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Die richtige Wahl eines Positionssensors

Positioinssensoren sind Geräte, die die lineare oder Winkelposition eines Gegenstandes bestimmen und sie in ein Signal umwandeln, das mittels eines Feldbusses an die Bedieneinheit übertragen wird.

Nach der Messung der Temperatur ist die Messung der Position die zweite physikalische Größe, die in der Industrie am häufigsten gemessen wird. Positionssensoren werden in einer großen Vielfalt von Anwendungen in Industrie und Handel verwendet.

Positiionssensoren auf einen Blick

  • Die richtige Wahl eines Positionssensors

    Positionssensor de la marque MTS Sensor Technologie GmbH & Co. KG
    Positionssensor de la marque MTS Sensor Technologie GmbH & Co. KG

    Um einen Positions-oder Wegesensor richtig zu wählen, muss bestimmt werden, ob ein linearer oder ein rotativer Sensor gewählt werden soll, um welchen Messbereich es sich handelt und welches die Wiederholbarkeit sein soll.

    Weiterhin muss je nach Montagemöglichkeit definiert werden, welche Form das Gerât haben soll. Es muss festgestellt werden, wie das Ausgangssignal verwendet werden soll und ob die Anwendung einen spezifischen Sensor erfordert: mit Schutzfaktor für feuchte oder staubige Umgebungen, ATEX-genormt für explosive Umgebungen usw.

    Auswahlkriterien:

    • Linear oder drehend
    • Geometrie / Montage
    • Messbereich
    • Ausgangssignal
    • Schutzindex IP, ATEX-Norm
  • Positionssensoren: die verschiedenen Typen

    Der Markt bietet fünf Technologien für Positionssensoren, von denen jede ihre eigenen Vor- und Nachteile hat:

    Sensortyp Berührungslos Vorteile Nachteile Anmerkungen
    Potentiometrisch
    • Große Präzision
    • Preisgünstig
    • Hohe Abnutzung
    • Staubempfindlich
    • Empfindlich gegen extreme Temperaturen
    •  Linear- oder Winkelsensor
    LVDT oder RVDT
    • Große Präzision
    • Robust
    • Wenig empfindlich gegen rauhe Umgebungen
    • Relativ kostspielig
    • Platzraubend und schwer
    • RVDT: Drehung begrenzt auf+/- 40°
    Optik
    • Große Präzision
    • Hohe Auflösung
    • Anfällig
    • Staubempfindlich
    • Empfindlich gegen extreme Temperaturen
    • Kostspieliger als ein Magnetsensor
    Magnetisch
    Hall Effekt
    X
    • Robust
    • Wenig flüssigkeitsempfindlich
    • Stossempfindlich
    • Störungen durch magnetische Materialien und Leitungsdrähte
    • Mit Hysterese
    Magnetostriktiv X
    • Robust
    • Präzise über große Längen
    • Empfindlich gegen Temperaturänderungen
    • Mangelnde Präzision bei geringen Längen
    • Relativ kostspielig
  • Warum ein potentiometrischer Positionssensor?

    Potentiometrischer Drehsensor der Marke Siko
    Potentiometrischer Drehsensor der Marke Siko

    Ein potentiometrischer Positionssensor, auch Widerstandsfühler genannt, misst den Widerstand einer Stromschiene zwischen einem Bezugspunkt und einem Cursor, der mit einem bewegten Teil verbunden ist (oder mit dessen Träger). Der vom Sensor gemessene Widerstand gestattet die Berechnung der Position des Gegenstandes.

    Dieser Sensortyp ist im Allgemeinen wenig kostspielg, weil die Technologie einfach und der Sensor präzise ist. Sie nutzen sich jedoch oftmals leicht ab und sind empfindlich gegen Fremdkörper oder extreme Temperaturen.

    Wichtige Punkte:

    • Einfache Technologie
    • Genaue Messung
    • Kostengünstig
  • Warum ein LVDT oder RVDT Sensor?

    LVDT-Wegesensor der Marke TRANS-TEK
    LVDT-Wegesensor der Marke TRANS-TEK

    LVDT- (Linear Variable Differential Transformer) und RVDT (Rotary Variable Differential Transformer) Positionssensoren bestehen aus zwei Stromwandlern, die sich denselben Magnetkern teilen, der mit dem Gegenstand verbunden ist, dessen Position bestimmt werden soll (oder mit seinem Träger). Verschiebt sich der Magnetkern, so ist die elektrische Spannung zwischen den beiden Wandlern unterschiedlich, wodurch man die Position des Gegenstandes berechnen kann.

    Diese Sensoren sind präzise. Sie sind zuverlässig, robust und resistent gegen extreme Umgebungsbedingungen, insbesondere weil man das Bearbeitungssystem vom Sensor entfernen kann. Sie sind jedoch kostspielig, platzraubend und schwer.

    Stärken:

    • hohe Präzision
    • Zuverlässig
    • robust
    • Resistent gegen extreme Umgebungen
  • Warum ein optischer Positionssensor (Codierer)?

    Wegesensor der Marke Mikro-Epsilon
    Wegesensor der Marke Mikro-Epsilon

    Optische Positionssensoren gestatten die Bestimmung von Position und Winkel- oder Längenverschiebung eines Gegenstandes.

    • Inkrementalgeber messen eine Winkelverschiebung im Verhältnis zu einer Bezugsposition. Nach einer Stromunterbrechung muss das EDV-System darauf warten, dass der Codierer die Information der Bezugsposition sendet, um die Informationen zur Winkelverschiebung korrekt verarbeiten zu können.
    • Absolutwertgeber: sie funktionieren sofort bei Einschalten der Spannung. Absolute Multiturn-Drehwertgeber gestatten es auch, die Anzahl der ausgeführten Umdrehungen zu buchen.

    Optische Drehpositionssensoren verfügen über DELs, die die Verschiebung einer undurchsichtigen, gestreiften Scheibe auf durchscheinenden Fenstern feststellen können. Lineare Positionssensoren können Rotationssensoren mit Kabel sein (in diesem Fall ist das auf einer Rolle befindliche Kabel mit dem Gegenstand verbunden, dessen Position bestimmt werden soll) oder aus einem abgestuften Lineal und einem Lesekopf bestehen, der die Position abliest.

    Diese Sensoren garantieren im Allgemeinen eine hohe Auflösung. Die Auflösung entspricht der Anzahl für eine Achsumdrehung gesendeter Signale. Sie sind extrem präzise. Die Präzision entspricht der Toleranz für jedes gesendete Signal. Sie haben eine kurze Antwortzeit.

    Man kann einen optischen Positionssensor immer dann wählen, wenn man sicher gehen will, dass die Messungen nicht durch ein Magnetfeld gestört werden. Des Weiteren haben optische Sensoren keine Hysteresis. Sie sind jedoch empfindlich gegen Stöße, Schwingungen, Fremdkörper (Staub, Öl usw.), und extreme Temperaturen.

    Optische Sensoren werden insbesondere verwendet, wenn eine große Präzision verlangt wird, beispielsweise für die Herstellung von elektronischen Bauteilen oder für medizinische Analysen.

    Stärken:

    • hohe Auflösung
    • große Präzision und Nutzbarkeit
  • Warum ein magnetischer Positionssensor?

    Magnetischer Positionssensor der Marke Curtiss Wright
    Magnetischer Positionssensor der Marke Curtiss Wright

    Mit Magnetischen Positionssensoren, auch Hall-Effekt Sensoren genannt, kann eine Position durch das Messen des Feldes eines Magneten oder eines Magnetbandes bestimmt werden. Dieser Sensortyp kann beispielsweise zum Messen der Position eines Kolbens in einem Zylinder eingesetzt werden.

    Sie sind robust und wenig empfindlich gegen Flüssigkeiten oder Staub. Allerdings sind sie stoßempfindlich und können von magnetischen Interferenzen beeinflusst werden, insbesondere von denen, die durch die Nähe elektrischer Leitungen ausgelöst werden. Die Präzision dieser Sensoren kann je nach Verschiebungsrichtung durch die Hysteresis gestört werden.

    Stärken:

    • robust
    • Wenig empfindlich gegen die meisten Flüssigkeiten
  • Warum ein magnetostriktiver Positionssensor?

    Magnetostriktiver Sensor der Marke Eltra
    Magnetostriktiver Sensor der Marke Eltra

    Ein magnetostriktiver Sensor verfügt über einen Wellenleiter, in den ein elektrischer Impuls gesendet wird, der ein Magnetfeld generiert. Trifft dieses Magnetfeld auf das eines externen Magneten, verbreitet sich eine mechanisch-elastische Welle durch Reflexion bis zu einem im Sensor integrierten Lesekopf. Dieser  Vorgang gestattet es, die Position des externen Magnetfeldes zu bestimmen, indem man sich als Ausgangspunkt die Antwortzeit der elektromagnetischen Welle verwendet.

    Diese Sensoren sind robust und ihre Präzision wächst proportional zur Lânge des Wellenleiters. Damit sind sie um einige Meter präziser für die Messung von Positionen. Magnetostriktive Sensoren sind wenig anfällig für Temperaturen bis 100°C, Schwingungen und Stöße. Ihre Genauigkeit kann jedoch durch die Veränderung der Temperatur beeinflusst werden, und sie sind relativ kostspielig.

    Stärken:

    • robust
    • Die Präzision erhöht sich mit der Länge des Sensors
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