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在未来的两三年里,物联网将是横跨各领域背后的重要身影,包括智能制造、智慧城市、车联网、移动医疗等在内的新兴领域。为了更好地服务于物联网的需要,加强传统模拟领域的创新刻不容缓,包括转换器等现有技术的低功耗、高可靠性等,也包括通过前面提到的并购丰富模拟和传感技术。下面就随工业控制小编一起来了解一下相关内容吧。

从国际范围来看,工业4.0是被广泛谈论的话题,这应该代表了未来智能工业的发展趋势。ADI公司亚太区电机与电源控制行业市场部经理于常涛先生认为:“在新一代的电机制造业中,高效是技术发展的明确趋势。但越来越多的应用和领域对于电机控制的要求已不仅仅停留在满足节能要求的通用变频器及速度控制上,精确的位置控制及电流控制已成为了新的需求。”

于常涛先生提到:“新一代技术产业,高档数控机床和机器人,电机控制,高性能医疗器械都是国家支持也是ADI重点关注的范围,同样的,中国政府也在这些相关重点领域积极支持。就ADI而言,在这些重点领域中,ADI都有着非常好的机会,也都是公司关注的重点。结合到,工业电机控制,高档数控机床和机器人无疑给产业的发展带来了巨大的机会。在这两大类系统产品中,除了ADI处理的传统的电机控制系统方案外,工业物联网也是ADI未来关注的对象。”

“作为一家致力于技术创新的半导体厂商,ADI的许多产品一直以来被广泛应用于电机控制领域。对于ADI伺服控制方案的技术优势,ADI电机控制方案的核心竞争力突出表现在控制器、隔离技术、相电流检测及IGBT门级驱动等多方面。处理器平台的选择是伺服控制方案的核心因素,ADI在该领域主推的是基于ARM Cortex-M4F内核的处理器ADSP-CM408。 这款处理器具有业内最快的M4F内核主频(240 MHz),具有业内最高精度的内部集成SAR ADC,此外还集成多通道的SINC滤波器,这些特点集成了伺服控制所需要的核心性能,为客户实现复杂、精确、快速的伺服控制提供了充分保证。”于常涛先生介绍到。

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当今市场,产品竞争异常激烈,许多产品处于饱和或疲软状态,除了价格是消费者考虑的因素之外,用户更多考虑的是产品的质量、可靠性。因此质量是企业的生命,价格已不是企业竞争的唯一因素,更高的目标是追求产品质量的优越——产品的适用性和满足用户的要求。质量出自于生产过程,出自于管理。各个企业根据自己的特点,搞好产品质量,有不同的管理方式。提高产品质量意识,首先提升是骨干生产员工意识,然后是普通的生产工人,都树立产品质量放在第一位的思想,在生产中无论出现什么质量问题,首先是对事,如果是人为因素造成的,再查出责任人,决不隐瞒,坚决查处,应遵循以下“三不”放过原则:

①出现质量问题决不放过;
②问题的根源不查清楚决不放过;
③不找出解决问题的办法决不放过。 

1.完善生产车间的管理
①材料按类、统一放置在指定范围内整齐排放。
②所有的材料挂牌在指定位置堆放。

2.完善岗位责任制,班组成员除做好本岗位工作外,本岗位范围内的设备保护,环境卫生等必须在任何时候都保持良好。 这种做法不仅规范了管理,而且提高了工人的责任感和紧迫感,对有关制度的理解和执行起到了积极的作用。

3.建立质量互保制度,对生产作业中的质量严格把关,对上道工序的半产品严格把关,有质量问题的及时反映,确保合格的产品入库。

4 .在生产过程中必须常常对产品参数进行测量,不符合的及时反映并进行调整,这样进一步保证出厂产品质量起到有效作用。

6.凡是出现违规行为,坚决以通报的形式向全员公布。这种做法对工人及管理者的思想起到一定的教育作用。

7.对及时发现质量问题,避免事故进一步扩大的有功人员给予表扬奖励。这种做法是鼓励全体员工参与质量管理,效果是明显的。

通过务实的监控,提高了工人的质量认识,工人能很主动自觉地想办法解决在生产过程中遇到的问题,质量有一定的提高,对降低生产成本起到积极的作用。我们的做法是遵循“凡是出现容易避免的的质量事故从重处罚,难于避免的质量事故相对从轻处罚”的原则。能查出责任人的处罚落实到个人,不能查出责任人的处罚落实到整个班组或作业区。这种做法对提高成品工人树立质量第一的认识起到了积极的作用,质量的把关由原来检查员的监督检查变成了全员的质量监控,使产品的质量进一步提高。

质量是企业的生命。在现代社会,企业的竞争实质上是产品的竞争,而产品的的竞争力主要体现在质量上。个行业著名企业之所以具有强大的竞争力,很重要的一点,就在于它们始终围绕产品质量既是挑战又是机遇这一主题,改善经营管理,发展新技术,从而生产出质量更高的产品。

产品质量是企业生存的关键,企业要想生存和发展必须提高产品质量,用科学技术,人才创造力,加强企业管理,提高产品竞争力,更好为用户提供满意的产品。质量是企业效益、发展、信誉的基础,有了质量的提升,才有企业的市场。因此,关注质量,企业才有可能发展。关注人们的需要,企业才有可能立于不败之地,产品质量和经济效益是辩证统一的,没有好的质量,没有人们满意产品,就没有好的经济效益。质量是企业的生命,企业的生存在于质量,企业的发展壮大也在于质量,走质量效益型发展道路,不断提高产品质量是企业永恒的主题。

本文转自:如何提高产品质量,电机行业必看!

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选择陀螺仪时,需要考虑将最大误差源最小化。在大多数应用中,振动敏感度是最大的误差源。其它参数可以轻松地通过校准或求取多个传感器的平均值来改善。零偏稳定性是误差预算较小的分量之一。

览高性能陀螺仪数据手册时,多数系统设计师关注的第一个要素是零偏稳定性规格。毕竟,它描述的是陀螺仪的分辨率下限,理所当然是反映陀螺仪性能的最佳指标!然而,实际的陀螺仪会因为多种原因而出现误差,使得用户无法获得数据手册中宣称的高零偏稳定性。的确,可能只有在实验室内才能获得那么高的 性能。传统方法是借助补偿来最大程度地降低这些误差源的影响。本文将讨论多种此类技术及其局限性。最后,我们将讨论另一种可选范式——根据机械性能选择陀螺仪,以及必要时如何提高其偏置稳定度。

环境误差

所有中低价位的MEMS陀螺仪都有一定的时间-零点偏置和比例因子误差,此外还会随温度而发生一定的变化。因此,对陀螺仪进行温度补偿是很常见的做法。一般而言,陀螺仪集成温度传感器的目的就在于此。温度传感器的绝对精度并不重要,重要的是可重复性以及温度传感器与陀螺仪实际温度的紧密耦合。现代陀螺仪的温度传感器几乎 毫不费力就能达到这些要求。

许多技术可以用于温度补偿,如多项式曲线拟合、分段线性近似等。只要记录了足够数量的温度点,并且在校准过程中采取了充分的措施,那么具体使用何种技术是无关紧要的。例如,在每个温度的放置时间不足是一个常见的误差源。然而,无论采用何种技术,无论有多细心,温度迟滞——即通过冷却与通过加热达到某一特定温度时的输出 之差——都将是限制因素。

图1所示为陀螺仪ADXRS453的温度迟滞环路。温度从+25°C变为+130°C,再变为–45°C,最后回到+25°C,与此同时记录未补偿陀螺仪的零点偏置测量结果。加热周期与冷却周期中的+25°C零点偏置输出存在细微的差异(本例中 约为0.2°/s),这就是温度迟滞。此误差无法通过补偿来消除,因为无论陀螺仪上电与否,它都会出现。此外,迟滞的幅度与所施加的温度“激励”量成比例。也就是说,施加于器件的温度范围越宽,则迟滞越大。

经历温度循环(–45°C至+130°C)时未补偿ADXRS453的零点偏置输出

图1. 经历温度循环(–45°C至+130°C)时未补偿ADXRS453的零点偏置输出

如果应用允许启动时复位零点偏置(即无旋转时启动),或者在现场将零点偏置调零,则可以忽略此误差。否则,这就可能是零偏稳定性性能的一个限制因素,因为我们无法控制运输或存储条件。

抗振

理想情况下,陀螺仪仅测量旋转速率,无关其他。但实际应用中,由于机械设计不对称和/或微加工不够精确,所有陀螺仪都有一定的加速度敏感度。事实上,加速度敏感度有多种外在表现,其严重程度因设计而异。最显著的通常是对线性加速度的敏感度(或g敏感度)和对振动校正的敏感度(或g2 敏感度)。由于多数陀螺仪应用所处的设备是绕地球的1 g重力场运动和/或在其中旋转,因此对加速度的敏感度常常是最大的误差源。

成本极低的陀螺仪一般采用极其简单紧凑的机械系统设计,抗振性能未经优化(它优化的是成本),因而振动可能会造成严重影响。1000°/h/g(或0.3°/s/g)以上的g敏感度也不足为奇,比高性能陀螺仪差10倍以上! 对于这种陀螺仪,零偏稳定性的好坏并无多大意义,陀螺仪在地球的重力场中稍有旋转,就会因为g和g2敏感度而产生巨大的误差。一般而言,此类陀螺仪不规定振动敏感度——默认为非常大。较高性能的MEMS陀螺仪则好得多。表1列出了几款高性能MEMS陀螺仪的数据手册所列规格。对于这一类别中的多数陀螺仪,g敏感度为360°/h/g(或0.1°/s/g),某些低于60°/h/g,远远优于极低成本的陀螺仪。但是,对于小到150 mg(相当于8.6°倾斜)的加速度变化,即使其中最好的陀螺仪也会超出其额定零偏稳定性。

有些设计师试图利用外部加速度计来补偿g敏感度(通常是在IMU应用中,因为所需的加速度计已经存在),这在某些情况下确实可以改善性能。然而,由于多种原因,g敏感度补偿无法获得完全的成功。大多数陀螺仪的g敏感度会随振动频率变化而变化。图2显示了Silicon Sensing CRG20-01 陀螺仪对振动的响应。注意,虽然陀螺仪的敏感度在额定规格范围内(在一些特定频率处略有超出,但这些可能不重要),但从DC到100 Hz,其变化率为12:1,因此无法简单地通过测量DC时的敏感度来执行校准。确实,补偿方案将非常复杂,要求根据频率改变敏感度。

Silicon Sensing CRG20-01对不同正弦音的g敏感度响应

图2. Silicon Sensing CRG20-01对不同正弦音的g敏感度响应

作为对比,图3显示的是陀螺仪ADXRS646在相似条件下的响应。事实上,有些陀螺仪比其它陀螺仪更容易进行g敏感度补偿。不过遗憾的是,数据手册几乎从不提供此类信息,必须由用户去探索,而且可能极耗精力,但在系统设 计过程中,常常没有时间等待惊喜出现。

Analog Devices ADXRS646对随机振动(15 g rms, 0.11 g2/Hz)的g敏感度响应,1600 Hz滤波

图3. Analog Devices ADXRS646对随机振动(15 g rms, 0.11 g2/Hz)的g敏感度响应,1600 Hz滤波

另一个困难是将补偿加速度计和陀螺仪的相位响应相匹配。如果陀螺仪和补偿加速度计的相位响应匹配不佳,高频振动误差实际上可能会被放大!由此便可得出另一个结论:对于大多数陀螺仪,g敏感度补偿仅在低频时有效。

振动校正常常不作规定,原因可能是差得令人难堪,或者不同器件差异巨大。也有可能只是因为陀螺仪制造商不愿意测试或规定(公平地说,测试可能比较困难)。无论如何,振动校正必须引起注意,因为它无法通过加速度计进行补偿。与加速度计的响应不同,陀螺仪的输出误差会被校正。

改善g2敏感度的最常见策略是增加一个机械抗振件,如图4所示。图中显示的是一个从金属帽壳封装中部分移出的Panasonic汽车陀螺仪。该陀螺仪组件通过一个橡胶抗振件与金属帽壳隔离。抗振件非常难以设计,因为它在宽频率范围内的响应并不是平坦的(低频时尤其差),而且其减振 特性会随着温度和使用时间而变化。与g敏感度一样,陀螺仪的振动校正响应可能会随频率变化而变化。即使能够成功设计出抗振件以衰减已知频谱下的窄带振动,此类抗振件也不适合可能存在宽频振动的通用应用。

典型抗振件

图4. 典型抗振件

机械滥用引起的主要问题

许多应用中会发生常规性短期滥用事件,这些滥用虽然不致于损伤陀螺仪,但会产生较大误差。下面列举几个例子。

有些陀螺仪可以承受速率过载而不会表现异常。图5显示了Silicon Sensing CRG20陀螺仪对超出额定范围大约70%的速率输入的响应。左边的曲线显示的是旋转速率从0°/s变为500°/s再保持不变时CRS20的响应情况。右边的曲线则显示的是输入速率从500°/s降为0°/s时该器件的响应情况。当 输入速率超出额定测量范围时,输出在轨到轨之间紊乱地摆动。

Silicon Sensing CRG-20对500°/s速率输入的响应

图5. Silicon Sensing CRG-20对500°/s速率输入的响应

有些陀螺仪在经受哪怕只有数百g的冲击时,也会表现出“锁定”的倾向。例如,图6显示的是VTI SCR1100-D04在经受250 g 0.5 ms冲击时的响应情况(产生冲击的方法是让一个5 mm钢球从40 cm的高度落在陀螺仪旁边的PCB上)。陀螺仪未因冲击而损坏,但它不再响应速率输入,需要关断 再上电以重新启动。这并非罕见现象,多种陀螺仪都存在类似的行为。检查拟用的陀螺仪是否能承受应用中的冲击是明智的。

VTI SCR1100-D04对250 g、0.5 ms冲击的响应

图6. VTI SCR1100-D04对250 g、0.5 ms冲击的响应

显然,此类误差将大得惊人。因此,必须仔细找出给定应用中可能存在哪些滥用情况,并且验证陀螺仪是否能经受得住。

误差预算计算

如上所述,多数陀螺仪应用中都存在运动或振动情况。利用上文所示的数据手册所列规格(如果没有规定振动校正特性,则使用保守的估计值),表2列出了表1所示陀螺仪在不同应用中的典型误差预算。从表3可以看出,增加g敏感度补偿方案后,虽然抗振性能提高了半个数量级(绝非易事),但振动敏感度仍然是一个远大于零偏稳定性的误差来源。

表2. 多种陀螺仪(未经补偿)在不同振动情况下的估计误差(°/s)

表3. 采用g敏感度补偿的多种陀螺仪(g敏感度改善5倍)在不同振动情况下的估计误差(°/s)

选型新范式

在误差预算中,零偏稳定性是最小的分量之一,因此选择陀螺仪时,更为合理的做法是考虑将最大误差源最小化。在大多数应用中,振动敏感度是最大的误差源。然而,有时用户可能仍然希望获得比所选陀螺仪更低的噪声或更好的零偏稳定性。幸运的是,我们有办法来解决这一问题,那就是求平均值。

不同于设计相关的环境或振动误差,多数陀螺仪的零偏稳定性误差具有噪声特性。也就是说,不同器件的零偏稳定性是不相关的。因此,我们可以通过求取多个器件的平均值来改善零偏稳定性性能。如果对n个器件求平均值,则期望的改善幅度为√n。宽带噪声也可以通过类似的求平均 值方法予以改善。

结束语

长久以来,零偏稳定性被视为陀螺仪规格的绝对标准,但在实际应用中,振动敏感度常常是限制性能的更严重因素。根据抗振能力选择陀螺仪是合理的,因为其它参数可以轻松地通过校准或对多个传感器求平均值来改善。

附录: 计算振动引起的误差

为了计算给定应用中振动引起的误差,需要了解加速度的预计幅度,以及此种加速度可能发生的频率。表2和表3所示的应用说明如下:

跑步通常产生2 g的峰值,约占4%的时间。

直升机的振动相当稳定。多数直升机规格为0.4 g宽频振动和100%占空比。
汹涌水面上的船只(尤其是小船)倾斜度可达±30°(产生±0.5 g振动)。占空比可以假设为20%。
对于平土机和前端装载机等施工设备,只要其刀片或铲斗撞击到石头,就会产生高g (50 g)而短暂的冲击。占空比典型值为1%。

计算振动引起的误差时,必须考虑g敏感度和g2敏感度。以直升机应用为例,计算如下:

如果通过加速度计补偿g敏感度,则仅g敏感度降低,降幅为补偿系数。

作者:Harvey Weinberg

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在食品行业,产品装瓶和装罐的流量精确控制会直接影响利润,因此必须最大程度降低流量测量误差;在封闭运输应用,比如石油工业中油罐和油罐车之间的原油和成品油交换——需要高精度测量;
……

作为目前使用最为广泛的流量技术之一、液体流量测量中精度最高之一,电磁流量计你了解多少你呢?

多种优势,占取液体测量领域

优势一——电磁流量计的传感器一般是连接到管道中,其直径与管道直径一致,因而测量时不 会干扰或限制介质的流动。由于传感器不是直接浸没在液体中,没有活动部件,因此不存在磨损问题。

优势二——测量的是体积流量,这意味着测量对流体密度、温度、 压力和粘度等参数的变化不敏感。一旦用水标定电磁流量计, 就可以使用它来测量其他类型的导电流体,无需进一步标定。 这是其他类型流量计所不具备的一个重要优势。

优势三——特别适合测量固液两相介质,例如泥浆等带悬浮泥 土、固体颗粒、纤维或粘稠物的高导电率介质。它可用于测量 污水、泥浆、矿浆、纸浆、化学纤维浆及其他介质。这使得它 特别适合食品、制药等行业,利用它可测量玉米糖浆、果汁、 酒类、药物、血浆及其他许多特殊介质。

工业电磁流量计系统原理和典型架构

电磁流量计的工作原理基于法拉第电磁感应定律。当垂直于磁场方向的导体以速度V做切割磁力线的运动时,导体的两端会产生一定的感应电动势E,通过检测该感应电动势的大小来计算液体流速变化。

电磁流量计的特性包括无压力损耗,不受粘度、流体密度、温度、压力和导电率的影响,适合对纸浆、泥浆和污水进行高精度测量。

电磁流量计系统包括电源、励磁、信号调理、模数转换器、处理器、显示器、键盘和逻辑I/O,以及4 mA至20 mA、HART、 RS-485/RS-422/RS-232、PROFIBUS、® Modbus、Foundation等多种通信接口。

系统设计一定要——考虑周全,直面挑战

为了合理设计电磁流量计系统,您必须考虑许多不同的系统要求,包括精度、带宽和励磁频率等。
电磁流量计传感器的输出范围可能小到只有数十μV,而且通常伴随很大的共模电压。输出阻抗往往高于数兆欧。所以,前端精密运算放大器或仪表放大器要求超高输入阻抗、极低漏电流和出色的共模抑制比(CMRR)。
电磁流量计产品的最大测量范围可高达1500 : 1,反映流速范
围:0.01 m/s~15 m/s。
测量精度最高可以达到读数的0.2%,这通常需要16至24位的 模数转换器。
与不同现场总线的连接,例如HART、PROFIBUS、Modbus、Foundation、RS-485/RS-422/RS-232、无线HART等。 X 系统电源、中央逻辑单元、通信和I/O之间需要隔离;隔离等级要求从1 kV到2.5 kV不等。
便携式电磁流量计需要超低功耗MCU、放大器、ADC元件。
高频方波激励可改善泥浆的流动并提高抗扰度,但同时需要 考虑零点稳定度。

工业现场温度环境非常复杂,甚至异常恶劣。如需获得较宽的工作温度范围,低温漂系数和低功耗对电磁流量计来说至关重要。ADI提供完美的产品系列,包括精密放大器、精密基准电压源、精密模数转换器和Cortex®-M3内核微处理器等。

除此之外,浪涌、EFT和ESD等EMC抗扰度也是电磁流量计面临的严峻挑战。ADI元件的高ESD抑制能力能够大大改善产品的可靠性和稳定性。

此外,由于电磁流量计内部空间有限,对系统密度也有较高要求,因而必须减小器件尺寸。近来,集成技术的进步使得系统设计人员能够采用尺寸更小、功耗更低、成本更低的解决方案,并且其性能与那些大型系统不相上下。持续的技术进步要求既能不断提高这些解决方案的集成度,同时还要提高其性能和诊断能力。

ADI提供面向市场定制的解决方案,有助于简化设计过程。这些解决方案采用业界领先技术,并提供众多设计选项:从采用分立式元件的实施方案到全集成式解决方案,应有尽有。

ADI整体解决方案,“完美”上线

借助ADI的放大器、数据转换、信号处理、通信和电源技术以及专业经验,可以实现高分辨率、低噪声的工业电磁流量计系统。

主信号链

功能框架

ADI最新的EM流量计解决方案功能框图

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