可靠性在液压行业中始终非常重要，在锯木厂，铸造厂，钢厂和移动机械等典型的坚固耐用的应用中，维持正常运行时间尤其具有挑战性。对于流体动力工程师而言，在液压缸上广泛使用传感器已成为一个更为关键的问题。
反馈设备使用户可以确保精确度，跟踪性能并在发生重大故障前发现故障。不幸的是，从耐久性的角度来看，传感器和电子设备通常是液压控制回路中的薄弱环节，但通过适当的规划，您的系统可以保持正常运行。让我们来看看工程师面临的障碍以及帮助确保在恶劣和困难环境中不间断和无故障运行的策略。
气缸感应
特别坚固的线性传感器设计用于
承受锯木厂典型的冲击和振动。
在简单且要求不高的应用中，设备设计人员在指定气缸传感器时有很多选择。两种基本定位方法是行程末端感应和连续感应。行程末端传感器，例如霍尔效应装置，通常是经济的，但只能说明活塞杆是完全伸展还是完全缩回。
连续位置传感器，如LVDT（线性可变位移变压器），光学编码器和磁致伸缩传感器成本更高，但提供了更多信息。用户可以随时准确了解气缸杆的位置。
当在诸如木材厂和轮胎压力机的严苛应用中需要连续液压缸位置反馈时，磁致伸缩缸传感器被广泛使用。由于其高精度，宽温度范围，无磨损操作以及耐冲击和振动，它们优于替代品。在这种设计中，传感探头安装在气缸内，因此大部分装置都得到了很好的保护。（请参阅侧栏“磁致伸缩传感器101”中的更多详细信息。）
但无论指定的气缸传感器类型如何，高要求的应用都会突破标准产品的生存能力极限，并可能导致传感器过早失效。下面介绍一些常见问题，以及在不利的运行条件下增加正常运行时间的方法。
极端高温
极端温度对任何传感器都具有挑战性。例如，在钢制高炉附近操作，连续铸造和热轧生产线使设备经受高温环境温度，这会对电子元件造成压力并加速失效。
用户必须处理传导，对流和辐射传热。为了解决这种情况，请评估安装并可能减轻传感器对热源的暴露。在传导的情况下，如果可能的话，尽可能地将传感器重新定位在远离热源的位置。或者，如果气缸的后部U形夹直接连接到热源，则可以安装隔热板（绝缘体）以打破导电路径。
通过安装隔热罩使热空气流偏离传感器外壳来减轻对流。通常，相同的防护装置也会阻挡辐射的红外能量，尽管一些热量可能会从背面重新辐射。
接下来，看看传感器本身。标准气缸传感器的最高额定温度通常为75°C（167°F），但增强型可承受高达100°C（212°F）的温度。
不要忘记并非所有电缆都相同。标准聚氨酯电缆材料在较高温度下会迅速变质或熔化，但是，专用电缆护套材料（如PTFE）可承受高达200°C（392°F）的温度。
还有我们所说的牺牲电缆策略。如果您在传感器和控制箱之间运行20米电缆并且电缆发生故障，则需要重新连接整个20米。而是将牺牲电缆从传感器插入主电缆。如果由于高温而失败，技术人员可以快速拔下并更换它，而无需重新连接整个本垒打电缆。
电子设备在严酷的环境中生存仍然太热了？在这些情况下，请将传感器安装在专为空气或水冷系统设计的保护外壳中。例如，密尔沃基气缸公司（Milwaukee Cylinder）等公司生产的水冷式液压缸可降低传感器温度。
寒冷
相反的情况经常出现在北极地区的石油和天然气作业中，那里的温度可能会降至-40°C（-40°F）或更低。在这些温度下，密封件和垫圈中使用的聚合物，电缆绝缘和外护套以及传感器元件阻尼材料会变脆。半导体材料开始失去导电性，电路可能会出现不可预测的行为。
采用低温聚合物配方的特殊液压缸传感器设计工作温度低至-50°C（-58°F）。为了防止电子故障，制造商可以指定电子设备在-40°C以下连续供电。散热使电子设备变暖并使其保持在适当的工作范围内。
物理影响
BTL5杆式传感器通常
安装在气缸活塞杆内。
落在锯木厂的岩石，在移动车辆中飞起的岩石，以及在攀爬设备时简单地使用钢瓶作为台阶的工人都是机械冲击的典型原因。通常，液压缸是坚固的并且构造成用于处理这种滥用。传感器也是如此。标准气缸位置传感器通常具有暴露的挤压铝外壳。为了提高传感器存活冲击负载的几率，采取防护，嵌入和升级方法。
守护。 许多气缸制造商为气缸传感器提供辅助防护装置。一个大的端盖 – 基本上是一段钢管 – 安装在气缸的后端，以保护内部的传感器。缺点是必须将它们移除以维修传感器，并且经常在维修后将它们关闭，使传感器易受冲击。
嵌入。而不是将传感器安装在气缸外部，紧凑型传感器可以嵌入气缸内。因此，坚固的气缸本身可以保护传感器免受损坏，并且仅暴露电气连接。这种传感器通常安装在用于移动液压应用的焊接气缸中，并且它们也适用于固定工业应用。
升级。 具有特别坚固外壳的气缸传感器是标准型的升级版。这些设计采用薄型，坚固的不锈钢结构，并附有多个螺栓。外壳几乎就像它自己的保护罩一样。
冲击和振动
冲击和振动可能是严苛工作条件下可靠性的首要挑战。通常，它们是不可避免的。冲击是许多应用所固有的 – 这就是选择液压系统而不是电动机驱动器的原因 – 但有时反馈装置无法在滥用中存活。如果您遇到真正有问题的应用程序，这里有一些弹药。
钢厂中使用的气缸传感器和电缆必须适用于高温条件并且不受热量影响。
一，看看液压运动控制系统。如果应用程序因冲击而导致传感器故障率较高，请首先确定是否可以调整机器操作以减少冲击负载。例如，是否可以调整运动控制配置文件以提供较不剧烈的加速或减速并使启动和停止更柔和？减少冲击的关键是降低g力的峰值幅度并延长瞬态时间，使加速度梯度不那么严重。在6毫秒内传递的100克峰值冲击不如在3毫秒内传递的相同负载严重。
接下来寻找具有更强大规格的传感器。现场大多数传感器的额定冲击力至少为100克。有些超出了这个范围，额定值高达150克。传感器供应商可能会提供未在其目录中公布的特殊工程变体。
另外，请考虑连接器。增加传感器安装连接器的质量可使传感系统更容易受到严重冲击，弯曲和开裂。用所谓的“尾纤”或“内联”连接器替换损坏的连接器，这种连接器具有从传感器到快速断开的200到300毫米的柔性电缆，这是将电缆寿命从六周延长到五个月的简单修复液压应用。
振动是工业和移动设备中的生活现实，消除它可能很困难或不可能。在大多数情况下，需要增强的传感器设计，以在暴露于扩展的高振动环境时提高传感器的耐久性。
有效的设计和测试方法可确保传感器能够承受长时间的振动，称为HALT或高加速寿命测试。经历HALT的产品在其开发过程中经受加速老化以精确定位并消除弱点。寻找具有出色振动规格的传感器。EN 60068-2-6提供了一个很好的指导方针。
液体进入
在冲击和振动之外，水分进入是另一个主要问题。与解决传热问题非常相似，首先要考虑将传感器重新定位到更受保护的区域，或者添加保护防溅罩。然后考虑传感器的入口保护（IP）等级并确保设计适合任务。
标准传感器设计用于承受液体进入一段时间，但不适合经常浸泡或暴露在潮湿环境中。持续暴露使水，冷却剂和油最终绕过额定IP67或更低的许多标准传感器上的垫圈。在这些情况下，请考虑具有更高IP等级的传感器。IP68传感器可完全浸入水中; 和IP69K传感器可承受加压冲洗。一些传感器外壳是密封焊接的，以提供100％防漏组件。
但同样，不要忘记电缆。用户通常会选择IP69K传感器，然后错误地将其与现成的
IP65电缆连接。您还必须保护电缆。切口或刻痕可让液体绕过盖子并进入传感器外壳。最好在电缆上安装保护管，以确保在偶然接触或磨损的情况下保持完整。
腐蚀
暴露在腐蚀性化学物质中的设备会降低传感器的性能并导致过早失效。例如，铝传感器外壳可能会受到道路盐，海水喷雾和酸性果汁等物质的攻击。在这种情况下，303和304不锈钢制成的外壳在大多数应用中都是很好的选择。在存在盐水或盐雾的区域中，优选316L不锈钢。
附加选项
尽管在极端条件下尽最大努力保护气缸传感器，但有时故障是不可避免的。如果您需要在关键应用程序中保持设备运行，这里有三个选项。
冗余传感器。 使用主缸旁边的传感器运行虚拟圆柱体。或者在外部安装一个或多个冗余传感器，使用安装支架将传感器固定到位，并将目标磁铁连接到移动设备。传感器并行运行。如果一个失败，其他人继续运作。
冗余输出。 这在发电应用中非常流行，其中停机时间是不可接受的。专用的气缸位置传感器可以在一个外壳中包含两个或三个完全独立的位置传感器。每个传感器都有自己的连接器。其优点是易于安装在标准气缸端口，无需外部安装支架。潜在的缺点是磁铁或压力管的损坏会导致所有通道失效，尽管实际上很少发生。
快速修复。最后，如果发生故障，您可以多快恢复和运行设备？传感器具有模块化电子元件，可在压力管留在气缸中时快速拆卸和更换。在快速修理装置中，法兰保持螺纹拧入气缸，从而将所有液压油保持在内部并防止污染物进入。技术人员只需要更换电子外壳中的波导，该装置即可
再次运行。
另一种快速修复策略：安装带冗余输出的传感器，但只连接一个通道进行控制。盖住未使用的连接器，以便在不使用时对其进行保护。如果控制通道出现故障，只需将连接电缆移至另一个通道并恢复操作即可。然后可以在计划的维护停机期间修复具有故障通道的传感器单元。
磁致伸缩传感器101
磁致伸缩是铁磁材料的特性，其在磁场的存在下改变其形状或尺寸。磁致伸缩致动器的实际应用范围从高力线性电机到主动振动控制系统，磁致伸缩效应非常适用于工业线性位置测量传感器。
传感器具有铁合金传感元件，通常称为波导。波导通常封装在不锈钢耐压管或铝挤压件内。位置磁铁连接到液压或气压缸的活塞或机器的运动部件。对连接到波导的导体施加短电脉冲（1到3微秒）会产生沿波导传播的磁场。来自位置磁体的磁场与产生的磁场相互作用，磁场又在波导上产生机械脉冲。该机械脉冲以恒定速度传播到波导的末端，在那里由信号转换器检测。
在实践中，气缸盖和杆轴通常是用枪钻的，并且包含磁致伸缩传感探头的不锈钢管插入其中。因此，传感元件得到很好的保护。换能器电子装置壳体安装在气缸端盖上。
磁致伸缩气缸位置传感器与其他选项相比具有许多优势。该设计本质上是坚固的，并且磁体和传感元件之间没有机械接触或磨损。密封装置不受污垢，灰尘和其他潜在污染物的影响。
传感器非常准确。它可以检测小至1μm的位置变化，并提供±30μm的绝对位置精度。它们有多种尺寸和配置可供选择，以处理许多不同的应用。
它们还提供不同的模拟和数字接口。常见的模拟输出信号包括0-10 Vdc和4-20 mA。数字输出选项包括SSI，以太网，IO链路，CAN总线和许多其他选项。
由于磁致伸缩依赖于磁场的相互作用，因此传感元件附近非常强的外部磁场会引起问题。同样，需要适当的屏蔽以保护信号免受电磁干扰。
本文来自原文来自 Ken Korane， 翻译整理 iHydrostatics，本文观点不代表iHydrostatics静液压立场。
