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INDUSTRIELLE AUTOMATION 4/2020

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INDUSTRIELLE AUTOMATION 4/2020

SENSORIK UND MESSTECHNIK

SENSORIK UND MESSTECHNIK 01 In einer Sonderbauform werden kapazitive Sensoren in Teilchenbeschleunigern eingesetzt Triaxialer Aufbau sorgt für genaue Messungen Präzise erfassen Wie sich mit kapazitiven Wegsensoren hochgenaue Messwerte ermitteln lassen Kapazitiven Wegsensoren hängt noch immer der Ruf an, vor allem für saubere und trockene Umgebungen geeignet zu sein. Doch als industrieoptimierte Ausführungen bringen kapazitive Sensoren in industriellen Anwendungen echte Höchstleistungen: Diese Sensoren messen äußerst präzise mit Submikrometergenauigkeit. Sie sind robust und flexibel einsetzbar, auch in Umgebungen mit wechselnden Temperaturen oder mit Magnetfeldern. Kapazitive Sensoren messen Änderungen in einer elektrischen Eigenschaft, die als Kapazität bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um die Fähigkeit eines Körpers oder von Leiteranordnungen elektrische Ladung zu speichern. Die kapazitiven Sensoren von Micro-Epsilon aus der Capa-NCDT-Serie basieren auf dem Prinzip des Plattenkondensators. Das elektrische Feld befindet sich hier ausschließlich zwischen den beiden leitenden Objekten im aktiven Messbereich, also zwischen dem Sensor und dem leit- Dipl.-Ing. Stefan Stelzl ist Produktmanager Sensorik bei der MICRO-EPSILON MESSTECH- NIK GmbH & Co. KG in Ortenburg fähigen Messobjekt. Die Sensorelektrode wird mit einem Wechselstrom konstanter Frequenz und Amplitude gespeist, wodurch die Amplitude der resultierenden Spannung proportional zum Abstand der beiden Objekte ist. Die kapazitiven Sensoren der Serie Capa- NCDT-Serie sind in unterschiedlichen Ausführungen verfügbar. Die zylindrische Bauform ist die geläufigste Bauform. Neuartige zylindrische Wegsensoren von Micro-Epsilon sind mit einem Montagegewinde ausgestattet und können einfach eingeschraubt oder mit einer Mutter fixiert werden. Die kapazitiven Sensoren decken Messbereiche von 50 µm bis 10 mm ab und eignen sich aus diesem Grund für zahlreiche Messaufgaben. Im Gegensatz zu herkömmlichen kapazitiven Sensoren, sind Micro-Epsilon Sensoren nicht koaxial, sondern triaxial aufgebaut. Dies bedeutet, dass der Kondensator nicht einfach nur von einem Gehäuse umgeben wird, sondern zusätzlich ein gesondert gespeister Schutzring zwischen Kondensator und Gehäuse angebracht ist, der seinerseits ebenfalls ein elektrisches Feld erzeugt. Zwischen der Messelektrode und der Objektoberfläche entsteht dadurch ein homogenes Feld. Eine Ausbreitung auf andere leitfähige Objekte in der Nähe oder auf andere Bereiche des Targets wird durch das Schutzfeld um die Messelektrode unterbunden. Somit wird verhindert, dass andere Objekte die Messung beeinflussen. Dieser triaxiale Aufbau macht die Sensoren robuster und genauer. Die Linearität ist höher und Störungen des Messfeldes lassen sich verhindern. Zudem können diese Sensoren bündig in leitende Materialien eingebaut werden, ohne Messfehler zu erzeugen. Auch für beengte Einbausituation bietet der Hersteller passende Lösungen: Patentiert wurde ein Miniatur-Triaxial-Stecker, der zusammen mit den nur 14 bis 25 mm dünnen Platinensensoren zum Einsatz kommt. Kabel, Sensor und Stecker sind hier nahezu gleich groß, sodass dies vereinfacht ausgedrückt bedeutet: Wo das Kabel hindurchpasst, passt auch der Stecker hindurch. Ein aufwendiges Bohren großer Löcher entfällt. Der Stecker ist mit nur 3,6 mm etwa um den Faktor drei kleiner als herkömmliche Stecker. Eine Integration des Sensors in Maschinen und Anlagen mit engen Bauräumen wird dadurch enorm vereinfacht. Die Spiralummantelung für die eingesetzten Kabel bietet zusätzlichen Schutz vor Beschädigungen. Die Platinensensoren der Reihe CFS decken Messbereiche von 2 bis 6 mm ab und erreichen eine Linearität von 4 µm. 12 INDUSTRIELLE AUTOMATION 04/2020 www.industrielle-automation.net

SENSORIK UND MESSTECHNIK 02 Die Temperaturstabilität der Sensoren zeigt sich bei Messaufgaben für die Weltraumforschung Jederzeit applikationsspezifische Modifikationen möglich Neben den Standardsensoren bietet Micro- Epsilon die Möglichkeit Sensoren und Controller applikationsspezifisch zu modifizieren, unter anderem bzgl. der Kabellängen, Bauform oder abgeänderten Messbereichen. Werden Sensoren in Bereichen eingesetzt, wo sie in hohem Maße Erschütterungen ausgesetzt sind, so bieten Gewindesensoren eine optimale Einbaumöglichkeit. Diese unempfindlich bei Temperaturschwankungen und Magnetfeldern und wurde speziell für industrielle Messaufgaben konzipiert, in denen hohe Präzision vorausgesetzt wird. Eingesetzt wird es zur berührungslosen Messung von Größen wie Weg, Abstand, Auslenkung, Ausdehnung und Durchbiegung auf leitfähigen Messobjekten. Das Capa-NCDT 61x0/IP besteht aus einem Sensor, einem Sensorkabel und einem Controller. Das System ist aufgrund der werksseitigen Kalibrierung einsatzbereit und muss vor Ort nicht kalibriert werden. Auch bei einem nachträglichen Sensortausch ist eine Neukalibrierung nicht erforderlich. Die Datenausgabe findet über Strom oder Spannung bzw. die digitale RS485-Schnittstelle statt. Sensoren überzeugen durch Temperaturstabilität In industriellen Umgebungen schwankt die Temperatur häufig stark. Materialien dehnen sich bei hohen Temperaturen aus und ziehen sich bei niedrigen zusammen. Dadurch verändert sich auch der Abstand zwischen Sensor und Messobjekt. In Bereichen mit starken Temperaturschwankungen bieten die kapazitiven Sensoren bei Werten von - 270 bis + 200 °C eine hohe Temperaturstabilität von 5 ppm. Die Langzeitstabilität liegt HYGIENIC DESIGN. DER PMS AUS EDEL- STAHL. Jeder Sensor lässt sich ohne Kalibrierungsaufwand mit einem beliebigen Controller betreiben sind fest mit der jeweiligen Maschine verschraubt und verhindern ein verrutschen des Sensors bei starker Vibration. Dadurch bleiben die Messergebnisse auch in anspruchsvoller Umgebung dauerhaft präzise. Sie sind vor allem für Anwendungen im Maschinenbau konzipiert, wenn die Sensoren z. B. an Wänden, Bohrungen oder auch tiefen Bohrungen in einem definierten Abstand angebracht werden müssen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die kapazitiven Gewindesensoren an dünnen Wänden anzubringen, indem sie über zwei Kontermuttern je an der Innen- und Außenseite fixiert werden. Systeme für diverse industrielle Messaufgaben Micro-Epsilon bietet neben einem breiten Sensorportfolio Messsysteme, die für industrielle Anforderungen konzipiert wurden. Das Capa-NCDT vom Typ 61x0/IP ist ein kapazitives Wegmesssystem, das zur Qualitätssicherung in Produktionsprozessen sowie zur Maschinen- und Anlagenregelung entwickelt wurde. Das nach Schutzart IP68 klassifizierte Messsystem wird für zahlreiche industrielle Messaufgaben eingesetzt. Es ist bei ± 0,002 % d.M./Monat. Für weitaus höhere Temperaturbereiche sind Sonderbauformen mit Keramik möglich. Die Temperaturstabilität der Sensoren zeigt sich auch bei Messaufgaben für die Weltraumforschung. In Gebieten, die der Sonne abgewandt sind, herrschen tiefste Temperaturen von bis zu - 271 °C, die sich kurz vor dem absoluten Nullpunkt und somit im kryogenen Temperaturbereich befinden. Auch für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen Aufgrund ihrer Technologie sind die kapazitiven Sensoren von Micro-Epsilon in der Lage auch in rauen Industrieumgebungen hochgenaue Messwerte zu erfassen. Sie liefern auch bei extremen Temperaturen Messwerte bis in den Nanometerbereich und eignen sich für Einsatzbedingungen bei Tiefsttemperaturen oder Ultrahochvakuum bis hin zu staubigen Industrieumgebungen oder Reinraumanwendungen. Bilder: Micro-Epsilon www.micro-epsilon.de PMS Der neue Ultraschallsensor pms aus Edelstahl ist mit seinem intelligenten Hygienic Design prädestiniert für anspruchsvolle Aufgaben in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie. + 4 Tastweiten: von 20 – 1.300 mm + 3 Ausgangsstufen: Push-Pull-Schaltausgang mit IO-Link oder Analogausgang + 2 Gehäusevarianten: D12-Adapterschaft und D12-Bajonettverschluss microsonic.de/pms

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