उच्च/निम्न-तापमान स्थितियों के तहत चुंबकीय एनकोडर डिस्क के लिए तापमान रेटिंग चयन: इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट बनाम। रबर चुंबक-सिर्फ 'फेराइट' शब्द को न देखें

एक सहयोगी रोबोट कई घंटों तक लगातार चलने के बाद, उसकी स्थिति प्रतिक्रिया धीरे-धीरे कम होने लगती है। जब जोड़ को अलग किया जाता है, तो चुंबकीय एनकोडर डिस्क बरकरार दिखती है, और इसके चुंबकीयकरण में कोई स्पष्ट असामान्यता नहीं दिखती है, लेकिन जब इसे कमरे के तापमान पर पुन: परीक्षण किया जाता है, तो कोणीय त्रुटि अपने प्रारंभिक मूल्य पर वापस नहीं आती है। समस्या अक्सर एनकोडर चिप में नहीं होती है, बल्कि इस तथ्य में होती है कि डिस्क सामग्री के उच्च तापमान व्यवहार को कम करके आंका गया है।

चुंबकीय एनकोडर डिस्क के लिए सामग्री चयन में, इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट और रबर चुंबक दो सबसे आम तौर पर तुलना किए जाने वाले विकल्प हैं। एक सामान्य गलत निर्णय यह है: दोनों को 'फेराइट मैग्नेट' कहा जाता है, इसलिए उनका तापमान प्रतिरोध समान होना चाहिए। वास्तविकता बिल्कुल विपरीत है - जो उनकी तापमान रेटिंग निर्धारित करता है वह मुख्य रूप से फेराइट चुंबकीय पाउडर नहीं है, बल्कि 'बाइंडर' है जो चुंबकीय पाउडर को एक साथ रखता है । फेराइट चुंबकीय पाउडर का क्यूरी तापमान स्वयं 450-470 डिग्री सेल्सियस तक हो सकता है, लेकिन अधिकतम तापमान जिस पर एक एनकोडर डिस्क लंबे समय तक काम कर सकती है, लगभग पूरी तरह से इस बात पर निर्भर करती है कि मैट्रिक्स सामग्री - नायलॉन, पीपीएस, नाइट्राइल रबर, या हाइड्रोजनीकृत नाइट्राइल रबर - कितना उच्च तापमान झेल सकती है।

1. दो सामग्रियों का ''तापमान सत्य'': चुंबकीय पाउडर फर्श सेट करता है, बाइंडर छत सेट करता है

इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट फेराइट मैग्नेटिक पाउडर को थर्मोप्लास्टिक रेजिन (नायलॉन, पीपीएस, आदि) के साथ मिलाकर इंजेक्शन मोल्डिंग द्वारा बनाया जाता है। इसकी तापमान सीमा राल द्वारा निर्धारित होती है, फेराइट से नहीं:

• नायलॉन 12 (पीए12) मैट्रिक्स: अधिकतम कार्य तापमान लगभग  120 डिग्री सेल्सियस;

• नायलॉन 6 (PA6) मैट्रिक्स: लगभग  150°C;

• पॉलीफेनिलीन सल्फाइड (पीपीएस) मैट्रिक्स: लगभग  180 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकता है.

रबर चुंबक एक लचीला चुंबक है जो नाइट्राइल रबर (NBR), हाइड्रोजनीकृत नाइट्राइल रबर (HNBR), या अन्य इलास्टोमर्स को फेराइट चुंबकीय पाउडर से भरकर बनाया जाता है। इसका तापमान प्रतिरोध भी रबर फॉर्मूलेशन पर हावी है, और इसका फैलाव कई लोगों की कल्पना से भी बड़ा है:

• एनकोडर डिस्क पर पारंपरिक एनबीआर फॉर्मूलेशन आमतौर पर लगभग की दीर्घकालिक कामकाजी तापमान ऊपरी सीमा पर रेट किए जाते हैं  80 डिग्री सेल्सियस । 80°C पर अल्पकालिक एक्सपोज़र चुंबकीय क्षय को अपेक्षाकृत निम्न स्तर पर रख सकता है, लेकिन आगे गर्म करने से अपरिवर्तनीय विचुंबकीकरण का खतरा काफी बढ़ जाता है;

• औद्योगिक एनकोडर के लिए एनबीआर फॉर्मूलेशन  140-150 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकते हैं , और एचएनबीआर फॉर्मूलेशन  160-180 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकते हैं।;

• सिलिकॉन रबर या विशेष चुंबकीय पाउडर संशोधन जैसे उच्च तापमान वाले मैट्रिक्स के माध्यम से, रबर मैग्नेट की अल्पकालिक सहनशीलता सीमा और भी अधिक हो सकती है, लेकिन ऐसे फॉर्मूलेशन आयामी स्थिरता, मापांक और लागत में एक कीमत चुकाते हैं।

• दूसरे शब्दों में, दोनों कथन-'रबर चुंबक केवल 80°C तक पहुंच सकते हैं' और 'रबड़ चुंबक 150°C से ऊपर भी पहुंच सकते हैं'- सत्य हो सकते हैं। अंतर फॉर्मूलेशन में है, व्यापक श्रेणी के नाम 'रबर चुंबक' में नहीं। यदि रबर ग्रेड और आपूर्तिकर्ता के वास्तविक दीर्घकालिक तापमान वक्र को लॉक किए बिना चयन केवल 'रबड़ चुंबक' कहता है, तो उच्च तापमान स्थितियों के तहत जोखिमों को आने वाले निरीक्षण द्वारा नहीं रोका जा सकता है।

2. उच्च/निम्न-तापमान चयन में कोर विभाजन रेखा: 'क्या इसका उपयोग किया जा सकता है' नहीं, बल्कि 'क्या विचुंबकीकरण प्रतिवर्ती है'

चुंबकीय एनकोडर डिस्क पर तापमान का प्रभाव दो श्रेणियों में आता है। उच्च-तापमान सत्यापन में उनका मिश्रण करना गलत निर्णय का सबसे आम स्रोत है।

प्रतिवर्ती विचुंबकीकरण का  अर्थ है कि जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, तापमान गुणांक के अनुसार अवशेष और जबरदस्ती अस्थायी रूप से कम हो जाती है, और जब तापमान ठीक हो जाता है, तो चुंबकीय प्रदर्शन भी मूल रूप से ठीक हो जाता है। इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट का अवशेष तापमान गुणांक के क्रम पर है  -0.18%/°C से -0.20%/°C । इसका मतलब यह है कि 25 डिग्री सेल्सियस से 100 डिग्री सेल्सियस तक, केवल तापमान गुणांक के कारण होने वाली अवशेष गिरावट दस प्रतिशत अंक से अधिक है। इस गिरावट का मतलब यह नहीं है कि डिस्क 'खराब' है, लेकिन उच्च तापमान पर सेंसर द्वारा देखा जाने वाला प्रभावी सिग्नल आयाम छोटा हो जाता है, और समान शोर, विलक्षणता और बाहरी चुंबकीय हस्तक्षेप कोण गणना में अधिक बढ़ जाते हैं, जो उच्च तापमान की स्थिति के तहत कोण घबराहट, शून्य-स्थिति बहाव या गति गड़बड़ियों के रूप में प्रकट होते हैं।

अपरिवर्तनीय विचुंबकीकरण  का अर्थ है कि तापमान एक निश्चित सीमा से अधिक होने के बाद, चुंबकीय डोमेन संरचना स्थायी परिवर्तन से गुजरती है, और कमरे के तापमान पर लौटने के बाद भी चुंबकीय प्रदर्शन ठीक नहीं होता है। इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट के लिए, ज़बरदस्ती अपेक्षाकृत कम है, और उच्च तापमान पर ऑपरेटिंग-पॉइंट घुटने को पार करने का जोखिम अधिक है; रबर चुम्बकों के लिए, उच्च तापमान पर बाइंडर के नरम होने या पुराने होने से चुंबकीय पाउडर कणों की फैलाव स्थिति बदल जाती है, जो इसी तरह अस्थायी गिरावट को स्थायी नुकसान में बदल सकती है।

इसलिए,  उच्च/निम्न-तापमान चयन के लिए वास्तविक मानदंड 'सामग्री की नाममात्र तापमान रेटिंग क्या है' नहीं है, बल्कि 'क्या, अधिकतम कामकाजी तापमान पर, कमरे के तापमान पर लौटने के बाद कोणीय त्रुटि और चुंबकीय क्षेत्र अवशिष्ट स्वीकार्य सीमा के भीतर रहता है।'  टीडीएस, एनकोडर प्रणाली के वास्तविक जोखिमों को कवर करने के लिए अपर्याप्त है।

3. ऑपरेटिंग तापमान बैंड द्वारा चयन: एक कार्रवाई योग्य निर्णय ढांचा

यह पूछने के बजाय कि 'किसमें बेहतर तापमान प्रतिरोध है, इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट या रबर चुंबक', पहले कट के रूप में अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान और दूसरे कट के रूप में सत्यापन क्षमता का उपयोग करना बेहतर है।

≤ 80°C परिवेश/निम्न-तापमान सीमा : दोनों प्रयोग योग्य हैं। इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट में चुंबकीय प्रदर्शन, आयामी सटीकता और मल्टीपोल चुंबकीयकरण स्थिरता में फायदे हैं; रबर मैग्नेट का लचीलापन प्रभाव प्रतिरोध और अनियमित माउंटिंग के अनुकूलन में मदद करता है, और लागत अपेक्षाकृत अनुकूल है। इस बिंदु पर, चयन को तापमान प्रतिरोध के बजाय रिज़ॉल्यूशन, पोल पिच और संरचनात्मक एकीकरण आवश्यकताओं पर अधिक ध्यान केंद्रित करना चाहिए। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि रबर चुंबक बहुत कम तापमान (उदाहरण के लिए, -40 डिग्री सेल्सियस) पर कठोर हो सकते हैं। यदि एप्लिकेशन में कम तापमान वाला स्टार्टअप या थर्मल शॉक शामिल है, तो कम तापमान पर फॉर्मूलेशन के लचीलेपन को बनाए रखने की पुष्टि की जानी चाहिए, न कि केवल 'कम तापमान प्रतिरोधी' लेबल की।

80-120°C मध्यम-उच्च तापमान रेंज : यह वह अंतराल है जहां दोनों भौतिक रूप से भिन्न होते हैं। पारंपरिक रबर चुंबक फॉर्मूलेशन पहले से ही इस क्षेत्र में सावधानीपूर्वक मूल्यांकन की आवश्यकता वाले क्षेत्र में प्रवेश कर चुके हैं; इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट के PA12 मैट्रिक्स की नाममात्र ऊपरी सीमा लगभग 120°C है, लेकिन जब एनकोडर डिस्क के रूप में उपयोग किया जाता है, तो यह सलाह दी जाती है कि 'सामग्री ऊपरी सीमा' को सीधे 'डिज़ाइन ऑपरेटिंग बिंदु' के रूप में न मानें। यदि ऑपरेटिंग शिखर 120°C के करीब है, तो PA6-आधारित इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट (लगभग 150°C) अधिक पर्याप्त मार्जिन प्रदान करेगा, और अपरिवर्तनीय हानि होनी चाहिए। कमरे के तापमान पर लौटने के बाद तापमान-चक्र के बाद के अवशेषों के माध्यम से इसकी पुष्टि की जाती है।

120-150°C : पीए6-आधारित इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट इस तापमान बैंड के लिए प्राकृतिक उम्मीदवार है, जबकि रबर मैग्नेट को स्पष्ट रूप से उच्च तापमान वाले एनबीआर या एचएनबीआर फॉर्मूलेशन का चयन करने और केवल अल्पकालिक तात्कालिक सहिष्णुता मूल्यों पर निर्भर रहने के बजाय, लक्ष्य तापमान पर आपूर्तिकर्ता के दीर्घकालिक उम्र बढ़ने के डेटा का अनुरोध करने की आवश्यकता होती है। यह बैंड वह जगह भी है जहां 'फॉर्मूलेशन सभी अंतर बनाता है' सबसे स्पष्ट है: समान 'रबड़ चुंबक' के लिए, पारंपरिक एनबीआर फॉर्मूलेशन और एनकोडर के लिए उच्च तापमान एनबीआर/एचएनबीआर फॉर्मूलेशन 150 डिग्री सेल्सियस के पास दीर्घकालिक व्यवहार में पूरी तरह से अलग व्यवहार कर सकते हैं।

> 150°C : पीपीएस-आधारित इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट (लगभग 180°C) दो सामग्री प्रकारों के बीच अधिक यथार्थवादी विकल्प है। रबर मैग्नेट बिल्कुल अनुपयोगी नहीं हैं, लेकिन उन्हें उच्च तापमान वाले रबर मैट्रिक्स या विशेष रूप से संशोधित फॉर्मूलेशन की आवश्यकता होती है, और लचीलेपन, आयामी स्थिरता और लागत के बीच व्यापार-बंद अधिक प्रमुख हो जाते हैं। यदि परिचालन की स्थिति लंबे समय तक 180 डिग्री सेल्सियस से अधिक हो जाती है, तो दोनों प्रकार के कार्बनिक-बाइंडर चुंबक सामग्री प्रणाली की सीमाओं तक पहुंचने लगते हैं, और चयन चर्चा को 'इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट या रबर चुंबक' के बीच ठीक-ठीक जारी रखने के बजाय अन्य चुंबक प्रणालियों या सिस्टम-स्तरीय थर्मल प्रबंधन पर स्थानांतरित करना चाहिए।

इसी तरह निम्न-तापमान के अंत को केवल 'न्यूनतम तापमान' से नहीं आंका जा सकता है। फेराइट का सहवर्ती तापमान गुणांक अवशेष तापमान गुणांक से दिशा में भिन्न होता है, और कुछ फेराइट ग्रेड में कम तापमान पर अपरिवर्तनीय निम्न-तापमान विचुंबकीकरण का एक तंत्र होता है; रबर मैग्नेट का कम तापमान का जोखिम रबर मैट्रिक्स के सख्त होने और भंगुर होने में अधिक केंद्रित है। वैकल्पिक उच्च/निम्न-तापमान स्थितियों के तहत,  तापमान चक्रण के बाद कोणीय शून्य-स्थिति स्थिरता  एकल तापमान बिंदु पर चुंबकीय प्रदर्शन से बेहतर वास्तविक परिचालन स्थितियों में डिस्क की उपयोगिता को दर्शाती है।

4. सत्यापन में सबसे आसानी से छूट जाने वाला चरण

चुंबकीय एन्कोडर्स के उच्च-तापमान सत्यापन में एक 'प्रतीत होता है सही' जाल होता है: चुंबकीय क्षेत्र का आयाम गर्म होने के बाद गिर जाता है, ठंडा होने के बाद पूरी तरह से ठीक नहीं होता है, और फिर इसे अपरिवर्तनीय विचुंबकीकरण के रूप में आंका जाता है। लेकिन आयाम अवशिष्ट चुंबक से, या असेंबली तनाव रिलीज, संरचनात्मक थर्मल विस्तार, या सेंसर फ्रंट-एंड बहाव के कारण वायु-अंतराल परिवर्तन से आ सकता है। इसके विपरीत, उच्च तापमान पर एक अस्थायी आयाम में गिरावट जो ठंडा होने के बाद ठीक हो जाती है, इसका मतलब यह नहीं है कि उच्च तापमान अवधि के दौरान सिस्टम आवश्यक रूप से सुरक्षित है - प्रभावी सिग्नल छोटा होने के बाद, उच्च तापमान प्रक्रिया के दौरान कोणीय त्रुटि पहले से ही सीमा से अधिक हो सकती है, और यह ठंडा होने के बाद केवल 'अच्छा दिखता है'।

एक अधिक मजबूत दृष्टिकोण है:  तापमान चक्रण से पहले और बाद में, प्राथमिक मानदंड के रूप में कोणीय त्रुटि और शून्य-स्थिति बहाव का उपयोग करें, और सहायक निदान मात्रा के रूप में चुंबकीय क्षेत्र आयाम का उपयोग करें । यदि कमरे के तापमान पर लौटने के बाद कोणीय त्रुटि और शून्य स्थिति बेसलाइन पर वापस नहीं आती है, तो यह टूट जाता है कि क्या यह अपरिवर्तनीय चुंबक हानि, बाइंडर उम्र बढ़ने, या असेंबली स्थिति में बदलाव है। इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट और रबर चुंबक जैसे बंधे हुए चुम्बकों के लिए, उच्च तापमान के संपर्क के बाद बाइंडर की स्थिति में परिवर्तन अक्सर 'चुंबक अचानक गायब हो जाता है' के रूप में प्रकट नहीं होता है, बल्कि कोण सिग्नल के धीमे क्षरण के रूप में प्रकट होता है, जो नियमित 'चुंबकीयकरण ठीक है, उपस्थिति ठीक है' जांच से आसानी से छूट जाता है।

निष्कर्ष

उच्च/निम्न-तापमान स्थितियों के तहत, चुंबकीय एनकोडर डिस्क का चयन अनिवार्य रूप से 'इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट बनाम रबर चुंबक' के बीच एक द्विआधारी विकल्प नहीं है, लेकिन दो अनुक्रमिक प्रश्न हैं:  अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान और साइक्लिंग मोड उम्मीदवार सामग्री की बाइंडर प्रणाली निर्धारित करते हैं; सत्यापन डेटा - विशेष रूप से कमरे के तापमान पर लौटने के बाद कोणीय अवशेष - यह निर्धारित करता है कि उम्मीदवार सामग्री वास्तव में डिज़ाइन में प्रवेश कर सकती है या नहीं । इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट की तापमान सीमा को राल ग्रेड में लिखा जाता है, रबर चुंबक की तापमान सीमा को रबर फॉर्मूलेशन में लिखा जाता है, और एनकोडर की विश्वसनीयता तापमान चक्रण के बाद कोणीय त्रुटि में लिखी जाती है। केवल इन तीन परतों को अलग रखने से ही चयन इस अति कठोर धारणा पर नहीं रुकेगा कि ''फेराइट उच्च तापमान प्रतिरोधी है।''

त्वरित चयन चेकलिस्ट

• सबसे पहले लॉक करें  अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान  और  चक्रों की संख्या को ; अधिकतम तापमान के स्थान पर औसत तापमान का प्रयोग न करें।

• इंजेक्शन-मोल्डेड फेराइट के लिए, के बारे में स्पष्ट रूप से पूछें  रेज़िन मैट्रिक्स : PA12 ≈ 120°C, PA6 ≈ 150°C, PPS ≈ 180°C; आपूर्तिकर्ता के मापे गए दीर्घकालिक तापमान वक्र को प्राधिकारी के रूप में उपयोग करें।

• रबर चुंबक के लिए, के बारे में स्पष्ट रूप से पूछें  रबर ग्रेड : पारंपरिक एनबीआर फॉर्मूलेशन और उच्च तापमान वाले एनबीआर/एचएनबीआर फॉर्मूलेशन की दीर्घकालिक ऊपरी सीमाएं दसियों डिग्री सेल्सियस तक भिन्न हो सकती हैं; केवल 'रबड़ चुंबक' न लिखें।

• आपूर्तिकर्ता से अपेक्षा करें कि वह  लक्ष्य तापमान पर कमरे के तापमान पर लौटने के बाद उम्र बढ़ने के बाद के कोणीय त्रुटि/चुंबकीय क्षेत्र के अवशेष प्रदान करे , न कि केवल उच्च तापमान पर तात्कालिक चुंबकीय प्रवाह।

• कम तापमान की स्थिति के लिए,  रबर मैट्रिक्स के कम तापमान के भंगुरता जोखिम  और  फेराइट की कम तापमान की अपरिवर्तनीय विचुंबकीयकरण प्रवृत्ति की भी पुष्टि करें।.