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Ein Wegsensor dient zur Messung des Abstandes zwischen einem Objekt und einem Bezugspunkt oder von Längenänderungen. Dabei wird die Änderung des Weges in ein Einheitssignal umgewandelt, oder über ein Feldbus an das Steuergerät übermittelt. Andere Begriffe hierfür sind Wegmesssystem, Wegaufnehmer, Abstandssensor, Positionssensor oder Distanzsensor. Dieser Artikel bietet eine Übersicht der Funktionsprinzipien aus dem Bereich der Automatisierungstechnik, außerhalb davon gibt es noch andere Verfahren → siehe Entfernungsmessung. Eine ausführliche Beschreibung steht in den verlinkten Artikeln.

Im Gegensatz dazu erzeugen Näherungsschalter ein Schaltsignal bei Annäherung an ein Objekt.

Inhaltsverzeichnis

FunktionsprinzipienBearbeiten

 
Potentiometergeber
 
induktiver Sensor
 
kapazitiver Sensor

WiderstandsänderungBearbeiten

  • Der Potentiometergeber hat einen Schleifer auf einem Widerstand an dem eine konstante Spannung anliegt. Er liefert direkt eine linear vom Weg abhängige Ausgangsspannung. Nachteilig ist der Verschleiß durch die Reibung des Schleifers.
  • Der Dehnungsmessstreifen verändert seinen elektrischen Widerstand durch Längen- und Querschnittsänderung.

Variable InduktivitätBearbeiten

Bei einem induktivem Sensor verändert sich die Induktivität einer Spule. Entweder wird das metallische Objekt berührungslos gemessen oder mit einem Tastkopf ein metallischer Kern in der Spule bewegt (Tauchanker).

  • Der Differentialtransformator (LVDT) hat einen beweglichen Kern der den Kopplungsfaktor zu zwei Sekundärspulen beeinflusst.
  • Beim Querankergeber wird der Luftspalt eines Magnetkreises verändert.
  • Beim Kurzschlussringgeber wird der wirksame Luftspalt eines Magnetkreises verändert.
  • Der Magneto-induktive Abstandssensor (MDS) misst den Abstand eines Magnetfeldes auch hinter einer nicht magnetischen Trennwand.[1]
  • Der Wirbelstromsensor kann auch nicht magnetische, aber Strom leitende Materialien berührungslos messen.

Variable KapazitätBearbeiten

Der Kapazitive Sensor besteht aus zwei voneinander isolierten metallischen Teilen. Er bildet mit dem Meßobjekt einen Kondensator mit variabler Kapazität. Der Messeffekt beruht dabei auf einer geometrischen Veränderung des Abstandes der beiden Kondensatorflächen untereinander oder einer seitlichen Verschiebung dieser, was zu einer Veränderung der effektiv wirksamen Kondensatorfläche führt.[2]

Variabler LichtstromBearbeiten

 
Schattenbildverfahren

Impulse zählenBearbeiten

 
Schema eines Glasmaßstabes

Der Inkrementalgeber hat eine periodische Maßverkörperung (Striche auf Glas oder Metall, Magnetisierung auf einem Magnetband, Zähne einer Zahnstange). Der Sensorkopf wird daran vorbeigeführt und gibt Signale aus, die in der Auswerteelektronik vor- und rückwärts gezählt werden. Er misst nur die Differenz zur Position nach dem Einschalten. Absolutwertgeber haben mehrere Spuren und zeigen sofort die absolute Position an.

Durch Messung der Intensität der Signale innerhalb einer Teilungsperiode kann die Auflösung erhöht werden.

LaufzeitmessungBearbeiten

 
Prinzip der Laufzeitmessung

Über die Messung der Zeit, die ein Signal benötigt um die Messstrecke zu durchqueren wird der Abstand berechnet.

TriangulationBearbeiten

 
Lasertriangulation

Durch genaue Winkelmessung innerhalb von Dreiecken kann der Abstand berechnet werden.

Weitere VerfahrenBearbeiten

Mit der Umwandlung in eine Drehbewegung sind auch viele Winkellagegeber verwendbar zum Beispiel:

Kleinste Entfernungen z. B. bei der Rauheitsmessung werden optisch gemessen durch:

KalibrierungBearbeiten

Die Zuordnung der Wegänderung zu einem analogen bzw. digitalen Signal und ggf. die Festlegung eines Nullpunktes erfolgt durch eine Kalibrierung. So entspricht beispielsweise eine Wegänderung von 1 mm einer Spannung von 1 V.

In der Messtechnik erfolgt die Kalibrierung durch Kalibrierlabore. Diese sind häufig durch die Deutsche Akkreditierungsstelle zertifiziert.

AnwendungenBearbeiten

Die Wegmessung wird beispielsweise beim Betrieb von CNC-Steuerungen oder Positioniersystemen eingesetzt. Ein Dehnungssensor wird in der Werkstoffprüfung oder Überwachung von Maschinen eingesetzt.

Wegmesssensoren können in der Automatisierungstechnik z. B. zur Qualitätssicherung und zur Überwachung eines laufenden Prozesses eingesetzt werden. So kann die Veränderung einer Höhe, eines Außendurchmessers, die Dicke aber auch die Länge des Objekts während des Produktionsprozesses kontrolliert werden. Weicht der entsprechende Wert vom Sollwert ab, kann in die Produktion eingegriffen werden.

Einzelnachweise und LiteraturBearbeiten

  1. Magneto-induktive Abstandssensoren von Micro-Epsilon
  2. Jörg Böttcher: Online-Kompendium Messtechnik und Sensorik: Kapazitive und induktive Abstandssensoren. Abgerufen am 31. Juli 2019.
  3. Hans-Jürgen Gevatter (Hrsg.): Automatisierungstechnik 2: Geräte, Springer, 2000, S. 229, (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche)
  • T.Burkhardt, A.Feinäugle, S.Fericean, A.Forkl: Lineare Weg- und Abstandssensoren: Berührungslose Messsysteme für den industriellen Einsatz, Neuhausen 2004, ISBN 3937889078
  • David S. Nyce: Linear Position Sensors: Theory and Application., New Jersey, John Wiley & Sons Inc. (2003)

Siehe auchBearbeiten