如何选择自定义磁铁传感器

需要帮助选择合适的传感器？继续阅读。

使用磁传感器的任何系统的成功取决于设计工程师完全掌握整个系统的独特参数，要求和约束的能力，而不仅仅是传感器。除了回答“这个传感器必须做的事情的简单而不是必不可少的问题”，重要的是要定义传感器将被要求运行的环境非常重要。必须定义温度，湿度，UV的温度，湿度，紫外线接触，以及其他系统组件的邻近，以便可以保证适当的传感器选择。

然而，如果传感器选择更多的是OEM在设计过程中的提前事后，则可能必须开发或修改专用传感器以满足执行器系统设计的具体要求，这可能是昂贵的。大多数工程师面临着完成设计的困境，只有发现设计的关键部件被忽视，然后必须返回绘图板或CAD站，以找出一种使其成为所有合适的方法。对于在设计执行器系统之前将影响传感器性能的所有潜在因素来说，考虑到所有潜在因素，这是更明智的并且成本更低，同时始终关注整个系统设计。在无法避免使用自定义传感器的情况下，存在某些设计参数，应该考虑确保强大的系统设计：环境，机械，电气和磁性。

图1：用于速度传感应用的霍尔效应传感器的组件。当磁铁在传感器上旋转时，霍尔芯片检测磁场。

图2:簧片开关传感器由密封在玻璃胶囊中的金属簧片上的触点组成。当接近磁场时，触点打开或关闭。

环境考虑因素：了解您的周围环境

有几个环境因素可能影响磁传感器的性能。了解这些因素中的任何一个可能在传感器上的效果在选择过程中至关重要，并将帮助工程师采取预防措施以确保电路设计的完整性。

温度:超过100°C的操作和存储温度会降低传感器和磁铁的性能。霍尔效应传感器的最高温度限制范围为85°C到150°C。一旦超过最高温度值，传感器将失去其校准，将不能正确地响应磁场。簧片开关性能受温度高达150°C的影响最小。关于磁性参数的最后一节提供了更多关于温度如何影响执行器磁性材料的选择的细节。

湿度：这极大地影响了磁性材料的选择和潜在的涂层，如果需要，为磁铁。一些磁铁材料，如钕，对水分非常敏感，可以分解，因为铁降解与水分。

冲击和振动:需要考虑到这些动态的力量。簧片开关可能会受到高重力的负面影响，可能需要特殊的叶片方向。

紫外线：对于户外安装，所考虑的传感器的塑料材料应该能够承受延长的紫外线暴露。工程师应检查是否需要任何特殊验证性能条件。

热冲击:建议进行热冲击测试，以验证传感器的设计，并确保其长期性能。这种测试通常在较宽的温度范围内进行，例如-40°C到+105°C。高温可达+150°C。如果包装不当，材料会在高应力下降解。应分析塑料和灌封材料的热膨胀系数，以确保它们在整个温度范围内与传感器内的开关组件的兼容性。

机械关注:理解传感器的空间要求

设计工程师应检查显示传感器和磁致动器将在OEM系统内的区域的3D CAD模型，以便对传感器将需要如何在其给定的空间中运行有一个清晰的理解。这一过程将有助于工程师为系统选择最佳的传感器和磁致动器设计。为了理解应用程序的机械约束，设计工程师应该问自己以下问题:

• 感应装置是否有可能影响封装设计和安装方法的特定方向?
• 传感器和执行器是否都有可用的空间?是否有维度限制?
• 传感器和执行器之间所需的激活和关闭距离是否允许磁铁对传感器的正确定位?
• 客户是否需要与配套线束或电路板兼容的特殊连接器(即密封型或终端)?(考虑传感器可能受到的温度或化学环境时，导线的绝缘类型很重要。可以考虑采用表面贴装装置来安装电路板。)
• 是否需要考虑特殊的材料来满足机械要求?热塑性塑料和有色金属是用于诸如簧片或霍尔效应传感器的外壳磁性传感器的常用材料。
• 此外，需要灌封材料来保护芦苇和霍尔效应开关。有许多等级的环氧树脂或氨基甲酸酯可用于灌封材料。由于它们在各种温度范围内，环氧树脂通常是传感器保护的首选。
  

电气因素:考虑负载，开关周期和输出

• 为了充分理解所涉及的电气因素，设计工程师应该问自己:
  • 被转换的电负载是多少?
  • 开关电压和电流是多少?
  • 交流还是直流?它是逻辑级负载吗?
  • 电路是由电池供电的吗?如果是，电池电压值是多少?
  • 开关负载是电阻性、电感性还是电容性?
• 在产品的生命周期中需要多少个切换周期?
• 是否有特殊的开关速度要求(如速度传感器)?
• 客户想要哪种类型的传感器输出:数字还是模拟?
• 客户想要常开、常闭还是单拉双掷簧片开关?
• 应用程序中是否有任何特殊要求，如EMC、EMI或ESD考虑因素?(当使用霍尔效应传感器时，这一点非常重要。)

磁性参数:选择最好的磁铁

不幸的是，当指定簧片开关或霍尔效应传感器时，往往忽略了磁致动器。这尤其令人惊讶，因为磁铁和传感器各占最终磁路设计的50%。如果配上一个不合适的磁铁，花相当多的时间努力选择一个合适的传感器可能都是徒劳的。

OEM客户可能会说他或她已经在应用程序中设计了一个磁铁，而没有考虑技术问题的可能性。为了防止出现问题，设计工程师与客户一起审核磁体的设计是很重要的。这种彻底的磁路分析将防止生产过程中的长期质量问题。工程师应使用此清单来评估磁铁的质量和性能:

• 使用磁仿真软件在各种条件下彻底了解传感器的磁操作环境。此工具在与运动中的磁场操作和交互时，表征传感器性能。它应该考虑位于传感器和磁致电致动器组件附近的任何黑色金属，其可以远离传感器分流预期的磁场。该模拟应该在投资Benchtop测试和工具中投入大量时间之前完成。
• 考虑应用的温度，因为它对磁性材料的影响最大。一些磁性材料，如钕，对最大允许工作温度有限制。一旦超过了最高温度，通量密度就会显著降低，并且不能逆转。对于良性环境，如室内应用，如果材料满足传感器激活所需的距离公差，alnico磁铁或低成本陶瓷磁铁可能工作良好。在温度波动很大的高温应用中(如汽车环境)，通常需要非常稳定的稀土磁性材料，如钐钴。
• 研究磁体的极性和方向。霍尔效应传感器通常只使用磁体的北极或南极。簧片传感器不是极性敏感的，可以在任何磁极下工作。
• 如果活化耐受性比较强，排除陶瓷级和alnico级，建议使用钕或钐-钴磁铁。稀土材料比前几年更具成本竞争力。
• 当应用在高湿度环境中，使用新级别的磁铁时要非常小心。在钕上镀镍是一种很好的阻挡层。然而，这并不能保证水分不会通过裂纹渗透到镍下面。如果需要稀土材料，请选择适合这种环境的钐级材料。
• 当用密封的塑料或有色金属包装磁铁时，可以考虑在高湿度环境中使用钕。
• 为防止价格成为未来的问题，请确保磁铁材料不超过应用。
  

结论

设计一个可靠和稳健的磁敏感系统的关键是能够掌握特定传感器在其被要求发挥作用时所需的所有操作参数。保持OEM供应商和设计工程师之间的沟通是至关重要的，这样才能确保适当的传感器和磁铁的选择。在需要定制传感器的情况下，需要将环境、机械、电气和磁性指标纳入传感器选择过程，以确保系统设计最优化。

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