Temperatuuri määramise valik magnetkodeerija ketaste jaoks kõrge/madala temperatuuri tingimustes: survevaluga ferriit vs. Kummimagnet – ärge lihtsalt vaadake sõna 'ferriit'

Pärast seda, kui koostöörobot töötab pidevalt mitu tundi, hakkab selle asukoha tagasiside aeglaselt triivima. Kui liigend on lahti võetud, magnetkodeerija ketas näeb välja terve ja selle magnetiseerimine ei näita ilmset kõrvalekallet, kuid toatemperatuuril uuesti testimisel ei taastu nurgaviga algväärtusele. Probleem ei seisne sageli mitte kodeerija kiibis, vaid selles, et ketta materjali kõrgel temperatuuril käitumist on alahinnatud.

Magnetkooderi ketaste materjalivalikus on survevalu ferriit ja kummimagnet kaks kõige sagedamini võrreldavat võimalust. Levinud väärarvamus on: mõlemat nimetatakse 'ferriitmagnetiteks', seega peaks nende temperatuuritaluvus olema sarnane. Tegelikkus on täpselt vastupidine – nende temperatuurimäära määrab peamiselt mitte ferriidi magnetpulber, vaid 'sideaine', mis hoiab magnetpulbrit koos . Ferriidi magnetpulbri enda Curie temperatuur võib ulatuda 450–470 °C-ni, kuid maksimaalne temperatuur, mille juures koodri ketas võib pika aja jooksul töötada, sõltub peaaegu täielikult sellest, kui kõrgele maatriksmaterjalid – nailon, PPS, nitriilkummi või hüdrogeenitud nitriilkummi – taluvad.

1. Kahe materjali 'Temperatuuritõde': magnetpulber loob põranda, sideaine loob lae

Survevalu ferriit valmistatakse ferriidi magnetpulbri segamisel termoplastilise vaiguga (nailon, PPS jne) ja selle survevaluga. Selle temperatuuri ülemmäära määrab vaik, mitte ferriit:

• Nailon 12 (PA12) maatriks: maksimaalne töötemperatuur ligikaudu  120°C;

• Nailon 6 (PA6) maatriks: ligikaudu  150 °C;

• Polüfenüleensulfiidi (PPS) maatriks: võib ulatuda ligikaudu  180 °C-ni.

Kummimagnet on painduv magnet, mis on valmistatud nitriilkummi (NBR), hüdrogeenitud nitriilkummi (HNBR) või muude elastomeeride täitmisel ferriidi magnetilise pulbriga. Selle temperatuuritaluvuses domineerib samuti kummi koostis ja levik on suurem, kui paljud inimesed ette kujutavad:

• Kodeerimisketastel olevad tavapärased NBR koostised on tavaliselt hinnatud pikaajalise töötemperatuuri ülempiiriks umbes  80 °C . Lühiajaline kokkupuude temperatuuril 80 °C võib hoida magnetilist lagunemist suhteliselt madalal tasemel, kuid edasine kuumutamine suurendab oluliselt pöördumatu demagnetiseerumise ohtu;

• Tööstuslike kodeerijate jaoks mõeldud NBR-i koostised võivad ulatuda  140–150 °C-ni ja HNBR-vormid võivad ulatuda  160–180 °C-ni.;

• Kõrge temperatuuriga maatriksite, nagu silikoonkummi või spetsiaalse magnetilise pulbri modifikatsiooni abil, võib kummimagnetite lühiajaline tolerantsi ülempiir olla veelgi suurem, kuid sellised koostised maksavad hinda mõõtmete stabiilsuse, mooduli ja maksumuse osas.

• Teisisõnu, mõlemad väited - 'kummist magnetid võivad ulatuda ainult 80 °C' ja 'kummimagnetid võivad ulatuda ka üle 150 °C' - võivad olla tõesed. Erinevus seisneb koostises, mitte laias kategooria nimetuses 'kummimagnet'. Kui valikus on kirjas ainult 'kummimagnet', ilma kummiklassi ja tarnija tegeliku pikaajalise temperatuurikõvera lukustamata, ei saa kõrgel temperatuuril tekkivaid riske sissetuleva kontrolliga peatada.

2. Põhiline eraldusjoon kõrge/madala temperatuuri valikul: mitte 'kas seda saab kasutada', vaid 'kas demagnetiseerimine on pöörduv'

Temperatuuri mõju magnetkodeerija ketastele jaguneb kahte kategooriasse. Nende segamine on kõrgel temperatuuril valideerimisel kõige levinum väärarvamuste allikas.

Pööratav demagnetiseerimine  tähendab, et temperatuuri tõustes remanents ja koertsitiivsus ajutiselt vähenevad vastavalt temperatuurikoefitsiendile ning temperatuuri taastudes taastub põhimõtteliselt ka magnetiline jõudlus. Survevormitud ferriidi jääktemperatuuri koefitsient on suurusjärgus  –0,18%/°C kuni –0,20%/°C . See tähendab, et 25°C kuni 100°C on ainuüksi temperatuurikoefitsiendist tingitud remanentsi langus üle kümne protsendipunkti. See langus iseenesest ei tähenda tingimata, et ketas on 'halb', kuid kõrgel temperatuuril muutub anduri poolt nähtav efektiivne signaali amplituud väiksemaks ning sama müra, ekstsentrilisus ja välised magnetilised häired võimenduvad nurga arvutamisel rohkem, mis väljendub nurga värinana, nullasendi triivina või kiiruse tõrgetena kõrge temperatuuri tingimustes.

Pöördumatu demagnetiseerimine  tähendab, et pärast teatud läve ületamist toimub magnetpiirkonna struktuur püsivalt ja magnetiline jõudlus ei taastu ka pärast toatemperatuurile naasmist. Survevalu ferriidi puhul on koertsitiivsus suhteliselt väike ja kõrgel temperatuuril tööpunkti põlve ületamise oht on suurem; kummimagnetite puhul muudab sideaine pehmendamine või vananemine kõrgel temperatuuril magnetiliste pulbriosakeste dispersiooni olekut, mis võib samuti muuta ajutise languse püsivaks kadumiseks.

Seetõttu  ei ole kõrge/madala temperatuuri valiku tegelik kriteerium mitte 'milline nimitemperatuur on materjalil', vaid see, kas maksimaalsel töötemperatuuril jäävad nurgaviga ja magnetvälja jääk pärast toatemperatuurile naasmist lubatud piiridesse.'  Otsustades 'demagnetiseerumist' ainuüksi selle järgi, kui palju langeb materjali temperatuur või kõrge temperatuur langeb. tarnija TDS-i ühe maksimaalse temperatuurinumbri võrra, ei ole koodrisüsteemi tegelike riskide katmiseks piisav.

3. Valik töötemperatuurivahemiku järgi: toimiv otsustusraamistik

Selle asemel, et küsida, 'kummal on parem temperatuuritaluvus, survevalu ferriit või kummimagnet', on parem kasutada esimese lõikena maksimaalset töötemperatuuri ja teise lõikena valideerimisvõimalust.

≤ 80°C ümbritseva õhu/madala temperatuuri vahemik : mõlemad on kasutatavad. Injektsioonvormitud ferriidil on eelised magnetilise jõudluse, mõõtmete täpsuse ja mitmepooluselise magnetiseerimise järjepidevuse osas; kummimagnetite paindlikkus aitab kaasa löögikindlusele ja kohanemisele ebakorrapärase paigaldusega ning hind on suhteliselt sõbralik. Siinkohal peaks valik keskenduma rohkem eraldusvõimele, pooluste sammule ja struktuurilise integratsiooni nõuetele, mitte temperatuuritaluvusele. Tuleb märkida, et kummimagnetid võivad kõvastuda väga madalatel temperatuuridel (nt –40°C). Kui rakendus hõlmab käivitamist madalal temperatuuril või termilist šokki, tuleks kinnitada koostise paindlikkuse säilitamine madalal temperatuuril, mitte ainult 'madala temperatuuri suhtes vastupidav' märgis.

80–120 °C keskmine-kõrge temperatuurivahemik : see on intervall, mille jooksul need kaks oluliselt lahknevad. Tavalised kummimagnetipreparaadid on juba sisenenud tsooni, mis nõuab selles vahemikus hoolikat hindamist; survevalu ferriidi maatriksi PA12 nominaalne ülempiir on umbes 120 °C, kuid kodeerimiskettana kasutamisel on soovitatav mitte käsitleda 'materjali ülemist piiri' otse 'disaini tööpunktina'. Kui tööpiik on 120 °C lähedal, pakub PA6-põhine ferliriit (rohkem 5C) piisav varu ja pöördumatut kadu tuleks kinnitada temperatuurijärgse tsükli jäägi kaudu pärast toatemperatuurile naasmist.

120–150 °C : PA6-põhine survevalu ferriit on selle temperatuuririba loomulik kandidaat, samas kui kummimagnetid nõuavad selgesõnaliselt kõrge temperatuuriga NBR või HNBR koostise valimist ja tarnija pikaajalise vananemisandmete taotlemist sihttemperatuuril, selle asemel, et tugineda ainult lühiajalistele hetketolerantsi väärtustele. See riba on ka koht, kus 'koostis teeb kõik erinevused' kõige ilmsem: sama 'kummimagneti' puhul võivad tavapärased NBR-i koostised ja kõrge temperatuuriga NBR/HNBR-koostised kodeerijatele käituda pikaajalises käitumises 150 °C lähedal täiesti erinevalt.

> 150°C : PPS-põhine survevaluferriit (umbes 180°C) on kahe materjalitüübi hulgast realistlikum variant. Kummist magnetid ei ole absoluutselt kasutuskõlbmatud, kuid need nõuavad kõrge temperatuuriga kummimaatriksit või spetsiaalselt modifitseeritud koostist ning paindlikkuse, mõõtmete stabiilsuse ja kulude kompromissid muutuvad silmatorkavamaks. Kui töötingimused ületavad pikaajaliselt 180 °C, hakkavad mõlemat tüüpi orgaanilise sideainega magnetid lähenema materjalisüsteemi piiridele ja valikuarutelu peaks nihkuma teistele magnetsüsteemidele või süsteemi tasemel soojusjuhtimisele, selle asemel, et jätkata peenhäälestamist 'pritsevormitud ferriidi või kummimagneti' vahel.

Madala temperatuuriga lõppu ei saa samuti hinnata ainult 'minimaalse temperatuuri' järgi. Ferriidi koertsitiivtemperatuuri koefitsient erineb suunalt remanentsi temperatuurikoefitsiendist ja mõnel ferriidi klassil on madalal temperatuuril pöördumatu demagnetiseerimise mehhanism madalal temperatuuril; kummimagnetite madala temperatuuri risk on rohkem kontsentreeritud kummimaatriksi kõvenemisele ja rabedamisele. Vahelduvates kõrge/madala temperatuuri tingimustes peegeldab  nurga nullasendi stabiilsus pärast temperatuuritsüklit  paremini ketta kasutatavust tegelikes töötingimustes kui magnetiline jõudlus ühes temperatuuripunktis.

4. Valideerimisel kõige kergemini vahele jääv samm

Magnetkodeerijate kõrgetemperatuurilisel valideerimisel on 'näiliselt õige' lõks: magnetvälja amplituud langeb pärast kuumutamist, ei taastu pärast jahutamist täielikult ja seejärel hinnatakse seda pöördumatuks demagnetiseerimiseks. Kuid amplituudi jääk võib tuleneda magnetist või koostu pingete vabanemisest, konstruktsiooni soojuspaisumisest põhjustatud õhuvahe muutustest või anduri esiotsa triivimisest. Vastupidi, ajutine amplituudi langus kõrgel temperatuuril, mis taastub pärast jahutamist, ei tähenda, et süsteem on kõrgel temperatuuril tingimata ohutu – pärast efektiivse signaali vähenemist võib nurgaviga olla kõrgel temperatuuril juba ületanud piiri ja pärast jahutamist näeb see lihtsalt 'hea' välja.

Tugevam lähenemine on järgmine:  enne ja pärast temperatuuritsüklit kasutage peamiste kriteeriumidena nurgaviga ja nullasendi triivi ning abistava diagnostilise suurusena magnetvälja amplituudi . Kui nurgaviga ja nullasend pärast toatemperatuurile naasmist ei taastu algtasemele, siis analüüsige, kas see on pöördumatu magneti kadu, sideaine vananemine või koostu oleku muutus. Seotud magnetite, nagu survevalu ferriit- ja kummimagneti puhul, ei ilmne sideaine oleku muutused pärast kõrge temperatuuriga kokkupuudet sageli mitte 'magnet äkki kaob', vaid nurksignaali aeglase lagunemisena, mis jääb rutiinsete 'magnetiseerimine OK, välimus OK' kontrollide korral kergesti vahele.

Järeldus

Kõrge/madala temperatuuri tingimustes ei ole magnetkooderi ketaste valik sisuliselt binaarne valik 'sissepritsevormitud ferriit vs kummimagnet', vaid kaks järjestikust küsimust:  maksimaalne töötemperatuur ja tsüklirežiim määravad kandidaatmaterjalide sideainesüsteemi; valideerimisandmed – eriti nurga jääk pärast toatemperatuurile naasmist – määravad kindlaks, kas kandidaatmaterjal saab tõepoolest disaini siseneda . Injektsioonvormitud ferriidi temperatuurilagi on kirjutatud vaigu klassis, kummimagneti temperatuurilagi on kirjutatud kummi koostises ja kodeerija töökindlus on kirjutatud temperatuuritsükli järgses nurgaveas. Ainult nende kolme kihti lahus hoides ei peatu valik liiga konarlikul muljel, et 'ferriit on kõrgele temperatuurile vastupidav'.

Kiirvaliku kontroll-loend

• Esmalt lukustage  maksimaalne töötemperatuur  ja  tsüklite arv ; ärge kasutage tipptemperatuuri asemel keskmist temperatuuri.

• Survevormitud ferriidi puhul küsige selgelt vaigumaatriksi kohta  : PA12 ≈ 120°C, PA6 ≈ 150°C, PPS ≈ 180°C; kasutage autoriteedina tarnija mõõdetud pikaajalist temperatuurikõverat.

• Kummimagneti puhul küsige selgelt kummiklassi kohta  : tavapäraste NBR-preparaatide ja kõrge temperatuuriga NBR/HNBR-preparaatide pikaajalised ülempiirid võivad erineda kümnete Celsiuse kraadide võrra; ärge kirjutage lihtsalt 'kummimagnet'.

• Nõua, et tarnija esitaks  pärast toatemperatuurile naasmist sihttemperatuuril vananemisjärgse nurgavea/magnetvälja jääkväärtuse , mitte ainult hetkelise magnetvoo kõrgel temperatuuril.

• Madala temperatuuriga tingimuste puhul kinnitage ka  kummimaatriksi madalal temperatuuril rabestumise ohtu  ja  ferriidi pöördumatut demagnetiseerumist madalal temperatuuril.