Weg
Eine Wegmessung ist die Messung der Distanz zwischen einer Referenzposition und einem Messobjekt. Die Messung des Weges kann in zwei große Kategorien unterteilt werden: kontaktlose Messungen mithilfe von Licht, Schallwellen oder magnetischen Feldern und Messungen mit direktem Kontakt mit dem Messobjekt.
Messmethoden
Induktiv
Induktive Wegaufnehmer (LVDT - Linear Variable Differential Transformer) sind analoge Sensoren zur Wegmessung. Im Inneren arbeitet ein Spulensystem, bestehend aus einer Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen, die lineare Bewegung in ein elektrisches Signal umwandeln.
Ein Trägerfrequenzmessverstärker speist in die Primärspule eine Wechselspannung ein. Ein ferromagnetischer Kern im Inneren der rohrförmigen Spulen ist üblicherweise mit dem zu messenden Objekt verbunden und induziert Spannung in die Sekundärspulen.
In der Mittelposition ist der Betrag von Sekundärspule 1 und Sekundärspule 2 gleich groß und hebt sich somit auf. Bei einer Bewegung des Kerns aus der Mitte heraus steigt die Spannung in der Sekundärspule, in dessen Richtung der Kern verschoben wird. In der anderen Spule sinkt die Spannung. Das Verhältnis der beiden Spannungen wird von der Elektronik in ein normiertes Ausgangssignal (0...10 V, 4...20 mA usw.) transformiert.
Magnetostriktiv
Magnetostriktion ist eine Eigenschaft eisenbasierter und magnetisierbarer Werkstoffe, durch die Werkstoffe unter dem Einfluss eines Magnetfeldes ihre Form oder Größe ändern. Daher eignet sich dieser magnetostriktive Effekt sehr gut für industrielle Sensoren zur Messung der linearen Position.
Magnetostriktive Positionssensoren verwenden ein Abtastelement aus einer Eisenlegierung, das als Wellenleiter bezeichnet wird. Ein Positionsmagnet ist am beweglichen Teil der Maschine, z. B. am Kolben eines hydraulischen Zylinders angebracht. Bei der Messung wird ein kurzer elektrischer Impuls an einen Leiter gesendet, der am Wellenleiter angebracht ist und ein Magnetfeld aufbaut. Das Magnetfeld des Positionsmagneten wirkt mit dem erzeugten Magnetfeld zusammen und löst dabei einen mechanischen Impuls auf dem Wellenleiter aus. Dieser mechanische Impuls bewegt sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit und wird am Signalumwandler erfasst. Die Zeit zwischen dem ursprünglichen elektrischen Impuls und dem empfangenen mechanischen Impuls stellt die exakte Position des Positionsmagneten und damit der Maschine (des hydraulischen Zylinders) dar.
Linearpotentiometer
Das Messprinzip des Linearpotentiometer basiert auf der Funktionsweise eines Spannungsteilers. Im Inneren des Linearpotentiometer läuft ein Gleitkontakt (Schleifer) über eine Widerstandsbahn. Dieser Gleitkontakt ist mit einer Kolbenstange verbunden, die am Messobjekt befestigt wird. Je nach Position des Schleifers verändert sich der Widerstand in der Schaltung und proportional dazu die abfallende Spannung. Linearpotentiometer besitzen eine einfache Konstruktion und sind sehr präzise. Unterschiedlichste Ausführungen und Befestigungsmöglichkeiten ermöglichen den Einsatz in zahllosen Anwendungen.
Magnetisch kodierte Wegmesssysteme
Bei einem magnetisch kodierten Wegmesssystem wird ein Sensorkopf, der aus dem Sensorelement und der Auswerteelektronik besteht, über ein magnetisch kodiertes Maßband bewegt. Diese Messsysteme sind sowohl mit inkrementeller als auch mit einer absoluten Schnittstelle verfügbar und decken Messlängen bis ca. 50 Meter ab. Eine verbreitete Anwendung dieser Messsysteme ist zum Beispiel ein Istwertgeber in Linearantrieben.
Optoelektronische Wegmesssysteme
Zu den optoelektronischen Wegmesssystemen zählen Lasersensoren wie z. B. die Laser-Distanzsensoren. Lasersensoren finden überall dort Anwendung, wo eine besonders präzise Positionserfassung erforderlich ist oder besonders kleine Objekte erfasst werden sollen. Ein wichtiges Merkmal von Lasersensoren sind nahezu parallele Lichtwellen und eine dadurch realisierbare große Reichweite. Alle Sensoren haben dasselbe Funktionsprinzip. Als Sender fungiert eine Laserdiode, die entweder einen Lichtimpuls oder -strahl mit sichtbarem Licht oder Infrarot aussendet. Der Strahl aus dem Laser wird vom zu vermessenden Gegenstand oder einem Reflektor reflektiert und über eine Optik an den Empfänger geleitet. Sender und Empfänger können je nach Ausführung des Sensors in einem Gerät verbaut werden oder in zwei separaten Geräten.
Zur Ermittlung der Abstände gibt es verschiedene Messverfahren:
Triangulation
Die Elektronik des Laser-Sensors berechnet mittels Triangulation (Winkelmessung) den exakten Abstand zum Messobjekt. Die kompakte und robuste Bauform dieser Sensoren ermöglichen Messungen auch auf geringstem Raum.
Lichtschnitt-Verfahren
Ein Lichtschnittsensor besteht aus einem Linienprojektor – meist mit einem Laser als Lichtquelle – der eine schmale und helle Linie auf das Messobjekt projiziert, sowie einer elektronischen Kamera, die die Projektion der Linie auf dem Objekt beobachtet. Die Verschiebung der Linie im Kamerabild wird in 3-D-Koordinaten umgerechnet.
Abschattungsprinzip
Sender und Empfänger sind nicht in einem Gerät verbaut, sondern bilden ein Gerätepaar. Das Empfängergerät wird in der Messzone zeitweise abgeschattet. Dadurch entsteht ein Zeitintervall, das in einen Dimensionswert umgerechnet wird.
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