一個(gè)小而圓的永久性磁鐵和一個(gè)帶有一體化的霍爾(Hall)元件的單片式集成電路技術(shù)的計(jì)值電子裝置(ASIC)是構(gòu)成電磁角度編碼器的基礎(chǔ)。該電磁角度編碼器最小的結(jié)構(gòu)直徑為22mm和36mm。工作原理如下：將磁鐵置入一個(gè)轂盤中，轂盤的一側(cè)和測量物體的一個(gè)軸連接在一起，轂盤在編碼器殼體的一個(gè)圓孔中無摩擦地旋轉(zhuǎn)，磁場對單片式集成電路技術(shù)計(jì)值電子裝置(ASIC)發(fā)生影響，產(chǎn)生一個(gè)正弦-余弦信號，通過內(nèi)插補(bǔ)和數(shù)字化輸出一個(gè)作為并聯(lián)或串聯(lián)的分辨率為每360?達(dá)13位的數(shù)據(jù)信號。近來，這種小型角度傳感器成功地在分析儀器、駕駛控制器、鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)和紡織機(jī)中得到了應(yīng)用。繼這種小型角度編碼器之后研制的具有同樣傳感器技術(shù)的結(jié)構(gòu)特別緊湊而堅(jiān)固的角度編碼器，可以配備各種不同的機(jī)械和電子設(shè)備。

圖1  T系列的不銹鋼角度編碼器在考察船Maria S.Merian號上的一個(gè)自動升降裝置的3個(gè)軸上的應(yīng)用

可在惡劣環(huán)境中應(yīng)用

TWK電子技術(shù)公司新一代的T系列角度編碼器共有兩種結(jié)構(gòu)，其傳感器系統(tǒng)采用上述的電磁技術(shù)，取代了多年來一直使用的光電傳感器系統(tǒng)。磁鐵整合在一個(gè)帶有滾珠軸承的調(diào)節(jié)軸中，位于一個(gè)密封的前室中，而在后面的主室中是帶有處理電子裝置的傳感器元件。兩個(gè)室被一個(gè)薄的金屬壁隔開，磁場通過這個(gè)金屬壁作用到傳感器芯片上。上述結(jié)構(gòu)允許將整個(gè)電子裝置澆注在主室中，因此可保證達(dá)到防強(qiáng)烈噴射水流的IP69K保護(hù)方式。它同樣具有很高的耐沖擊和抗振動性能。

圖2  直徑為22mm和36mm的微型電磁角度傳感器

TWK電子技術(shù)公司可以提供直徑為36mm和50mm的耐海水浸蝕的鋁或不銹鋼殼體的T系列角度編碼器。這種結(jié)構(gòu)緊湊的角度編碼器由于具有堅(jiān)固的軸、雙滾珠軸承和厚的殼壁而可以在惡劣的外部條件下使用，如經(jīng)常用于機(jī)器和設(shè)備制造業(yè)中。以下是該編碼器在一些具體工礦中的應(yīng)用：采用不銹鋼殼體結(jié)構(gòu)的角度編碼器可以在水電站的增壓和清洗閘門中作為位置信號器使用。即使在發(fā)生大洪水或水深達(dá)10m時(shí)，它也可以向裝置的控制系統(tǒng)提供可靠的信號。

圖3  電磁角度傳感器作為蒸汽管線閥門的反饋信號應(yīng)答器

在冰上考察船Maria S. Merian號上也有此角度編碼器的應(yīng)用。該考察船是執(zhí)行北冰洋的研究考察任務(wù)的，主要觀察灣流和海洋，以及他們對氣候變化的影響，并進(jìn)行海底的研究，在它的一個(gè)自動升降裝置上安裝了3臺編碼器。對于露天的電氣設(shè)備和角度編碼器來說，這就意味著，它們必須能夠在溫度變化很大及浸蝕性的環(huán)境條件下工作。

特殊類型的角度編碼器，可以在-60℃的食品冷庫中的灌裝設(shè)備上使用，進(jìn)行流量控制。食品冷庫的衛(wèi)生條件要求殼體、軸和電纜導(dǎo)管都須用不銹鋼制造。

圖4  帶模擬輸出的多轉(zhuǎn)數(shù)角度編碼器，和鋼索牽引提升機(jī)結(jié)合用于較長距離的測量

編碼器在生物氣體發(fā)電廠中的應(yīng)用也要經(jīng)受浸蝕性氣體的腐蝕。為了測量防護(hù)拱頂?shù)墓扒龋l(fā)電廠選擇了一個(gè)符合ATEX 2區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的帶有鋼索牽引角度轉(zhuǎn)換器的可編程角度編碼器，其模擬輸出接口可以提供一個(gè)4~20mA的測量信號，通過手工編程器可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)測量范圍。

圖4  帶模擬輸出的多轉(zhuǎn)數(shù)角度編碼器，和鋼索牽引提升機(jī)結(jié)合用于較長距離的測量

在風(fēng)力發(fā)電裝置上，T系列角度編碼器作為葉距調(diào)節(jié)的反饋信號應(yīng)答器使用。每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片都配備一個(gè)編碼器，它檢測轉(zhuǎn)子葉片的位置，并將測量信號輸送到控制系統(tǒng)，以便根據(jù)風(fēng)力強(qiáng)度和風(fēng)向調(diào)節(jié)葉片位置。使用由一個(gè)磁鐵和一個(gè)電路板構(gòu)成的編碼 器進(jìn)行風(fēng)向的連續(xù)測定。它們可以通過±180?、±5V的測量信號，完全無摩擦地工作，并且不會引起測量值的失真。

現(xiàn)在，在發(fā)電廠的蒸汽管線的回流閥上使用電磁角度傳感器，取代了電容式位置測量變換器，作為反饋信號應(yīng)答器。新的傳感器可以保證蒸汽流太小時(shí)閥門可瞬間關(guān)閉，而且它還可以無磨損地工作，耐沖擊，設(shè)計(jì)工作溫度可達(dá)125℃。

圖6  具有冗余結(jié)構(gòu)和CANopen安全協(xié)議的角度編碼器

適用于長距離的測量

第二種系列的角度編碼器增加了一個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)，用它最多可以檢測32 768轉(zhuǎn)的行程。和齒形皮帶、滾珠旋轉(zhuǎn)軸和鋼索牽引提升機(jī)相結(jié)合，這種角度編碼器可用于在較長的運(yùn)行路程中的位置報(bào)告，如在帶式擠壓機(jī)上、吊車和起重裝置上的應(yīng)用就是如此。該編碼器可以以模擬形式作為電流或電壓提供電氣信號，也可以以數(shù)字形式提供信號，因此，它可以和PROFIBUS-DP或CA-Nopen等現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。對于安全性設(shè)施可以對冗余系統(tǒng)進(jìn)行自動編碼，符合IEC(國際電工委員會)的“安全性電子系統(tǒng)和可編程電子系統(tǒng)的功能安全性”標(biāo)準(zhǔn)。這對于在那些由于發(fā)生故障而會對人員和環(huán)境造成危害的設(shè)施中的應(yīng)用來說特別重要。