器的磁传感应用。
几个环境因素会影响磁传感器的性能。了解每一个的影响将有助于工程师采取预防措施,以确保电路设计的完整性。
 
温度
超过+ 100°C的操作和存储温度会降低传感器和磁铁的性能。霍尔效应传感器的最高温度限制范围为+ 85°C至+ 150°C。一旦超过最大温度值,传感器就会失去校准,并且不会对磁场做出正确响应。高达+ 150°C的温度对簧片开关性能的影响最小。关于磁性参数的最后一节提供了有关温度如何影响执行器磁性材料选择的更多细节。
 
湿度
如果需要,这极大地影响磁性材料的选择和磁体的潜在涂层。一些磁铁材料如钕对水分非常敏感,并且会因为水分随着水分而降解而崩解。
 
震动和振动
这些应该仔细审查。高G力会对簧片开关产生负面影响,并且可能需要刀片的特殊定位。
 
UV
对于室外安装,传感器所考虑的塑料材料应能够承受长时间的紫外线照射。工程师应检查是否需要任何特殊的验证性能标准。
 
热冲击
建议进行热冲击测试以验证传感器设计并确保其长期性能。如果温度范围很宽,如-40°C至+ 105°C,通常会进行此项测试。高温甚至可能达到+ 150°C。如果包装不当,材料会在高应力下降解。应分析塑料和灌封材料的热膨胀系数,以确保它们在整个温度范围内与传感器内的开关元件兼容。

为了充分了解所涉及的电气因素,设计工程师应该问自己:
切换的电气负载是多少?
什么是开关电压和电流?
是AC还是DC?它是逻辑级负载吗?
电路是否由电池供电?如果是这样,电池电压值是多少?
开关负载是电阻性的,电感性的还是电容性的?
在产品的整个使用寿命期间需要多少次开关周期?
是否有任何特殊的开关速度要求(即速度传感器)?
客户需要哪种类型的传感器输出:数字还是模拟?
客户是否需要常开,常闭或单拉双簧管开关?
应用中是否有任何特殊要求,如EMC,EMI或ESD考虑因素?(这在使用霍尔效应传感器时非常重要。)
磁性评估材料,质量和性能:
 
可惜的是,在指定簧片或霍尔效应传感器时经常忽略磁致动器。这尤其令人惊讶,因为磁铁和传感器各占磁路最终设计的50%。
 
OEM客户可能会说他或她已经在应用程序中设计了磁铁,而没有考虑技术问题的可能性。为了防止出现问题,设计工程师必须与客户一起检查磁铁的设计,以满足所需的应用要求。对磁路的彻底分析将防止生产过程中的长期质量问题。
 
工程师应使用此列表来评估磁铁的质量和性能:
使用磁性仿真软件可以在各种条件下全面了解传感器的磁性操作环境。该工具可在操作和与运动中的磁场相互作用时表征传感器性能。它应该考虑位于传感器和磁性执行器组件附近的任何黑色金属,它们可以将预期的磁场分流远离传感器。该模拟应在将大量时间投入台式测试和工具之前完成。
 
考虑应用的温度,因为它对磁性材料的影响最大。某些磁性材料(如钕)对最大允许工作温度有限制。一旦超过最高温度,通量密度显着降低且不能反转。对于诸如室内应用的良性环境,如果材料满足传感器激活所需的距离公差,则铝镍钴磁铁或低成本陶瓷磁铁可以很好地工作。在具有许多温度波动的高温应用(即汽车环境)中,通常需要非常稳定的稀土磁性材料,例如钐钴。
 
研究磁铁的极性和方向。霍尔效应传感器通常仅使用磁体的北极或南极操作。干簧传感器不具有极性敏感性,可与任何磁极一起工作。
 
如果激活公差非常严格,则消除陶瓷牌号和铝镍钴合金牌号,同时推荐使用钕或钐钴磁铁。稀土材料比往年更具成本竞争力。
 
当应用在高湿度环境中时,要非常小心使用新级磁铁。在钕上镀镍是一个很好的障碍。但是,并不能保证水分不会通过裂缝渗入镍下。如果需要稀土材料,请选择适合此环境的钐级材料。
当将磁铁包装在密封的塑料或有色金属包装中时,可考虑将钕用于高湿度环境。
 
为防止价格成为未来问题,请确保未对应用指定磁铁材料。


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