産業用渦電流変位センサー

渦電流変位センサーは、センサーの誘導変位グループに属し、産業用アプリケーションに適しています。従来の誘導センサーとは異なり、渦電流センサーの測定原理により、非強磁性材料（アルミニウムなど）および強磁性材料（鋼など）の測定が可能になります。これらは、変位、距離、位置、振動、振動、および厚さの非接触で摩耗のない測定用に設計されています。したがって、これらは機械やシステムの監視に最適です。圧力、汚れ、または温度の変動が発生する場合でも、過酷な産業環境で測定を行うことができます。

通常、渦電流変位センサーは、高い測定精度が要求され、他のセンサーが一般的な周囲条件に対応できない場合に使用されます。たとえば、光学センサーは、測定ギャップ内の汚れやほこりや高温の影響を受けます。従来の誘導変位センサーは、比較的高い直線性誤差と低い周波数応答を持つフェライトコアを使用しています。また、周囲温度が変動すると測定精度が低下します。

渦電流変位センサーを使用して測定できるのは、強磁性か非強磁性かにかかわらず、導電性の金属ターゲットのみです。非導電性材料は渦電流測定システムからは見えないため、測定結果に影響を与えません。このため、これらのセンサーは、プラスチックや油などの材料を介して金属物体を測定できます。これにより、オイルギャップ測定やプラスチックフィルムをガイドするローラーに対する距離測定などのアプリケーションが可能になります。

従来の誘導変位センサーの制限

古典的な誘導変位センサーは、強磁性コアに巻かれたコイルを使用します。そのコアのため、出力は非線形であるため、センサーの電子機器で線形化するか、ユーザーがプラント制御システムでこの非線形性を考慮する必要があります。

非線形性に加えて、他の制限には、コア自体が磁場を吸収するという事実によって引き起こされる鉄損が含まれます。これらの損失は、誘導変位センサーが1秒あたり約100回の測定でその性能の限界に達するまで、周波数とともに増加します。

誘導変位センサーのもう1つの問題は、フェライトコアの高い熱膨張係数による極端な温度変化に対する感度です。これにより、温度補償が困難になり、通常は高い熱ドリフトが発生します。

渦電流センサーと静電容量式変位センサー

渦電流センサーと静電容量センサーは、電界の変化に基づいて導電性の測定対象物までの距離を検出します。渦電流センサーは、センサーコイルのインピーダンスの変化を介して距離を測定します。静電容量センシングでは、センサーと測定オブジェクトがコンデンサーのプレートを形成します。

どちらのタイプもサブマイクロメートルの範囲で測定できます。それにもかかわらず、それらは動作環境に関してかなり異なります。渦電流センサーは、汚れ、ほこり、湿度などの過酷な産業環境に最適です。一方、静電容量センサーには、電子機器の製造、実験室、およびクリーンルームで見られるようなクリーンな環境が必要です。

渦電流変位センサー

渦電流センサーは、誘導変位および近接センサーと同じ磁気誘導の法則を採用していますが、それらの空芯コイル構造により、より高い精度、測定速度、および安定性が可能になります。非線形性と温度ドリフトは問題になりません。

それらの利点は次のとおりです。

• 100kHzまでの高速測定。

• 0.5μm以上の高解像度。

• 高い直線性。

• 変動する周囲温度での高温安定性。これは、アクティブな温度補償を組み込むことでさらに改善できます。

• 強磁性または非強磁性のターゲット材料を使用した測定。

• 高圧、高温、汚れ、蒸気、油の影響を受けません。

渦電流センサーの動作原理

検出コイルに交流電流が流れると、変化する磁場が発生します。このフィールドは、ターゲットに電流、つまり渦電流を誘導します。交流渦電流は、感知コイルの磁場に対抗する独自の磁場を生成し、それによって感知コイルのインピーダンスを変化させます。インピーダンスの変化量は、ターゲットとプローブの検出コイルの間の距離に依存します。インピーダンスに依存する検出コイルに流れる電流は、プローブに対するターゲットの位置を示す出力電圧を生成するために処理されます。

温度補償

Micro-Epsilonからいくつかの異なる渦電流センサー設計が利用可能であるため、エンジニアは特定のアプリケーションに最適なセンサーを選択できます。たとえば、非常に正確な測定が必要な場合は、アクティブな温度補償が必要です。温度が変化すると、測定信号に影響を与える可能性のある2つの要因があります。センサーとターゲットの幾何学的寸法がセンサーとターゲットの伸縮の形で変化する機械的変化です。また、電磁特性が変化するため、電気的効果は機械的効果よりもさらに大きな影響を及ぼします。

たとえば、eddyNCDT 3001シリーズは、従来の誘導変位センサーが性能限界に達することが多いアプリケーション向けに特別に設計されています。それらはコンパクトな寸法で、M12およびM18ハウジングで利用可能で、2mmから8mmまでの測定範囲をカバーします。これらはIP67で保護されているため、自動化、機械製造、および設計に適用できます。さらに、70°Cまで温度補償されています。これらは、高い測定精度と直線性、および5 kHzの周波数応答率を備えており、アルミニウムや鋼などの強磁性および非強磁性オブジェクト用に工場で校正されています。

静圧軸受

渦電流変位センサーの用途の1つは、石臼や伸縮式設備などの大型機械であり、静圧軸受で動作することがよくあります。これらのベアリングシステムには、外部圧力供給を介して液体潤滑剤が継続的に供給されます。潤滑剤はベアリング表面の間に押し付けられ、ベアリング表面は薄い潤滑膜によって互いに連続的に分離されます。ベアリング面は摩擦にさらされないため、摩耗することなく動作します。これにより、サブマイクロメートルの位置制御が可能になります。ただし、油圧の乱れや圧力の低下は、悲惨な結果をもたらす可能性があります。これにより、ベアリングが損傷し、最終的にはシステム障害が発生し、メンテナンスと修理のコストが高くなる可能性があります。したがって、静圧軸受のオイルギャップには、信頼性の高い継続的な検査が必要です。このアプリケーションでは、センサーはベアリングシューに水平に取り付けられているため、油圧に直接さらされることはありません。油膜を通して反対側のベアリング面まで測定します。

燃焼エンジン

ピストンの正確な位置、ピストンリング、および既存の圧力条件は、燃焼エンジンのメーカーにとって重要な情報です。シミュレーションツールを使用して、このデータは主に、摩耗、摩擦、およびオイル消費量に関する信頼できる予測を行うために使用されます。渦電流センサーは、ピストンリングといわゆるピストンの二次運動を高精度で測定します。ここでは、渦電流センサーの利点（燃焼エンジンの高温（180°Cまで、短時間ではさらに高い）に対する耐性）が明らかです。一般的な振動、圧力、オイル、燃料、燃焼ガス、および継続的な機械的動作は、結果の精度に影響を与えません。さらに、eddyNCDTセンサーは、測定範囲が狭く（0〜0.5 mm）、非常に高い分解能（1μm未満）で高速な測定速度を提供します。

小型化

Micro-Epsilonは、小型化のために埋め込みコイル技術（ECT）を使用するセンサーを開発しました。この製造技術により、センサーの外部設計と幾何学的形状に関してほぼ無制限の範囲が可能になり、評価用電子機器をセンサーに統合することができます。 2次元の渦電流コイルを無機材料に埋め込んで構成されているため、センサーの安定性、堅牢性、熱抵抗が向上します。これらのセンサーは、半導体製造における超高真空などの非常に過酷なアプリケーションに適しています。

渦電流変位センサー—小さいながらも強力な産業労働者

これらの小さなセンサーは、環境が最も過酷で最も困難であるにもかかわらず、非常に正確な測定が必要な産業環境に最適です。大型機械の静圧軸受のギャップの測定、ピストンとシリンダー間のクリアランスの測定から、プラスチックフィルムをガイドするローラーに対する距離の測定まで、あらゆる用途に使用できます。

この記事は、Micro-Epsilon USA（ノースカロライナ州ローリー）のマネージングディレクターであるMartinDumbergerによって書かれました。詳細については、Dumberger氏にお問い合わせください。このメールアドレスはスパムボットから保護されています。表示するにはJavaScriptを有効にする必要があります。または、こちらにアクセスしてください 。