EF 2017

Sensoren
Induktive Wegaufnehmer
Der Einsatz von Sensoren zur
Erfassung von Wegen und Positionen
steigt in den letzten Jahren in
der Industrie kontinuierlich an. Dieser
Anstieg betrifft alle Bereiche industrieller
Anwendungen wie Automatisierung,
Qualitätsprüfung, Prozessüberwachung,
Forschung und Entwicklung.
Die optimale Lösung für
jeden Bedarfsfall benötigt einen
angepassten Sensor, der nach den
Kriterien Messbereich, Auflösung,
Genauigkeit, Bauform, Umgebungsbedingungen
und natürlich den
Kosten ausgewählt werden kann.
Ist die Analogtechnik
Vergangenheit?
Autor:
Bernd Jödden,
Geschäftsführender
Gesellschafter der
a.b.jödden gmbh
Bild 1: Die vergossene Bauweise (IP68) erlaubt den Einsatz der Sensoren
auch bei extremen äußeren Bedingungen wie Ölnebel, Schlamm, Regen,
Staub, sowie bei hohen Schock- und Vibrationsbelastungen
Im Zeitalter der fortschreitenden
Digitalisierung scheint die Analogtechnik
zukünftig überflüssig zu
werden. Die Praxis zeigt aber, dass
sich die analoge Technologie erfolgreich
gegen die digitale Konkurrenz
behaupten kann.
Viele Applikationen erfordern vielfältige,
angepasste Lösungen mit
sicheren und wirtschaftlichen Sensoren.
Diese Anforderungen sind mit
der Analogtechnik bestens zu realisieren.
Industrielle Anwendungen
in den Bereichen Automatisierung,
Prozessüberwachung, Qualitätsprüfung,
Forschung und Entwicklung
sind kostengünstig zu erstellen
und erhöhen die Verfügbarkeit
der Maschinen und Anlagen.
Die normierten analogen Signale
0(4) - 20 mA, 0 - 10 V DC oder ±10 V DC
bilden die Grundlage der analogen
Technik. Der große Erfolg der Analogtechnik
basiert u.a. auf der Möglichkeit
der galvanischen Trennung
der Signale. Die Übertragung der
analogen Signale in industrieller
Umgebung kann störanfällig sein.
Um Prozessabläufe nicht zu beeinträchtigen,
dürfen diese nicht durch
externe Störungen verfälscht werden.
Trennverstärker sorgen hier für
Verbesserung der Übertragungsqualität.
Potenzialdifferenzen sind die
Haupt ursache für Verfälschungen
analoger Signale. Je länger die Übertragungsstrecke
wird, desto größer
wird der Erdwiderstand und es können
Spannungsdifferenzen bis zu
200 V entstehen. Erdschleifen können
bei Signalen mit Massebezug
Fehler verursachen, da Teile des
Messsignals nicht über die Analogstrecke
sondern auch über Erde
übertragen werden. Durch die Trennung
der Signale mit Trennverstärkern
wird die Entstehung der Erdschleifen
verhindert.
Bewährt oder modern?
Die 4-20-mA-Schnittstelle ist in
der Prozesstechnik betriebsbewährt
und zukunftssicher. Die Diagnose
der robusten Schnittstelle
ist mit einfachsten Mitteln möglich.
Ein simples Amperemeter genügt,
um die Funktion der Stromschnittstelle
zu überprüfen.
Betrachtet man dagegen die Diagnose
der physikalischen Schicht
eines Feldbussystems, bekommt
man eine große Menge elektrischer
Messwerte und Übertragungsdaten,
die aufwändig analysiert werden
wollen. Mit digitalen Technologien
wird die gesamte Systemkomplexibilität
deutlich zunehmen. Diese
Betrachtung wirft die Frage auf, ob
Feldgeräte, die in autonomen dezentralen
Regelkreisen eingebunden
werden und komplexe Wartungs-
und Diagnose daten austauschen,
ohne digitale Kommunikation
denkbar sind. Die Bauelementekosten
bei analoger Messwertverarbeitung
und die Kalibrierung
der Systeme sind heute schon
höher als die Kosten leistungsstarker
Mikrocontroller, die nicht nur digital
übertragen, sondern Plattform für
die Implementierung interessanter,
neuer Ideen bieten.
Die Kombination macht‘s
In der Wegmesstechnik werden
seit vielen Jahren induktive Wegaufnehmer
eingesetzt. Die zukünftigen
Sensoren werden die Vorteile
der digitalen Signalverarbeitung
mit der robusten, analogen Signalübertragung
verbinden. Das führt
dazu, dass bei induktiven Wegaufnehmern
der Weg analog erfasst
wird, das proportionale Signal analog-digital
gewandelt, digital verarbeitet
und anschließend wieder als
analoges Normsignal ausgegeben
wird. Die Technik dieser Sensoren
basiert auf dem Prinzip der Differentialdrossel.
Innerhalb eines Spulenkörpers
wird ein NiFe-Kern axial
bewegt. Die jeweilige Position des
Kerns bewirkt eine entsprechende
Induktivitätsverteilung in den beiden
Spulenhälften, die durch eine integrierte
Elektronik in ein wegproportionales,
analoges Signal umgewandelt
wird. Diese einfache Art der absoluten
Wegerfassung ermöglicht einen
robusten, zuverlässigen Aufbau des
Sensorelementes. Die Spulen werden
auf Spulenkörpern gewickelt, die
den jeweiligen Modellen und Messwegen
angepasst sind. Über diese
Spulenkörper werden Edelstahl- oder
NiFe-Gehäuse montiert. In die verbleibenden
Hohlräume wird eine aushärtende
Kunststoffvergussmasse
eingefüllt. Dieses Verfahren ergibt
analoge Sensoren, die im Temperaturbereich
zwischen - 40 °C und
+ 150 °C eingesetzt werden können.
Neue, induktive Miniaturwegaufnehmer
mit
integrierter Elektronik
Dieses neue, optimierte und
zugleich umweltfreundliche Produkt
wertet die Induktivitätsände-
Bild 2 : Der elektrische Anschluss erfolgt wahlweise über Stecker oder
wasserdicht angegossene Kabel
160 Einkaufsführer Messtechnik & Sensorik 2017