流体动力中更多的传感器应用带来一系列设计机会

原文：Sara Jensen | Technical Editor, Power & Motion

编辑：腾益登

液压和气动系统中传感器的集成不断增长。这样做可以带来一系列好处，包括增强性能和数据收集，以改进维护和机器监控。最近对 Power & Motion 观众的一项调查发现，大量流体动力系统设计现在都包含某种类型的传感器技术。60% 的受访者表示，他们的系统设计中有 21% 或更多包含传感器，而另外 16% 的受访者表示，他们的系统设计中有 11-20% 包含传感器。

这与我们与流体动力行业成员进行的多次讨论相吻合，他们也见证了传感器在液压和气动系统设计中的使用增加。FÉTIS Group 首席营销官 Oliver Lythgoe 在 Power & Motion 网络研讨会上讨论了该主题，他表示，传感器使用量不断增加当然有几个驱动因素，其中最主要的是更安全、更轻松的操作。在流体动力系统中添加更多电子设备（包括传感器）可以实现这些目标。Lythgoe 表示，传感器的集成可以实现新的控制形式，从而实现更快、更准确的运动。Rheintacho 速度传感器业务经理 Joern Strasser 在网络研讨会上也发表了讲话，他补充说，系统控制得越多，可以实现的优势就越大。对于移动设备行业的人来说，自动驾驶是制造商希望采取的下一个重大技术步骤之一。传感器提供的测量和数据功能对于实现安全、准确的自动驾驶至关重要。

传感器如何用于流体动力系统

流体动力组件和系统中集成了多种传感器，以满足不同的客户需求。受访者指出，传感器的常见用途包括安全、性能监控以及提高精度、控制或其他性能方面。许多受访者（41%）表示，所有这些都是他们在液压和气动系统设计中加入传感器的原因。

海德福斯 OEM 销售经理 Russ Schneidewind 在接受 Power & Motion 采访时表示，该公司发现对液压元件比例控制精度的需求不断增加。他说，传感器通常用于提供必要的反馈，以实现对液压执行器和马达的更精确控制。

随着精度的提高，不仅可以实现更好的控制，还可以提高能源效率，这是他表示需求不断增加的另一个功能。提高流体动力组件或系统的效率可以减少为机器提供动力所需的总能量。这正成为帮助减少排放量的一个日益重要的问题。对于电动机器来说，能够高效运行的系统也是必要的，以确保电池在两次充电之间的使用寿命更长。位置传感器通常与液压缸一起使用，以帮助提供更精确的运动。这有助于提高各种机器功能的准确性，Rota Limited 与重型设备制造商威猛 (Vermeer) 合作时的情况就是如此。

该原始设备制造商开发了一种用于太阳能场安装的特殊打桩机，在将支撑太阳能电池板的桩打入地下时需要高精度。为了确保这些桩的放置一致、准确，威猛 (Vermeer) 联系了 Rota，商讨在机器上使用其线性位置传感器。机器上的液压缸安装了两个位置传感器，可提供 x 轴和 y 轴读数，以便准确对准打桩机。与机器的 CANbus 通信可以更好地计算打桩机角度，不仅有助于确保桩的准确放置，而且便于机器操作员使用。

液压和气动技术的技术挑战和机遇

尽管传感器的使用在流体动力行业中变得越来越普遍，但使用传感器的设计团队仍然面临许多挑战。21% 的受访者指出的最大挑战之一是许多传感器选项仍然过于昂贵。尽管近年来它们的成本有所下降，但它们仍然可能是系统设计中成本高昂的一部分，具体取决于所需传感器的类型以及可能需要内置的坚固性或其他方面。

另外 20% 的受访者表示，将传感器集成到他们的设计中仍然是一个挑战，而 6% 的受访者表示，不知道使用什么类型的传感器可能是一个挑战。两者都是确保传感器满足给定应用和测量要求的重要方面。有多种传感器可供选择——位置、温度、角度等等——这使得液压和气动开发人员了解他们想要通过传感器集成实现什么目标非常重要。在安装传感器时，了解传感器的应用至关重要。在前面提到的 Rota 示例中，该公司最初认为采用的安装方法是嵌入打桩机液压缸中的位置传感器。然而，Rota 发现这对于其中一个液压缸来说是不可行的，因为可能会损坏其传感器所需的线束。相反，该公司选择了独立安装的传感器，以防止其损坏，同时仍然提供应用所需的测量数据。

虽然市场上有许多可与流体动力系统一起使用的传感器，但也有一些领域缺乏该技术。一些受访者指出的领域之一是缺乏多功能传感器，即能够进行多种测量的传感器。通常，多个传感器会集成到一个组件或系统中，以获取需要收集的所有数据。然而，这可能成本高昂并且占用宝贵的安装空间。如果可以使用能够进行多次测量的单个传感器，这将有助于降低系统开发人员的成本和空间要求。有些传感器制造商正在研究此类技术，因为他们了解它可以为行业带来的好处。2023 年，杰佛伦公司推出了 Twiist 线性位置传感器，该传感器能够在单个传感器单元中提供多种测量。它采用专门的设计，可以测量线性、角度和其他运动。

一些调查受访者指出，成本和集成的便捷性是可以进行技术改进的其他领域。据说传感器技术缺乏的其他领域包括油膜厚度测量、耐用性和鲁棒性、连续液位测量以及无需接线和漂移的压力测量的需要。

在美国流体动力协会 (NFPA) 2023 年技术路线图中，传感器被认为是液压和气动系统的关键研究领域。路线图中指出——一份旨在指导未来设计需求的文件——材料、无线传感器、位置检测、可用性和实时信息的进步是传感器可以帮助满足流体动力行业需求的方式。随着传感器技术的这些进步，流体动力系统将能够更好地满足路线图委员会认为对确保行业长寿至关重要的数据、安全和能源效率的改进。

传感器优势将带来进一步增长

调查受访者一致认为，流体动力系统中传感器的集成对该行业有利。然而，当谈到最大的好处是什么时，人们的反应就更加多样化了。

许多受访者指出，机器和系统监控的改进以及维护能力的增强是所提供的一些最大好处。一些受访者提到的好处还包括改进的控制和精确度。SMC Corp. 工程总监 Rex Bateman 告诉 Power & Motion，将工业网络集成到压力和流量传感器等控制产品中的能力是气动领域正在发生的演变之一，有助于简化维护。此功能使远程监控系统和跟踪性能变得更加容易，以减少计划外停机。

一般来说，通过将传感器集成到流体动力系统中可以实现一系列好处。因此，它们的使用在未来几年将继续增长。大多数受访者（78%）表示，他们预计未来几年传感器在液压和气动系统中的使用将会增加。只有 14% 的人预计其使用量将保持不变，而 8% 的人预计其使用量不会增加。50% 的受访者预计传感器的使用量在未来 3-5 年内将增加 20% 或更多，其次是 26% 的受访者预计使用量将增加 10%。随着流体动力系统及其应用的不断发展，传感器将继续成为这些系统设计的重要组成部分，并将有助于带来性能、数据收集和其他功能的大量增强。

原文始发于微信公众号（液压传动与控制）：流体动力中更多的传感器应用带来一系列设计机会