Induktiv oder potentiometrisch von1 mm bis 1000 mm

Sensorik

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Die Aufgabe besteht immer darin, eine mechanische oder geometrische Größe in ein proportionales elektrisches Signal umzusetzen. Beispiele sind das automatische Ablängen von Werkstücken und die Toleranzprüfung bei der Fertigung von Massenteilen. Neben mehr oder weniger schnell verlaufenden Vorgängen sind oft auch quasi-statische Größen zu messen, wie es z.B. bei der Einstellung von Walzspalten, der Überwachung von Maschinenbetten oder der Positionierung von Werkzeugträgern und Fundamentstützen der Fall ist.

Da sich alle Aufgabenstellungen durch viele unterschiedliche Forderungen unterscheiden, muss der Anwender bei der Wahl eines Sensorsystems viele Bedingungen, wie die mechanischen Einbauverhältnisse, erforderliche Genauigkeit, Umweltverhalten, Verstellhäufigkeit und nicht zuletzt das Preis/Leistungsverhältnis in seine Überlegungen einbeziehen. Wegaufnehmer verschiedener Art stehen für solche Zwecke zur Verfügung. Im Folgenden werden zwei Sensorsysteme beschrieben, die sich schon seit langem bewährt haben, aber auch inzwischen in vielfältiger Weise weiter entwickelt wurden.

Einfach und kostengünstig mit Potentiometern
Potentiometrische Wegaufnehmer sind einfach im Aufbau. Sie sind mit einer Leitplastik-Widerstandsbahn bestückt, die von Edelmetallschleifern abgetastet wird. Die feinkörnige Widerstandsbahn ermöglicht ein praktisch unendliches Auflösungsvermögen, sodass auch Bewegungen des Schleifers im Bereich von 1/100 mm und weniger elektrisch erfasst werden. Abhängig von den Betriebsbedingungen beträgt die Lebensdauererwartung bis zu 100 Millionen Schleiferspiele. Die Signalübertragung erfolgt in einer Spannungsteilerschaltung. Hochohmige Abschlusswiderstände im Schleiferkreis eliminieren den Einfluss von Übergangswiderständen zwischen Schleifer und Widerstandsbahn ebenso wie innerhalb der Übertragungsstrecke. Elektrische oder magnetische Störfelder sind ohne Einfluss. Externe Modul-Bausteine stehen zur Speisung mit Konstantstrom oder -spannung zur Verfügung. Sie dienen gleichzeitig zur Nullpunkt- und Bereichseinstellung und zur Umwandlung des Messsignals in einen eingeprägten Strom von 0(4) bis 20 mA. Zur Digitalisierung und Visualisierung können Multifunktionsanzeiger eingesetzt werden. Die Eingabe von Grenzwerten, die Linearisierung von Kennlinien und die Ausgabe am PC werden möglich.
Potentiometrische Wegaufnehmer haben einen breiten Arbeitstemperaturbereich von – 20 C° bis + 85 °C, zum Teil auch – 40 C° bis + 105 °C, und können für Schutzarten bis IP64 ausgelegt werden. Sie eignen sich besonders für langsam verlaufende Dauermessungen. Temperaturschwankungen über die Zeit gehen wegen des Schaltungsaufbaus als Halbbrücke in das Messergebnis nicht ein.
Kontaktlos und langlebig mit induktiver Sensorik
Induktive Wegaufnehmer zeichnen sich durch ein kontaktloses Sensorsystem aus. Es besteht im Wesentlichen aus zwei Spulen in Halbbrückenschaltung und einem Stößel mit einem Kern aus einer hochpermeablen RNi5-Legierung (häufig auch als Mu-Metall bezeichnet). Die Bewegung des Stößels bewirkt eine gegensinnige Induktionsänderung in den beiden Spulen. Eine Elektronik bestehend aus Oszillator, Demodulator, Verstärker und gegebenenfalls weiteren Bauelementen dient zur Speisung des Systems und zur Aufbereitung des Messsignals. Für induktive Wegaufnehmer mit geringem Durchmesser von 10 und 12 mm werden externe Elektronik-Module verschiedener Bauformen eingesetzt. Die Übertragungslänge kann bis zu 100 m betragen, wobei geschirmte Leitungen erforderlich sind. Starke elektrische oder magnetische Störfelder in unmittelbarer Umgebung müssen besonders beachtet werden. Gegebenenfalls ist die Kabelverlegung in getrennten Kanälen erforderlich. Bei Wegaufnehmer mit größerem Gehäusedurchmesser ist die Integration der Versorgungs- und Signalelektronik für die induktive Sensorik möglich. Deshalb stehen inzwischen nicht nur analoge Signalausgänge, z.B. 0 bis 10 Volt oder 4 bis 20 mA zur Verfügung. Auch ist die interne Digitalisierung möglich. Am Ausgang werden SSI- oder CANopen-Schnittstellen implementiert. Ein Programmiereingang ergibt die Möglichkeit, im Teach-In Verfahren Anfangs- und Endpunkte nach den mechanischen Bedingungen vor Ort festzulegen und die Messrichtung für ein fallendes oder steigendes Signal zu bestimmen.
Digitalisierung, Visualisierung und Auswertung sind möglich
Induktive Wegaufnehmer und Taster ohne integrierte Elektronik können direkt an einen Multifunktionsanzeiger angeschlossen werden. Dieser enthält die Oszillator / Demodulator-Schaltung für die Speisung des Aufnehmers und für die weitere Aufbereitung des Messwertes. Dieser steht am Ausgang des Anzeigers sowohl in analoger als auch in digitaler Form zur Verfügung. Vier Aktoren, z.B. Relais, Schütze oder Magnete können angesteuert werden. Ein Eingang zur Ferneinstellung ermöglicht die Programmierung mehrerer Funktionen, z.B. Tarawert, Reset, Dezimalpunkt-Verschiebung, Nullsetzen und Min.-Max.-Anzeige. Wegaufnehmer mit integrierter Elektronik liefern ihren analogen Messwert unmittelbar zur Digitalisierung und Visualisierung an den Multifunktionsanzeiger. Je nach Modell stellt dieser weitere Ausgangssignale für Aktoren und Steuerungen bereit. Einfache Steuerungen- und Überwachungssysteme können auf diese Weise aufgebaut werden.
Zur derselben Modellreihe gehören Anzeiger zum Anschluss an potentiometrische Aufnehmer. Sie liefern die stabilisierte Versorgungsspannung für die Potentiometer und eignen sich z.B. als Zweipunktregler zur Überwachung von Grenzwerten, die unabhängig voneinander programmiert werden können.
Die Vergleichstabelle soll eine erste prinzipielle Auswahl ermöglichen. Für weitere Entscheidungen ist der Rückgriff auf die technischen Beschreibungen jeder Ausführung erforderlich. In vielen Fällen können besondere Forderungen nach gemeinsamer Definition zwischen Anwender und Hersteller erfüllt werden.
TWK-Consult, Düsseldorf
QE 511
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