테스트 장비에서 정확한 측정과 결과를 제공하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 이러한 결과는 기계를 사용할 때마다 일관성이 있어야 합니다. 테스트 데이터 간의 변동성은 도출된 결과가 잠재적으로 결함이 있고 유용하지 않을 수 있음을 나타냅니다. 이러한 불일치는 테스트의 유효성을 손상시킵니다. 즉, 측정 가능하고 유의미한 평균을 도출하기 위해 더 많은 샘플을 실행해야 하므로 운영자에게 비용과 시간이 소모됩니다. 한 구성요소에 25개 또는 50개가 아닌 100개의 테스트가 필요할 수 있습니다.
업계 표준
다양한 기술을 논의하기 전에 업계에서 안정성과 일관성을 측정하는 방법을 이해하는 것이 중요합니다. 역사적으로 이러한 요소를 정량화하려는 노력은 여러 성공을 거두었습니다. 그러나 2005년에 새로운 표준인 ASTM E2309가 발표되어 테스트 장비의 선형 변위를 위한 방법론과 측정 기준을 표준화했습니다. ASTM E2309에 요약된 요구 사항에 따라 선형 위치 센서를 통해 캡처된 데이터의 일관성과 신뢰도를 측정하고 여러 기술 간에 비교할 수 있습니다.
ASTM E2309에는 네 가지 수준의 정확도 설명이 있습니다.
Class A: 판독값의 +/- 0.5% 또는 ± 0.001Inch(0.025mm)
Class B: 판독값의 +/- 1.0% 또는 ± 0.003Inch(0.075mm)
Class C: 판독값의 +/- 2.0% 또는 ± 0.005Inch(0.125mm)
Class D: 판독값의 +/- 3.0% 또는 ± 0.010Inch(0.250mm)
위에 설명된 것처럼 각 분류에는 판독값의 백분율을 나타내는 상대 오차와 실제 측정 오차 자체를 나타내는 고정 오차의 두 가지 정확도 사양이 있습니다. 측정 분해능과 관련된 세 번째 사양이 있으나 여기에 설명된 사항에는 중요하지 않습니다.
ASTM E3209 등급을 결정하려면 두 번의 데이터 실행이 필요합니다. 그런 다음, 이러한 실행 간의 분산을 사용하여 측정 반복성의 신뢰도 수준을 설명합니다.
이러한 분류는 기업이 운영 비용, 설치 용이성, 환경 조건과 같은 다른 요소를 계속 고려하면서 산업 기대치 및 표준은 물론 응용 프로그램의 정확한 매개변수를 충족하는 테스트 장비를 선택할 수 있도록 하기 때문에 제조업체에 중요합니다.
측정 기술
오늘날 테스트 장비에서 선형 변위를 측정하는 데 사용되는 가장 일반적인 방법 중 하나는 선형 가변 변위 변압기(LVDT)를 사용하는 것입니다. LVDT는 원통형 강자성 코어를 따라 전류를 측정하여 작동합니다. 금속 물체가 코어를 따라 이동하고 신호를 생성하며, 이는 차례로 튜브를 따라 배치된 3개의 코일을 통해 측정됩니다. 이 기술은 대부분의 산업 장비와의 호환성, 쉬운 설치, 빠른 시작(재보정 불필요)을 비롯한 여러 이점을 제공합니다.
두 번째 기술인 자기 변형은 두 자기장의 순간적인 상호 작용에 의해 특별히 설계된 자기 변형 도파관에 음파 변형 펄스를 유도하여 작동합니다. 한 필드는 센서 튜브의 외부를 따라 통과하는 이동 가능한 영구 자석에서 생성되고, 다른 필드는 도파관을 따라 적용된 전류 펄스 또는 질의 펄스에서 생성됩니다. 이 상호 작용은 센서 헤드에서 펄스가 감지될 때까지 도파관을 따라 음속으로 이동하는 변형 펄스를 생성합니다.
자석의 위치는 질의 펄스의 적용과 결과적인 변형 펄스의 도달 간의 경과 시간을 측정하여 높은 정밀도로 결정됩니다. 결과적으로 감지 구성요소의 마모가 전혀 없이 정확한 비접촉 위치 피드백이 도출됩니다. 또한 자기 변형은 재보정이 필요하지 않으며 대부분의 산업 설정에 쉽게 설치할 수 있습니다.
정확도에 영향을 미치는 요소
완벽한 실험실 설정(제어된 온도, 전기/자기 간섭, 충격, 진동 등)에서 대부분의 센서는 상당히 일관된 결과를 제공합니다. 진정한 지표는 실제 환경에서 제품이 작동하는 방식입니다.
특히 LVDT는 환경의 영향을 받기 쉽습니다. 설계상 LVDT는 가변 AC 변압기이므로 케이블 용량, 임피던스, 복조기 위상 변이, 변압기 및 해당 코어에서 물리적 권선부의 사소한 변동으로 인해 오류가 발생하기 쉽습니다. 또한 코어와 변압기가 동심원 및 각도 정렬 상태를 유지하기 때문에 시간이 갈수록 요소가 저하될 수 있으며, 특히 모래나 기타 오염 물질과 결합될 때 더욱 악화될 수 있습니다.
측정 방법 – 자기 변형의 장점
LVDT는 여전히 시장에서 강력한 위치를 차지하고 있지만 ASTM E2309를 사용한 직접 비교를 통해 자기 변형의 이점이 분명합니다. LVDT가 일반적인 선형화 알고리즘을 사용하여 25cm 이상의 물리적 범위에서 클래스 C 사양(판독값의 ± 2.0% 또는 ± 0.005Inch)을 준수하는 데 어려움이 있는 경우, 대부분의 자기변형 선형 위치 센서는 특히 실제 현장 조건에서 측정할 때 쉽게 클래스 A 등급(판독값의 ± 0.5% 또는 ± 0.001Inch)을 유지합니다. 이 이점 덕분에 매우 긴 스트로크 길이(100cm 이상) 또는 고속 판독(50cm/s)이 필요한 응용 분야에서 더욱 흔하게 사용되고 있습니다.
자기 변형 센서는 LVDT와 비교할 때 EM 추론, 충격 및 진동과 같은 환경 요인에 덜 취약합니다. 또한 자기 변형 센서는 움직이는 부품을 사용하지 않기 때문에 지속적인 사용으로 인한 마모가 문제 되지 않습니다. 이러한 센서는 유지보수가 거의 또는 전혀 필요하지 않으며 무기한으로 작동할 수 있습니다. 또한 성능 저하 없이 거의 모든 공간에 장착할 수 있습니다.
자기 변형 센서는 EtherNet/IP™, EtherCAT®, Profibus, DeviceNet, CANbus, SSI, Analog 및 일반 Ethernet을 비롯해 다양한 전자 프로토콜과 호환됩니다. 최근 MTS Systems Corp의 센서 부서에서는 분리된 전자 장치를 통합한 모델을 출시했습니다. 제조업체는 전자 장치를 분리함으로써 온도, 충격, 진동 또는 기타 조건에 의해 손상될 수 있는 열악한 환경에서 민감한 장비를 센서 성능에 영향을 주지 않고 제거할 수 있습니다.
결론
LVDT는 여전히 낮은 성능의 애플리케이션에서 가치를 제공하지만, 자기 변형은 장기적이고 안정적인 데이터가 필수적인 장비에서 실질적인 이점을 제공합니다. 테스트 장비에서 자기 변형 선형 위치 센서는 마모가 적고 더 일관된 결과를 제공하고 상당히 높은 ASTM E2309 분류를 허용하여 제조업체가 애플리케이션 사양, 고객 기대치 및 산업 규정을 더 잘 충족할 수 있도록 합니다.