انتخاب درجه‌بندی دما برای دیسک‌های رمزگذار مغناطیسی تحت شرایط دمای بالا/پایین: فریت قالب‌گیری تزریقی در مقابل. آهنربای لاستیکی - فقط به کلمه 'فریت' نگاه نکنید

پس از اینکه یک ربات مشارکتی چندین ساعت به طور مداوم کار می کند، بازخورد موقعیت آن به آرامی شروع به حرکت می کند. هنگامی که اتصال جدا می شود، دیسک انکودر مغناطیسی دست نخورده به نظر می رسد و مغناطش شدن آن هیچ گونه ناهنجاری آشکاری را نشان نمی دهد، اما هنگامی که در دمای اتاق دوباره آزمایش می شود، خطای زاویه ای به مقدار اولیه خود باز نمی گردد. مشکل اغلب در تراشه رمزگذار نیست، بلکه در این واقعیت است که رفتار مواد دیسک در دمای بالا دست کم گرفته شده است.

در انتخاب مواد برای دیسک‌های رمزگذار مغناطیسی، فریت قالب‌گیری شده با تزریق و آهنربای لاستیکی دو گزینه رایج در مقایسه هستند. یک قضاوت نادرست رایج این است: هر دو 'مگنت فریت' نامیده می شوند، بنابراین مقاومت دمایی آنها باید مشابه باشد. واقعیت دقیقاً برعکس است - چیزی که درجه بندی دمای آنها را تعیین می کند عمدتاً پودر مغناطیسی فریت نیست، بلکه 'بایندر' است که پودر مغناطیسی را کنار هم نگه می دارد . دمای کوری پودر مغناطیسی فریت می‌تواند به 450 تا 470 درجه سانتی‌گراد برسد، اما حداکثر دمایی که در آن یک دیسک رمزگذار می‌تواند طولانی‌مدت کار کند، تقریباً کاملاً به میزان مقاومت مواد ماتریس - نایلون، PPS، لاستیک نیتریل یا لاستیک نیتریل هیدروژنه شده بستگی دارد.

1. 'حقیقت دما' دو ماده: پودر مغناطیسی کف را تنظیم می کند، کلاسور سقف را تنظیم می کند.

فریت قالب گیری تزریقی از مخلوط کردن پودر مغناطیسی فریت با رزین ترموپلاستیک (نایلون، PPS و غیره) و قالب گیری تزریقی ساخته می شود. سقف دمای آن توسط رزین تعیین می شود، نه فریت:

• ماتریس نایلون 12 (PA12): حداکثر دمای کاری تقریباً  120 درجه سانتیگراد;

• ماتریس نایلون 6 (PA6): تقریباً  150 درجه سانتیگراد;

• ماتریس پلی فنیلن سولفید (PPS): می تواند به حدود  180 درجه سانتیگراد برسد.

آهنربای لاستیکی یک آهنربای انعطاف پذیر است که با پر کردن لاستیک نیتریل (NBR)، لاستیک نیتریل هیدروژنه (HNBR) یا سایر الاستومرها با پودر مغناطیسی فریت ساخته می شود. مقاومت دمایی آن نیز تحت تأثیر فرمول لاستیکی است و گسترش آن بزرگتر از آن چیزی است که بسیاری تصور می کنند:

• فرمول‌های NBR معمولی روی دیسک‌های رمزگذار معمولاً در دمای کاری طولانی‌مدت حدود  80 درجه سانتی‌گراد درجه‌بندی می‌شوند . قرار گرفتن در معرض کوتاه مدت در دمای 80 درجه سانتی گراد می تواند پوسیدگی مغناطیسی را در سطح نسبتاً پایین نگه دارد، اما گرمایش بیشتر به طور قابل توجهی خطر مغناطیس زدایی غیرقابل برگشت را افزایش می دهد.

• فرمول‌های NBR برای رمزگذارهای صنعتی می‌توانند به دمای  ۱۴۰ تا ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد برسند ، و فرمول‌های HNBR می‌توانند به  دمای ۱۶۰ تا ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد برسند.;

• از طریق ماتریس‌های با دمای بالا مانند لاستیک سیلیکونی یا اصلاح پودر مغناطیسی خاص، سقف تحمل کوتاه‌مدت آهن‌رباهای لاستیکی می‌تواند حتی بالاتر باشد، اما چنین فرمول‌هایی هزینه‌ای را در ثبات ابعادی، مدول و هزینه پرداخت می‌کنند.

• به عبارت دیگر، هر دو عبارت «آهن‌ربای‌های لاستیکی فقط می‌توانند به 80 درجه سانتی‌گراد برسند» و «مگنت‌های لاستیکی می‌توانند به بالای 150 درجه سانتی‌گراد نیز برسند» می‌توانند درست باشند. تفاوت در فرمولاسیون نهفته است، نه در نام دسته بندی گسترده 'مگنت لاستیکی'. اگر انتخاب فقط 'آهنربای لاستیکی' را بدون قفل کردن درجه لاستیک و منحنی دمای طولانی مدت واقعی تامین کننده می گوید، خطرات در شرایط دمای بالا را نمی توان با بازرسی دریافتی متوقف کرد.

2. خط تقسیم اصلی در انتخاب دمای بالا/پایین: نه 'اینکه آیا می توان از آن استفاده کرد'، بلکه 'آیا مغناطیس زدایی برگشت پذیر است'

اثرات دما بر روی دیسک های رمزگذار مغناطیسی به دو دسته تقسیم می شود. تلفیق آنها رایج ترین منبع قضاوت نادرست در اعتبارسنجی دمای بالا است.

مغناطیس زدایی برگشت پذیر  به این معنی است که با افزایش دما، ماندگاری و اجبار به طور موقت با توجه به ضریب دما کاهش می یابد و هنگامی که دما بهبود می یابد، عملکرد مغناطیسی نیز اساساً بهبود می یابد. ضریب دمای ماندگاری فریت قالب گیری تزریقی در حد  0.18-%/°C تا -0.20%/°C است . این بدان معنی است که از 25 درجه سانتیگراد تا 100 درجه سانتیگراد، افت پسماند ناشی از ضریب دما بیش از ده درصد است. این افت لزوماً به معنای 'بد' بودن دیسک نیست، اما در دمای بالا، دامنه سیگنال موثری که سنسور مشاهده می‌کند، کوچک‌تر می‌شود، و همان نویز، خروج از مرکز و تداخل مغناطیسی خارجی در محاسبه زاویه بیشتر تقویت می‌شوند و به صورت لرزش زاویه، دریفت موقعیت صفر، یا اشکالات سرعت در شرایط با سرعت بالا ظاهر می‌شوند.

مغناطیس زدایی برگشت ناپذیر  به این معنی است که پس از اینکه دما از یک آستانه معین فراتر رفت، ساختار حوزه مغناطیسی دستخوش تغییر دائمی می شود و عملکرد مغناطیسی پس از بازگشت به دمای اتاق باز هم بهبود نمی یابد. برای فریت قالب گیری تزریقی، اجبار نسبتاً کم است و خطر عبور از زانو نقطه عمل در دمای بالا بیشتر است. برای آهنرباهای لاستیکی، نرم شدن یا پیری بایندر در دمای بالا، حالت پراکندگی ذرات پودر مغناطیسی را تغییر می‌دهد، که به همین ترتیب می‌تواند کاهش موقتی را به از دست دادن دائمی جامد کند.

بنابراین،  معیار واقعی برای انتخاب درجه حرارت بالا/پایین، 'میزان درجه دمای اسمی ماده نیست' نیست، بلکه 'این است که آیا در حداکثر دمای کاری، خطای زاویه ای و میدان مغناطیسی باقیمانده پس از بازگشت به دمای اتاق در محدوده مجاز باقی می مانند.  ' مواد صرفاً با یک عدد حداکثر درجه حرارت در TDS تامین کننده، برای پوشش خطرات واقعی سیستم رمزگذار کافی نیست.

3. انتخاب بر اساس باند دمای عملیاتی: یک چارچوب تصمیم گیری عملی

به جای اینکه بپرسید «مقاومت دمایی بهتر، فریت تزریقی یا آهنربای لاستیکی» بهتر است از حداکثر دمای عملیاتی به عنوان اولین برش و قابلیت اعتبارسنجی به عنوان برش دوم استفاده کنید.

≤ 80 درجه سانتی گراد محدوده محیطی/دمای پایین : هر دو قابل استفاده هستند. فریت قالب گیری تزریقی دارای مزایایی در عملکرد مغناطیسی، دقت ابعادی و قوام مغناطیسی چند قطبی است. انعطاف پذیری آهنرباهای لاستیکی به مقاومت در برابر ضربه و انطباق با نصب نامنظم کمک می کند و هزینه نسبتاً دوستانه است. در این مرحله، انتخاب باید بیشتر بر روی وضوح، گام قطب، و الزامات یکپارچگی سازه تمرکز کند تا مقاومت در برابر دما. باید توجه داشت که آهنرباهای لاستیکی ممکن است در دماهای بسیار پایین سخت شوند (مثلاً 40- درجه سانتیگراد). اگر برنامه شامل راه اندازی در دمای پایین یا شوک حرارتی باشد، حفظ انعطاف پذیری فرمول در دمای پایین باید تایید شود، نه فقط برچسب 'مقاوم در دمای پایین'.

80-120 درجه سانتی گراد محدوده دمای متوسط-بالا : این فاصله زمانی است که این دو از نظر مادی از هم جدا می شوند. فرمولاسیون های معمولی آهنربای لاستیکی قبلاً وارد منطقه ای شده اند که نیاز به ارزیابی دقیق در این محدوده دارد. ماتریس PA12 فریت قالب‌گیری تزریقی دارای حد بالایی اسمی حدود 120 درجه سانتی‌گراد است، اما زمانی که به‌عنوان دیسک رمزگذار استفاده می‌شود، توصیه می‌شود «محدودیت بالایی ماده» را مستقیماً به‌عنوان «نقطه عملیاتی طراحی» در نظر نگیرید. اگر پیک عملیاتی نزدیک به 120 درجه سانتی‌گراد باشد (به‌عنوان پیش‌بینی‌شده در PA-6-1). 150 درجه سانتیگراد) حاشیه کافی را فراهم می کند و اتلاف غیر قابل برگشت باید از طریق باقیمانده پس از چرخه دما پس از بازگشت به دمای اتاق تأیید شود.

120-150 درجه سانتی گراد : فریت قالب‌گیری تزریقی مبتنی بر PA6 کاندیدای طبیعی برای این باند دمایی است، در حالی که آهن‌رباهای لاستیکی به‌جای تکیه بر مقادیر کوتاه‌مدت در شرایط کنونی نیاز به انتخاب صریح فرمول NBR یا HNBR با دمای بالا و درخواست داده‌های پیری طولانی‌مدت تامین‌کننده در دمای هدف دارند. این باند همچنین جایی است که «فرمول‌سازی همه تفاوت‌ها را ایجاد می‌کند» بیشتر مشهود است: برای همان «مگنت لاستیکی»، فرمول‌های NBR معمولی و فرمول‌های NBR/HNBR با دمای بالا برای رمزگذارها ممکن است در رفتار طولانی‌مدت نزدیک به 150 درجه سانتی‌گراد کاملاً متفاوت عمل کنند.

> 150 درجه سانتیگراد : فریت قالب گیری تزریقی مبتنی بر PPS (تقریباً 180 درجه سانتیگراد) گزینه واقعی تر در بین دو نوع ماده است. آهنرباهای لاستیکی مطلقاً غیرقابل استفاده نیستند، اما نیاز به یک ماتریس لاستیکی با دمای بالا یا فرمولاسیون اصلاح شده خاص دارند و تضاد بین انعطاف پذیری، ثبات ابعادی و هزینه برجسته تر می شود. اگر شرایط عملیاتی در درازمدت از 180 درجه سانتی‌گراد فراتر رود، هر دو نوع آهن‌ربای بایندر آلی شروع به نزدیک شدن به مرزهای سیستم مواد می‌کنند و بحث انتخاب باید به سایر سیستم‌های آهنربایی یا مدیریت حرارتی در سطح سیستم منتقل شود، نه اینکه به تنظیم دقیق بین «فریت قالب‌گیری شده با تزریق یا آهنربای لاستیکی» ادامه دهد.

به همین ترتیب، پایان دمای پایین را نمی‌توان تنها با «دما حداقل» قضاوت کرد. خطر دمای پایین آهنرباهای لاستیکی بیشتر در سخت شدن و شکنندگی ماتریس لاستیکی متمرکز است. در شرایط متناوب دمای بالا/پایین،  پایداری زاویه‌ای در موقعیت صفر پس از چرخه دما،  قابلیت استفاده از دیسک را در شرایط عملیاتی واقعی بهتر از عملکرد مغناطیسی در یک نقطه دمایی واحد منعکس می‌کند.

4. مرحله ای که در اعتبارسنجی به راحتی از دست می رود

اعتبار سنجی در دمای بالا رمزگذارهای مغناطیسی دارای یک تله 'به ظاهر صحیح' است: دامنه میدان مغناطیسی پس از گرم شدن کاهش می یابد، پس از سرد شدن به طور کامل بازیابی نمی شود و سپس به عنوان مغناطیس زدایی برگشت ناپذیر قضاوت می شود. اما دامنه باقیمانده ممکن است از آهنربا، یا از آزاد شدن تنش مجموعه، تغییرات شکاف هوا ناشی از انبساط حرارتی ساختاری، یا رانش جلویی حسگر ناشی شود. برعکس، افت موقت دامنه در دمای بالا که پس از خنک‌سازی بهبود می‌یابد به این معنی نیست که سیستم در طول دوره دمای بالا ایمن است - پس از کوچک‌تر شدن سیگنال مؤثر، خطای زاویه‌ای ممکن است در طول فرآیند دمای بالا از حد مجاز فراتر رفته باشد، و صرفاً پس از خنک‌سازی «به نظر خوب می‌آید».

یک رویکرد قوی تر این است:  قبل و بعد از چرخه دما، از خطای زاویه ای و رانش موقعیت صفر به عنوان معیار اولیه و دامنه میدان مغناطیسی به عنوان کمیت تشخیصی کمکی استفاده کنید . اگر خطای زاویه‌ای و موقعیت صفر پس از بازگشت به دمای اتاق به حالت اولیه برنگردد، آن را تجزیه کنید که آیا از دست دادن آهنربا برگشت‌ناپذیر، پیری بایندر یا تغییر در حالت مونتاژ است. برای آهن‌رباهای پیوندی مانند فریت قالب‌گیری تزریقی و آهنربای لاستیکی، تغییرات حالت بایندر پس از قرار گرفتن در معرض دمای بالا اغلب به صورت «مگنت به‌طور ناگهانی ناپدید می‌شود» ظاهر نمی‌شود، بلکه به صورت کاهش آهسته سیگنال زاویه است که با بررسی‌های معمول «مغناطیس OK، ظاهر خوب» به راحتی از دست می‌رود.

نتیجه گیری

در شرایط دمای بالا/پایین، انتخاب دیسک‌های رمزگذار مغناطیسی اساساً یک انتخاب دودویی بین «فریت قالب‌گیری شده با تزریق در مقابل آهنربای لاستیکی» نیست، بلکه دو سؤال متوالی است:  حداکثر دمای کار و حالت چرخه تعیین کننده سیستم اتصال مواد کاندید است. داده های اعتبارسنجی - به ویژه باقیمانده زاویه ای پس از بازگشت به دمای اتاق - تعیین می کند که آیا ماده کاندید واقعاً می تواند وارد طرح شود یا خیر . سقف دمای فریت قالب گیری تزریقی در درجه رزین، سقف دمای آهنربای لاستیکی در فرمول لاستیکی نوشته شده است و قابلیت اطمینان رمزگذار در خطای زاویه ای پس از چرخه دما نوشته شده است. تنها با جدا نگه داشتن این سه لایه، انتخاب در این تصور خشن متوقف نخواهد شد که 'فریت در برابر دمای بالا مقاوم است.'

چک لیست انتخاب سریع

• ابتدا را قفل کنید  حداکثر دمای عملیاتی  و  تعداد چرخه ها . از دمای متوسط ​​به جای دمای پیک استفاده نکنید.

• برای فریت قالب گیری تزریقی، به وضوح در مورد  ماتریس رزین بپرسید : PA12 ≈ 120 درجه سانتی گراد، PA6 ≈ 150 درجه سانتی گراد، PPS ≈ 180 درجه سانتی گراد. از منحنی دمای بلندمدت اندازه گیری شده تامین کننده به عنوان مرجع استفاده کنید.

• برای آهنربای لاستیکی، به طور واضح در مورد بپرسید  درجه لاستیک : حدود بالای طولانی مدت فرمولاسیون NBR معمولی و فرمولاسیون NBR/HNBR با دمای بالا می تواند ده ها درجه سانتیگراد متفاوت باشد. فقط 'آهنربای لاستیکی' را ننویسید.

• از تامین کننده بخواهید که  پس از پیری خطای زاویه ای/ میدان مغناطیسی باقیمانده را پس از بازگشت به دمای اتاق در دمای مورد نظر ، نه فقط شار مغناطیسی آنی در دمای بالا، ارائه دهد.

• برای شرایط دمای پایین،  خطر شکنندگی در دمای پایین ماتریس لاستیکی  و  تمایل مغناطیس زدایی غیرقابل برگشت فریت در دمای پایین را تأیید کنید..