Weg, Winkel, Positionsmessung Michael Stocker Bernhard ...

Weg, Winkel, Positionsmessung IE
2.4 Widerstandsmessung
Die Widerstandsmessung ist die einfachste Form der
Winkelmessung. Dabei wandelt ein Potentiometer den einen
Winkel einfach in ein analoges Messsignal um. Dabei entspricht
jeder Winkel einem bestimmten Widerstandswert. Da
Potentiometer einen Schleifkontakt besitzen weist diese Form
von Winkelmessung einen sehr hohen Verschleiß auf und ist in
kritischen Umgebungen nicht zu empfehlen.
2.5 Schleifkontakte
Inkrementalgeber mit Schleifkontakten arbeiten prinzipiell wie ein Drehschalter. Sie
liefern wie auch andere Inkrementalgeber zwei um 90 Grad gegeneinander Phasen-
Verschobene Signale, anhand deren sich Drehrichtung und -winkel bestimmen
lassen. Übliche Auflösungen sind etwa 32 Positionen pro Umdrehung. Die
Auswertung über Schleifkontakte ist sehr kostengünstig, besitzt jedoch den Nachteil
eines sehr hohen Verschleißes. Mechanische Inkrementalgeber werden daher nur
bei gelegentlicher Betätigung eingesetzt, etwa für digitale Drehknöpfe. Zusätzlich
müssen die Kontakte noch elektronisch oder softwareseitig entprellt werden.
2.6 Magnetische Abtastung
Bei der Magnetmessung erfolgt die
Auswertung durch das Detektieren von
Magnetfeldern. Wie in Abbildung 2.6.1 zu
sehen ist, besteht die Maßverkörperung
bei einem inkrementellen Messsystem mit
magnetischer Abtastung aus einem
hartmagnetischen Träger, auf dem eine
permanentmagnetische Teilung Abb. 2.5.1: Magnetisches Abtastprinzip
(abwechselnd Nord- und Südpol)
aufgebracht wird. Die Abtastplatte trägt mehrere Hallelemente, die ähnlich einer
optischen Mehrfeldabtastung verschaltet sind. Hall Sensoren nutzen den Halleffekt
zur Messung von Magnetfeldern. Wird ein Hallsensor von einem Strom durchflossen
und in ein senkrecht dazu verlaufendes Magnetfeld gebracht entsteht eine
Ausgangsspannung die proportional zur magnetischen Feldstärke ist. Da der Strom
bekannt ist, kann direkt auf die Stärke des Magnetfeldes geschlossen werden. Im
Gegensatz zu herkömmlichen Spulen, liefert der Hallsensor auch dann eine
Ausgangsspannung wenn sich das Magnetfeld nicht bewegt. Ein Hallsensor kann
daher auch als Absolutwertgeber verwendet werden da eben auch in ruhender
Position festgestellt werden kann in welchen Winkel der Sensor gerade steht.
2.7 Kreiselinstrument
Abb. 2.4.1:
Potentiometer
Eine etwas andere Form der Winkelmessung wird durch ein so genanntes
Kreiselinstrument ermöglicht. Ein Kreiselinstrument ist ein sich rotierender Kreisel der
sich in einem beweglichen Lager befindet. Aufgrund der Drehimpulserhaltung behält
der Kreisel jene Position im Raum bei, in der der Kreisel zum drehen gebracht
wurde. Den Drehimpuls kann man sich als Pfeil vorstellen, dessen Richtung die
Michael Stocker
Bernhard Wintersperger 10