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Fachzeitschrift für Industrielle Automation, Mess-, Steuer- und Regeltechnik

Messen/Steuern/Regeln

Messen/Steuern/Regeln Der Sensor kennt den Weg ein Edelstahl- oder NiFe-Gehäuse mit anschließendem Komplettverguss der Hohlräume wird ein analoger Sensor geschaffen, der in einem Temperaturbereich zwischen -40 °C und +150 °C eingesetzt werden kann. Mit dem gleichen technischen Know How entstehen auch induktive Winkelaufnehmer. Ein NiFe- Rotor wird durch zwei Spulenhälften gedreht. Die dabei entstehenden Induktivitätsänderungen werden in einer integrierten oder externen Elektronik in winkelproportionale analoge Signale gewandelt. Die Welle des Winkelaufnehmers ist frei durchdrehbar. Der maximale Messwinkel beträgt 120° (Bild 1). Induktive Sensoren in Kraftwerken Bild 1 In jüngster Zeit ist der Bedarf an Sensoren zum Erfassen von Wegen und Winkeln stark angestiegen.- Ein Anstieg über alle Sektoren: von der Automatisierung über mobile Maschinen, Wind- und Solarkraftwerke, die Qualitätsprüfung bis hin zur Prozessüberwachung und zu Forschung und Entwicklung. Die optimale Lösung für jeden Bedarfsfall benötigt einen angepassten Sensor, der nach den Kriterien Messbereich, Auflösung, Genauigkeit Bauform, Umgebung und natürlich Kosten auszuwählen ist. Der in allen Spielarten der industriellen Produktion zu beobachtende starke Anstieg des Bedarfs an analogen Sensoren zur Weg und Winkel messung legt einen konzentrierteren Blick auf die Konzeption, die Funktionsweise und die Anwendungsmöglichkeiten dieser Art technischer Komponenten für Messaufgaben nahe. Zunächst soll Grundsätzliches zum Aufbau der verschiedenen Sensoren betrachtet werden. drossel. Innerhalb eines Spulenkörpers wird ein NiFe-Kern axial bewegt. Die jeweilige Position des Kerns bewirkt eine entsprechende Induktivitätsverteilung in den beiden Spulen hälften. Eine externe oder integrierte Elektronik wandelt die Position in ein wegproportionales, analoges Signal um. Diese einfache Art der absoluten Wegerfassung bis 360 mm ermöglicht einen robusten, zuverlässigen Aufbau des Sensorelementes. Durch Einbau des Spulensystems in Ein bekanntes, wichtiges und auch zunehmend relevantes Bewährungsfeld für induktive Wegaufnehmer sind Kraftwerke. Zum Beispiel verwendet man sie zur Erfassung von Stellungen in Hochdruck-Dampf- Bypassventilen und Wassereinspritzventilen an Dampfturbinen in Kraftwerken. Hier gibt es die Forderung, die Ventilstellung zwischen 0 % und 100 % (entspricht 4 – 20 mA Ausgangssignal) exakt zu erfassen. Um die mechanischen Toleranzen der Ventile auszugleichen, müssen Anfangs- und Endwert der Wegaufnehmer einstellbar sein. Eine weitere Forderung: eine einfache und zuverlässige Montage und Justierung der Wegaufnehmer. Autor: Dipl.-Ing. Bernd Jödden, Geschäftsführender Gesellschafter a.b.jödden gmbh www.abjoedden.de Induktiver kontaktloser Wegaufnehmer Der typische induktive, demnach kontaktlose Wegaufnehmer basiert auf dem Prinzip der Differential- Bild 2 48 Einkaufsführer Produktionsautomatisierung 2022

Messen/Steuern/Regeln Programmierbare induktive Wegaufnehmer Eben diese Forderungen erfüllen programmierbare induktive Wegaufnehmer mit integrierter Elektronik. Bei ihnen wird der analoge Messwert mit einem 16-Bit A/D-Wandler digitalisiert und in einem Mikrocontroller verarbeitet. Die Korrektur der Messwerte erfolgt mit den in einem EEPROM abgelegten Genauigkeitsabweichungen. Die digitale Information wird mit einem 16-Bit D/A-Wandler in normierte Ausgangssignale 0(4) – 20 mA oder 0 – 5(10) V umgeformt. Der für die Anwendung benötigte Messweg lässt sich vom Anwender programmieren. Der Wegaufnehmer wird auf den gewünschten Anfangspunkt gestellt und ein Kontakt am Stecker- oder Kabelausgang für mindestens zwei Sekunden mit der Betriebsspannung verbunden. Dadurch stellt sich das Ausgangssignal auf den Anfangswert ein. In der gleichen Weise definiert man den Endwert. Die erfolgreiche Programmierung wird durch kurzzeitigen Wechsel des Ausgangssignals auf Mittelstellung signalisiert - eine Technik, mithilfe derer unterschiedliche Messwege mit nur einem Wegaufnehmer darstellbar sind. Hohe Genauigkeit Ein Wegaufnehmer mit nominal 150 mm Messweg entsprechend 0 – 10 VDC Ausgangssignal kann Messwege von minimal 0 – 26 mm bis maximal 0 – 160 mm in ein 0 – 10 VDC Signal umsetzen. Der zulässige Betriebsspannungsbereich zwischen 9 und 32 VDC, die Bild 4 große Genauigkeit von 0,1 % und die verschiedenen Ausgangssignale ermöglichen den Einsatz in vielen Bereichen. Zusätzliche mechanische Anbauten, wie Kugelgelenke an Stößel und Gehäuse, Schutzrohre oder Tasterversionen mit Rückholfedern sind lieferbar. Der elektrische Anschluss erfolgt wahlweise über Stecker oder wasserdicht angegossenes Kabel. In letztere Ausführung wird die Schutzart IP68 (Untertauchen) erreicht (Bild 2). Induktive Miniaturwegsensoren bis 20 mm Messweg mit integrierter Elektronik Die induktiven Wegsensoren der Baureihe SM34 mit einem Bild 3 Durchmesser von 10 mm und erfassen Messwege bis 20 mm und sind mit einer Elektronik ausgestattet. Konkret wertet ein integrierter Microcontroller die durch die axiale Verschiebung eines NiFe-Metallkernes hervorgerufene Induktivitätsänderung aus. Die Betriebsspannungen von 5 oder 24 VDC und der geringe Betriebsstrom von nur typ. 3 mA ermöglichen den Einsatz auch in mobilen Systemen. Das wegproportionale, analoge Ausgangssignal von 4 – 20 mA oder 0 – 10 VDC kann von vielen Auswerteeinheiten direkt verarbeitet werden. Des Weiteren sind digitale Schnittstellen z. B. RS232 oder PWM- Signale möglich. Auch diese Miniatursensoren in Schutzart IP68 können bei extremen Umweltbedingungen wie Ölnebel, Schlamm, Regen und Staub eingesetzt werden und widerstehen Schockbelastungen bis 250g SRS sowie Vibrationsbelastungen bis 20 g rms (Bild 3). Neigungs-, Beschleunigungs- und Vibrationssensoren in fast unbegrenzter Vielfalt Die Messelemente werden in kleine, robuste Metallgehäuse montiert und vergossen. Bei einem Ausgangssignal von 0,5 bis 4,5 VDC eine Betriebsspannung von 5 VDC oder 7 – 35 VDC können die Sensoren bei Temperaturen zwischen -40 °C und +100 °C eingesetzt werden. Typische Anwendungsgebiete für diese Sensoren sind sogenannte Tilt-Anwendungen (Neigungsgrenzwertgeber, Nivellierung von Maschinen, Apparaturen und Messgeräten sowie automatische Nivellierung von Auslegern, Baggerschaufeln, Plattformen), Neigungs- und Winkel messung (Neigungsmesswertgeber für Messgeräte, Fahrzeuge, Eisenbahnwaggons, Operationstische, Bau- und Produktionsmaschinen), Beschleunigungsmessungen (Aufprallüberwachung an Eisenbahnwaggons, Schock- und Crash-Monitoring, Bewegungserfassung für die Fitnessanalyse, Freifallerkennung), Automotive Anwendungen (ESP-Systeme, ABS-Systeme) sowie Vibrationsmessungen (Lagerschadenfrüherkennung, Diebstahlsicherung) (Bild 4). Eine schier unüberschaubare Vielfalt also, die zum einen als Grund für die starke Nachfrage fixiert werden kann. Ein weiterer Grund ist zweifellos die gestiegene Qualität und Performance der Sensoren, ebenso wie die ausgeprägte Service-Orientierung ihrer Hersteller auf dem Zuliefersektor. Die Fähigkeit zu umfassender Dienstleistung, gepaart mit großer Lösungskompetenz wird von den Zulieferern zukünftig weiter vervollkommnet. ◄ Einkaufsführer Produktionsautomatisierung 2022 49

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