Избор температуре за дискове магнетног енкодера у условима високе/ниске температуре: убризгани ферит вс. Гумени магнет — не гледајте само у реч „Ферит“

Након што колаборативни робот ради непрекидно неколико сати, његова повратна информација о положају почиње полако да се креће. Када се спој раставља, диск магнетног енкодера изгледа нетакнут и његова магнетизација не показује очигледне абнормалности, али када се поново тестира на собној температури, угаона грешка се не враћа на своју почетну вредност. Проблем често није у чипу енкодера, већ у чињеници да је понашање материјала диска при високим температурама потцењено.

У избору материјала за дискове магнетних енкодера, бризгани ферит и гумени магнет су две опције које се најчешће пореде. Уобичајена погрешна процена је: оба се зову „феритни магнети“, тако да њихова температурна отпорност треба да буде слична. Реалност је управо супротна - оно што одређује њихову температурну оцену углавном није феритни магнетни прах, већ 'везиво' које држи магнетни прах заједно . Киријева температура самог феритног магнетног праха може бити чак 450–470°Ц, али максимална температура на којој диск енкодера може радити дугорочно зависи скоро у потпуности од тога колико високо материјали матрикса — најлон, ППС, нитрилна гума или хидрогенизована нитрилна гума — могу да издрже.

1. „Истина о температури“ два материјала: магнетни прах поставља под, везиво поставља плафон

Ињекциони ферит се прави мешањем феритног магнетног праха са термопластичном смолом (најлон, ППС, итд.) и бризгањем. Његов температурни плафон је одређен смолом, а не феритом:

• Најлон 12 (ПА12) матрица: максимална радна температура приближно  120°Ц;

• Најлон 6 (ПА6) матрица: приближно  150°Ц;

• Полифенилен сулфид (ППС) матрица: може да достигне приближно  180°Ц.

Гумени магнет је флексибилни магнет направљен пуњењем нитрилне гуме (НБР), хидрогенизоване нитрилне гуме (ХНБР) или других еластомера феритним магнетним прахом. Његовом температурном отпорношћу такође доминира формулација гуме, а ширење је веће него што многи људи замишљају:

• Конвенционалне НБР формулације на дисковима енкодера обично су оцењене на горњој граници дуготрајне радне температуре од око  80°Ц . Краткотрајно излагање на 80°Ц може задржати магнетни распад на релативно ниском нивоу, али даље загревање значајно повећава ризик од неповратне демагнетизације;

• НБР формулације за индустријске енкодере могу достићи  140-150°Ц , а ХНБР формулације могу даље да достигну  160-180°Ц;

• Кроз високотемпературне матрице као што је силиконска гума или специјална модификација магнетног праха, краткорочни плафон толеранције гумених магнета може бити још већи, али такве формулације плаћају цену у димензијској стабилности, модулу и цени.

• Другим речима, обе изјаве — „гумени магнети могу да достигну само 80°Ц“ и „гумени магнети могу достићи и изнад 150°Ц“ — могу бити тачне. Разлика лежи у формулацији, а не у широком називу категорије „гумени магнет“. Ако избор каже само „гумени магнет“ без закључавања квалитета гуме и стварне дугорочне температурне криве добављача, ризици у условима високе температуре не могу се зауставити улазном инспекцијом.

2. Главна линија раздвајања у избору високе/ниске температуре: не „да ли се може користити“, већ „да ли је демагнетизација реверзибилна“

Ефекти температуре на дискове магнетног енкодера спадају у две категорије. Њихово мешање је најчешћи извор погрешне процене у валидацији на високим температурама.

Реверзибилна демагнетизација  значи да како температура расте, реманенција и коерцитивност се привремено смањују у складу са температурним коефицијентом, а када се температура опорави, магнетне перформансе се у основи такође опорављају. Температурни коефицијент реманенције бризганог ферита је реда величине  -0,18%/°Ц до -0,20%/°Ц . То значи да је од 25°Ц до 100°Ц пад реманенције узрокован искључиво температурним коефицијентом већи од десет процентних поена. Сам овај пад не значи нужно да је диск „лош“, али при високој температури ефективна амплитуда сигнала коју види сензор постаје мања, а исти шум, ексцентрицитет и спољне магнетне сметње се више појачавају у прорачуну угла, манифестујући се као подрхтавање угла, померање нулте позиције или поремећаји брзине у условима високе температуре.

Неповратна демагнетизација  значи да након што температура пређе одређени праг, структура магнетног домена пролази кроз трајне промене, а магнетне перформансе се и даље не опорављају након враћања на собну температуру. За бризгани ферит, коерцитивност је релативно ниска, а ризик од преласка колена радне тачке на високој температури је већи; за гумене магнете, омекшавање или старење везива на високој температури мења стање дисперзије честица магнетног праха, што такође може да учврсти привремени пад у трајни губитак.

Стога,  прави критеријум за избор високе/ниске температуре није „коју номиналну температурну оцену материјал има“, већ „да ли, на максималној радној температури, угаона грешка и остатак магнетног поља након повратка на собну температуру остају унутар дозвољеног опсега.“  Процењујући „демагнетизацију“ искључиво на основу тога колика је висока амплитуда, пад магнетног поља или амплитуде материјала који бирају магнетно поље ампера у амперу. само једним бројем максималне температуре на ТДС-у добављача, није довољно да покрије стварне ризике система енкодера.

3. Одабир према опсегу радне температуре: оквир за доношење одлука

Уместо да питате „шта има бољу температурну отпорност, бризгани ферит или гумени магнет“, боље је користити максималну радну температуру као први рез и могућност валидације као други рез.

≤ 80°Ц амбијентални/нискотемпературни опсег : Оба су употребљива. Ињекционо ливени ферит има предности у магнетним перформансама, тачности димензија и конзистентности вишеполне магнетизације; флексибилност гумених магнета помаже у отпорности на ударце и прилагођавању неправилној монтажи, а цена је релативно повољна. У овом тренутку, одабир би се требао више фокусирати на резолуцију, нагиб полова и захтјеве структуралне интеграције, а не на температурну отпорност. Треба напоменути да гумени магнети могу очврснути на веома ниским температурама (нпр. -40°Ц). Ако апликација укључује покретање при ниској температури или термички шок, треба потврдити задржавање флексибилности формулације на ниским температурама, а не само ознаку „отпоран на ниске температуре“.

Опсег средње високе температуре 80–120°Ц : Ово је интервал у којем се ова два материјално разилазе. Конвенционалне формулације гумених магнета су већ ушле у зону која захтева пажљиву процену у овом опсегу; ПА12 матрица од бризганог ферита има номиналну горњу границу од око 120°Ц, али када се користи као диск енкодера, препоручљиво је да се 'горња граница материјала' не третира директно као 'пројектована радна тачка'. 150°Ц) ће обезбедити већу маргину, а неповратни губитак треба потврдити кроз резидуал после температурног циклуса након враћања на собну температуру.

120–150°Ц : бризгани ферит базиран на ПА6 је природни кандидат за овај температурни опсег, док гумени магнети захтевају експлицитни одабир формулације НБР или ХНБР на високим температурама и тражење од добављача дугорочних података о старењу на циљној температури, уместо да се ослањају само на тренутне краткорочне вредности толеранције. Овај опсег је такође место где је „формулација чини сву разлику“ најочигледнија: за исти „гумени магнет“, конвенционалне НБР формулације и НБР/ХНБР формулације на високим температурама за енкодере могу се понашати потпуно другачије у дуготрајном понашању близу 150°Ц.

> 150°Ц : бризгани ферит на бази ППС-а (приближно 180°Ц) је реалнија опција међу ова два типа материјала. Гумени магнети нису апсолутно неупотребљиви, али захтевају гумену матрицу на високим температурама или посебно модификовану формулацију, а компромиси између флексибилности, стабилности димензија и цене постају све израженији. Ако радни услови прелазе 180°Ц дугорочно, оба типа магнета са органским везивом почињу да се приближавају границама система материјала, а дискусија о избору би требало да се пребаци на друге магнетне системе или управљање топлотом на нивоу система, уместо да настави са финим подешавањем између 'убризгавањем феритног или гуменог магнета'.

Нискотемпературни крај се такође не може проценити само према „минималној температури“. Температурни коефицијент коерцитивности ферита се у правцу разликује од температурног коефицијента реманенције, а неки разреди ферита имају механизам неповратне нискотемпературне демагнетизације на ниским температурама; Ризик од ниских температура гумених магнета је више концентрисан на очвршћавање и крхкост гумене матрице. У наизменичним условима високе/ниске температуре,  угаона стабилност нулте позиције након циклирања температуре  одражава употребљивост диска у стварним радним условима боље од магнетних перформанси на једној температурној тачки.

4. Корак који се најлакше пропусти у валидацији

Високотемпературна валидација магнетних енкодера има „наизглед исправну“ замку: амплитуда магнетног поља опада након загревања, не опоравља се у потпуности након хлађења и онда се сматра неповратном демагнетизацијом. Али остатак амплитуде може доћи од магнета, или од ослобађања напрезања при монтажи, промена ваздушног зазора узрокованих структурним термичким ширењем или померањем предњег краја сензора. Супротно томе, привремени пад амплитуде на високој температури који се опоравља након хлађења не значи да је систем нужно безбедан током периода високих температура – ​​након што ефективни сигнал постане мањи, угаона грешка је можда већ премашила границу током процеса високе температуре и само „изгледа добро“ након хлађења.

Робуснији приступ је:  пре и после температурног циклуса, користите угаону грешку и померање нулте позиције као примарни критеријум, а амплитуду магнетног поља као помоћну дијагностичку величину . Ако се угаона грешка и нулта позиција након враћања на собну температуру не врате на основну линију, онда разбијте да ли се ради о неповратном губитку магнета, старењу везива или промени стања склопа. За везане магнете као што су феритни и гумени магнет, промене стања везива након излагања високој температури често се не манифестују као „магнет изненада нестаје“, већ као спора деградација сигнала угла, што се лако промаши рутинским проверама „магнетизација ОК, изглед ОК“.

Закључак

У условима високе/ниске температуре, избор дискова магнетног енкодера у суштини није бинарни избор између 'убризгавања ферита наспрам гуменог магнета,' већ два узастопна питања:  максимална радна температура и циклусни режим одређују систем везивања материјала кандидата; подаци о валидацији – посебно угаони остатак након враћања на собну температуру – одређују да ли материјал кандидата заиста може да уђе у дизајн . Плафон температуре бризганог ферита је написан у смоли, температурни плафон гуменог магнета је написан у гуменој формулацији, а поузданост енкодера је записана у угаоној грешци након температурног циклуса. Само ако ова три слоја буде одвојена, селекција се неће зауставити на превише грубом утиску да је „ферит отпоран на високе температуре“.

Контролна листа за брзи избор

• Прво закључајте  максималну радну температуру  и  број циклуса ; не користите просечну температуру уместо вршне температуре.

• За бризгани ферит, јасно питајте о  матрици смоле : ПА12 ≈ 120°Ц, ПА6 ≈ 150°Ц, ППС ≈ 180°Ц; користити дугорочну температурну криву добављача као ауторитет.

• За гумени магнет, јасно питајте о  квалитету гуме : дугорочне горње границе конвенционалних НБР формулација и формулација НБР/ХНБР на високим температурама могу се разликовати за десетине степени Целзијуса; немојте само писати „гумени магнет“.

• Захтевајте од добављача да обезбеди  угаону грешку након старења/остатке магнетног поља након враћања на собну температуру на циљној температури , а не само тренутни магнетни флукс на високој температури.

• За услове ниске температуре, такође потврдите  ризик од кртости гумене матрице при ниској температури  и  тенденцију ферита иреверзибилне демагнетизације при ниској температури.