Sensoren zum Messen mechanischer Größen

GrundlagenDemo

ElektrotechnikMechatronik

Einführung

1. Vorbemerkung

2. Strecken- und Wegmessung

2.1 Linearpotentiometer

2.2 Glasmaßstab

2.3 Optischer Distanzsensor

Aufgaben zur Strecken- u. Wegmessung

3. Drehwinkel- und Drehfrequenzmessung

3.1 Drehpotentiometer

3.2 Impuls-Drehgeber (inkremental)

Inhalt:

3.3 Impuls-Drehgeber (absolut)

3.4 Tachogenerator3.5 ResolverAufgaben zur Drehwinkel- u. Drehfrequenzmessung

4. Kraft – und Druckmessung4.1 Dehnungsmessstreifen4.2 Biegebalken4.3 DruckaufnehmerAufgaben zur Kraft- u. Druckmessung

Quellenangaben

Impressum

Lexikon zur Sensorik (welotec)

Lexikon zur Sensorik (contrinex)

 

Die geschlossenen Systeme sind für den Einsatz unter rauhen Werkstattbedingungen konzipiert. Ein formstabiles, abgedichtetes Hohlprofil schützt den darin eingebetteten Glasmaßstab und die Abtasteinheit.

Die geschlossenen Systeme sind für den Einsatz unter rauhen Werkstattbedingungen konzipiert. Ein formstabiles, abgedichtetes Hohlprofil schützt den darin eingebetteten Glasmaßstab und die Abtasteinheit.

2.2 GlasmaßstabDas Messverfahren beruht darauf, dass ein Tastkopf bestehend aus Lichtquelle (Sender) und lichtempfindlichem Bauteil (Empfänger) relativ zu einem Glasmaßstab bewegt wird, der mit einer Chromschicht bedampft ist, aus der Striche in gleichmäßigen Abständen ausgeätzt wurden. Die Anzahl der Striche, die überfahren werden, ist ein Maß für den zurückgelegten Weg des Tastkopfes. Es wird von der eingebauten Elektronik für jeden Strich ein Impuls erzeugt, verstärkt und auf den Ausgang gegeben, sodass eine nachgeschaltete Weiterverarbeitungseinheit die Impulse zählen und eine Weginformation geben kann. Zusätzlich befinden sich an bestimmten Punkten auf der Skala weitere Markierungen, die als Referenzmarkierungen benutzt werden. Zu Beginn der Arbeiten an der Maschine wird ein Referenzpunkt einmal angefahren wird, um das Messsystem zurückzusetzen und auf die Maschine abzustimmen. Dieses Messverfahren arbeitet inkremental, d.h. es kann nur eine relative Wegdifferenz zwischen zwei Punkten ermitteln. Die hohe Auflösung (bis zu 1 Mikrometer) für sehr genaue Mess- und Positionieraufgaben und der digitale Signalausgang zeichnen das Messsystem aus.

Die offenen Systeme werden in "sauberer" Umgebung eingesetzt. Der Maßstab wird direkt auf der Montagefläche befestigt. Deshalb sind an die Ebenheit der Montagefläche und die Parallelität zur Maschinenführung erhöhte Forderungen gestellt.

Die offenen Systeme werden in "sauberer" Umgebung eingesetzt. Der Maßstab wird direkt auf der Montagefläche befestigt. Deshalb sind an die Ebenheit der Montagefläche und die Parallelität zur Maschinenführung erhöhte Forderungen gestellt.

Für länge Distanzen kommen magnetisch kodierte Metallbänder zum Einsatz, die mit einem Magnetsensor abgetastet werden.

Wir unterscheiden 2 Arten von Impulsgebern: Die inkrementalen Impulsgeber für die Drehzahl- und Drehwinkelerkennung und die Absolutwertgeber für die Erkennung der genauen Position (Winkelkodierer). Impulsgeber werden mit unterschiedlichen Kanalzahlen, Impulselektroniken und  Stecker- oder Kabelanschlüssen angeboten.

Inkrementale Impulsgeber sind für die Messung von Drehzahlen oder Winkelgeschwindigkeiten besonders geeignet. Die Teilscheibe ist entsprechend der Auflösung in eine bestimmte Anzahl von Schlitzen aufgeteilt, die an einem Strichgitter vorbeigedreht werden. Dieses Strichgitter wird von einer Lichtquelle (LED) beleuchtet. Ein lichtempfindlicher Fototransistor hinter der Teilscheibe empfängt die Lichtimpulse und wandelt  diese in elektrische Signale um. Diese Sinus-Signale werden verstärkt und in Rechteckimpulse umgeformt. Die Signalpegel hängen von der nachgeschalteten  Impulselektronik ab. Diese Elektroniken sind im Regelfall in den Geber integriert, können aber auch extern untergebracht werden. Die Position wird durch einfache Zählung der Impulse ermittelt. Dabei kann die Drehrichtung anhand des Phasenversatzes zwischen den Kanälen erkannt werden. Der  Referenzimpuls markiert bei jeder Umdrehung eine absolute Position, mit der die berechnete Position auf ihre Richtigkeit hin überwacht werden kann. Die Auflösung wird durch die Strichzahl der Teilscheibe bestimmt. Mit Hilfe eines  Riemenantriebes, einer Zahnstange oder eines Reibrades können jedoch auch lineare Bewegungen erfasst werden.  

Inkrementale Impulsgeber sind für die Messung von Drehzahlen oder Winkelgeschwindigkeiten besonders geeignet. Die Teilscheibe ist entsprechend der Auflösung in eine bestimmte Anzahl von Schlitzen aufgeteilt, die an einem Strichgitter vorbeigedreht werden. Dieses Strichgitter wird von einer Lichtquelle (LED) beleuchtet. Ein lichtempfindlicher Fototransistor hinter der Teilscheibe empfängt die Lichtimpulse und wandelt  diese in elektrische Signale um. Diese Sinus-Signale werden verstärkt und in Rechteckimpulse umgeformt. Die Signalpegel hängen von der nachgeschalteten  Impulselektronik ab. Diese Elektroniken sind im Regelfall in den Geber integriert, können aber auch extern untergebracht werden. Die Position wird durch einfache Zählung der Impulse ermittelt. Dabei kann die Drehrichtung anhand des Phasenversatzes zwischen den Kanälen erkannt werden. Der  Referenzimpuls markiert bei jeder Umdrehung eine absolute Position, mit der die berechnete Position auf ihre Richtigkeit hin überwacht werden kann. Die Auflösung wird durch die Strichzahl der Teilscheibe bestimmt. Mit Hilfe eines  Riemenantriebes, einer Zahnstange oder eines Reibrades können jedoch auch lineare Bewegungen erfasst werden.  

3.2 Optische Impuls- Drehgeber (inkremental)

4.3 DruckaufnehmerZum Messen des Drucks in Flüssigkeiten oder Gasen und zum Bestimmen von mechanischem Druck oder Zug dienen Aufnehmer in vielerlei Bauformen. Alle diese Aufnehmer arbeiten nach dem selben Prinzip: Mit Hilfe eines DMS wird aus der Verformung durch Druck bzw. Zug ein zur Kraft analoges elektrisches Signal gewonnen und weiterverarbeitet.

Bei Einsatz für Druckbelastung muss sichergestellt sein, dass der Geber auf eine ebene Fläche montiert wird und dass sich das belastete Zentrum des Gebers frei nach unten durchbiegen kann, da sonst mit einem erheblichen Messfehler gerechnet werden muss und der Geber u. U. sogar zerstört werden kann. Häufig ist es bei schwierigen Montagen sinnvoll, den Geber während des Einbaues bereits elektrisch anzuschließen und die Anzeige zu beobachten.

Bei Einsatz für Druckbelastung muss sichergestellt sein, dass der Geber auf eine ebene Fläche montiert wird und dass sich das belastete Zentrum des Gebers frei nach unten durchbiegen kann, da sonst mit einem erheblichen Messfehler gerechnet werden muss und der Geber u. U. sogar zerstört werden kann. Häufig ist es bei schwierigen Montagen sinnvoll, den Geber während des Einbaues bereits elektrisch anzuschließen und die Anzeige zu beobachten.

Druckaufnehmer zum Messen des Drucks in einer Flüssigkeit

Druckaufnehmer zum Messen des Drucks in einer Flüssigkeit

Aufgaben Kraft- und Druckmessung

Aufgaben zur Kraft- und Druckmessung

Autor: Klaus-Peter Wagner

Hoföschle 1187439 Kempten im Allgäu

Kontakt:kontakt@power-p.de

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