速度測定用センサー

アプリケーションに適した速度センサーを選択することは、正確で信頼性の高い計測を行うために極めて重要です。結局のところ、センサーの信号は速度超過保護システムの入力となります。センサーの欠陥は信頼性の低い入力信号につながり、保護システムの精度と信頼性に悪影響を及ぼします。

適切なセンサーを選択する際には、いくつかの考慮事項があり、それらは環境とマシンに関する考慮事項に分類される。

マシンへの配慮：

1. 予想される回転数は？
2. 測定対象とそのスペックは？
3. 取り付け場所の重量やサイズに制限はありますか？
4. 必要なケーブルの長さは？

環境への配慮：

1. 予想される周囲温度は？
2. 測定は防爆エリア（ATEX）で行われますか？
3. 強い電磁場はあるか？
4. 測定は腐食性の環境で行われますか？

工業用速度測定には、主に3種類の測定原理があります：

• 電磁センサー- パッシブセンサー、可変リラクタンス（VR）センサー、磁気ピックアップとしても知られています。
• 近接センサー-eddy current センサーまたは変位センサーとしても知られています。
• ホール効果センサー- アクティブセンサーとも呼ばれる

電磁センサー

電磁センサーは、磁界を利用してセンサー先端と対象物との距離の変化を測定する。センサーにはコイルがあり、磁石に巻き付けられ、歯車の歯がセンサーを通過する際に電流（磁束）とコイルの変化を引き起こす。動く歯車は変化する磁束を作り出し、コイルに比例した電圧を誘導する。信号は正弦波で、振幅はターゲットのサイズ、速度、距離に依存する。

メリット

電磁センサーの利点は、高温アプリケーションへの適用性である。300℃を超える温度で機能するのに適した特定のタイプのセンサーがあります。さらに、電磁センサーは使いやすく、信頼性が高い。もう一つの大きな利点は、センサーが2線式接続であるため、しばしば既存のインフラに適合することです。

デメリット

電磁センサーの大きな欠点は、信号の振幅がターゲットのサイズ、速度、距離の要因に依存することである。速度が低すぎたり、歯車の歯が小さすぎたり、ターゲット材までの距離が大きすぎたりすると、信号は平坦になりすぎる。一方、速度が速く、ギアの歯が大きかったり、距離が小さかったりすると、信号は大きなパルス（最大80V）を示します。電磁センサーのアプリケーションと位置決めには、センサーが適切に機能するための多くの注意と専門知識が必要です。この種のセンサーは低速ではうまく機能しないため、ゼロ速度検出には適していません。

 

近接センサー

proximity センサーは、電磁界を使って対象物までの距離の変化を測定する。歯車がセンサーの前を通過するとき、センサーは距離の変化を測定する；近く（歯）と遠く（ノッチ）。回転速度は、これらのイベント間の時間に基づいて決定することができます。

メリット

proximity プローブの大きな利点は、測定原理がパルスと歯に対する位置の両方を示すことである。これにより、ターゲットの歯までの設定距離を知ることができます。

近接センサは、非常に長いケーブル長(1000m以上)を可能にするダイナミック電流出力付きもあります。動的電流出力のセンサは、電圧信号に基づく proximity センサ、ホール効果および電磁センサの場合のように、ケーブルインピーダンスの影響を受けません。

デメリット

速度測定に proximity センサーを使用することには欠点がある。高速（RPM）では飽和が発生する可能性があり、その結果、正弦線はますます平坦になる。高速でギアの歯がセンサーを通過するとき、proximity センサーは距離の差をほとんど検出しません。速度が高くなればなるほど、proximity センサーは速度測定に効果的ではなくなります。

もう一つの欠点は、proximity センサーがターゲットの偏心をうまく扱えないことである。ターゲット（スイングギア）の偏心は、正弦の中に正弦を発生させる。これは、特に関連する信号に信号飽和が発生した場合に問題となる。センサーは歯とノッチの正弦の代わりにギアの偏心の正弦を出力する可能性がある。

ホール効果センサー

ホール効果センサーは、磁石とターゲット材間の磁束の変化を測定する。センサーにはシグナルコンディショナーが内蔵されており、クリアな矩形波信号を生成します。電磁センサーとは対照的に、ホール効果センサーは磁束の変化速度ではなく、磁束の大きさに敏感です。ホール効果スピードセンサーは測定範囲が広く、低速または静止部品と高速部品の両方の測定に使用できます。

メリット

ホール効果センサーの利点は、送信や処理が容易なデジタル出力をセンサーが直接提供することである。もう一つの利点は、ホール効果センサーは通常、内部信号処理を備えていることです。信号はデジタル化され、非常に高速に増幅されるため、EMI（電磁干渉）などの干渉を受けにくくなります。

デメリット

電子回路を内蔵しているため、ホール効果センサーは-40 °C～+150 °Cの温度範囲で動作するアプリケーションに限定されます。さらに、ホール効果センサーは3線接続を必要とします。

ホール効果センサーが好まれる理由：

• 停止状態からの信頼性の高い速度登録。0.1Hzという低い周波数からの測定が可能です。
• デジタル信号は長距離（300mまで）に適している。
• 矩形波信号はスピードシステムで処理しやすい。
• 1つのセンサー・ハウジングに2つのセンサー・エレメントを組み込むことが可能で、方向測定が可能。
• センサーの構造は、他のスピードセンサーよりも小型で軽量（重量）である。
• ホール効果センサーは、電子センサーよりも正確な位置決めが難しくなく、proximity センサーよりもターゲットの偏心の影響を受けにくい。
• このセンサータイプは、振動や温度変動の影響を最も受けにくい。