Lukashurrelmeyer am 17. Januar 2014 um 13:03 Uhr

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	[[Bild:Potenziometers_Prinzip.gif\|thumb\|200px\|Prinzip Potenziometer]]		[[Bild:Potenziometers_Prinzip.gif\|thumb\|200px\|Prinzip Potenziometer]]


			== Quellen ==

			[1]Stefan Hesse Gerhard Schnell, Sensoren für die Prozess- und Fabrikautomation, Vieweg + Teubner 2011

Lukashurrelmeyer am 17. Januar 2014 um 12:58 Uhr

2014-01-17T12:58:43Z

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	Um den Durchfluss zu messen kann man aus 30 verschiedenen Verfahren wählen. Tabelle 1 gibt einen Überblick über die Prinzipe der verschiedenen Methoden und zeigt deren Unterschiede auf. (vgl. [1], S.212)		Um den Durchfluss zu messen kann man aus 30 verschiedenen Verfahren wählen. Tabelle 1 gibt einen Überblick über die Prinzipe der verschiedenen Methoden und zeigt deren Unterschiede auf. (vgl. [1], S.212)

			[[Bild:Vergleich_Durchflusssensoren.gif\|thumb\|200px\|Tabelle 1: Vergleich von Durchflusssensoren]]

	== Sensoren zur Erfassung von Wegen und Winkeln ==		== Sensoren zur Erfassung von Wegen und Winkeln ==

Lukashurrelmeyer am 17. Januar 2014 um 12:50 Uhr

2014-01-17T12:50:47Z

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	=== Induktive Näherungsschalter ===		=== Induktive Näherungsschalter ===
	Der konstruktive Aufbau eines induktiven Näherungsschalters (proximity switch) ist eine Anordnung mit einem offenen Magnetkreis (Bild 1). Ein Objekt aus magnetisch oder elektrisch leitendem Material deformiert das Magnetfeld. Diese Deformation bewirkt eine Veränderung der Impedanz der Magnetspule. Diese abstandsabhängige Impedanzänderung wird elektronisch in ein Schaltsignal umgesetzt.([1], S.27)		Der konstruktive Aufbau eines induktiven Näherungsschalters (proximity switch) ist eine Anordnung mit einem offenen Magnetkreis (Bild 1). Ein Objekt aus magnetisch oder elektrisch leitendem Material deformiert das Magnetfeld. Diese Deformation bewirkt eine Veränderung der Impedanz der Magnetspule. Diese abstandsabhängige Impedanzänderung wird elektronisch in ein Schaltsignal umgesetzt.([1], S.27)

			[[Bild:Induktiver_Naeherungsschalter_Prinzip.gif\|thumb\|200px\|Prinzip Induktiver Naeherungsschalter]]

	Induktive Sensoren kann man in die Funktionsgruppen Oszillator, Auswerteeinheit und Ausgangsstufe einteilen. Sie arbeiten berührungslos, sind verschleißfrei, schalten sehr schnell und ohne Prellen und sind somit langlebig.([1], S.28)		Induktive Sensoren kann man in die Funktionsgruppen Oszillator, Auswerteeinheit und Ausgangsstufe einteilen. Sie arbeiten berührungslos, sind verschleißfrei, schalten sehr schnell und ohne Prellen und sind somit langlebig.([1], S.28)
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	Kapazitive Näherungssensoren reagieren auf eine Veränderung der Schwingungsfrequenz eines Oszillators durch Veränderung des Dielektrikums (dielectric material) in der Umgebung des Sensorkondensators und damit auf eine Kapazitätsänderung. Der Sensor nach Bild 2 besitzt zusätzlich eine Kompensationselektrode zum Ausgleich von Verschmutzungen ([1], S.39f).		Kapazitive Näherungssensoren reagieren auf eine Veränderung der Schwingungsfrequenz eines Oszillators durch Veränderung des Dielektrikums (dielectric material) in der Umgebung des Sensorkondensators und damit auf eine Kapazitätsänderung. Der Sensor nach Bild 2 besitzt zusätzlich eine Kompensationselektrode zum Ausgleich von Verschmutzungen ([1], S.39f).

			[[Bild:Blockschaltbild_kapazitiver_Sensor.gif\|thumb\|200px\|Blockschaltbild kapazitiver Sensor]]

	Da der kapazitive Näherungsschalter sowohl Metalle als Kunststoffe und Flüssigkeiten erkennt, kann man in Kombination mit einem induktiven Näherungsschalter bereits eine einfache Unterscheidung von Materialien wie Kunststoff und Metall schaffen. Das kann z.B. in einem Sortiervorgang Verwendung finden.		Da der kapazitive Näherungsschalter sowohl Metalle als Kunststoffe und Flüssigkeiten erkennt, kann man in Kombination mit einem induktiven Näherungsschalter bereits eine einfache Unterscheidung von Materialien wie Kunststoff und Metall schaffen. Das kann z.B. in einem Sortiervorgang Verwendung finden.
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	Ein klassischer Näherungssensor ist der Reed-Sensor (engl. reed = Federzunge). Er spricht auf Magnetfelder an. Das Prinzip ist in Bild 3 zu sehen. Der Sensor besteht aus zwei federnden ferromagnetischen Kontaktzungen (Fe-Ni-Legierung), die in einem hermetisch verschlossenen Glaskolben untergebracht sind. Das Röhrchen ist mit einem reaktionsträgen Gas gefüllt. Bewegt man nun einen Magneten am „Schaltrohr“ vorbei, berühren sich die Kontaktzungen und schließen den Stromkreis. Die Schaltzeit liegt bei 1 ms. Der Reed-Sensor (reed switch) arbeitet Verschleißarm. ([1], S.47)		Ein klassischer Näherungssensor ist der Reed-Sensor (engl. reed = Federzunge). Er spricht auf Magnetfelder an. Das Prinzip ist in Bild 3 zu sehen. Der Sensor besteht aus zwei federnden ferromagnetischen Kontaktzungen (Fe-Ni-Legierung), die in einem hermetisch verschlossenen Glaskolben untergebracht sind. Das Röhrchen ist mit einem reaktionsträgen Gas gefüllt. Bewegt man nun einen Magneten am „Schaltrohr“ vorbei, berühren sich die Kontaktzungen und schließen den Stromkreis. Die Schaltzeit liegt bei 1 ms. Der Reed-Sensor (reed switch) arbeitet Verschleißarm. ([1], S.47)

			[[Bild:Magnetischer_Naeherungsschalter_Prinzip.gif\|thumb\|200px\|Prinzip]]

	Magnetschalter finden oft Verwendung bei der Überwachung des Kolbenweges von pneumatischen Zylindern. Die Sensoren werden außen auf dem Zylinder befestigt und werden durch einen auf dem Kolben angebrachten Dauermagneten geschaltet.		Magnetschalter finden oft Verwendung bei der Überwachung des Kolbenweges von pneumatischen Zylindern. Die Sensoren werden außen auf dem Zylinder befestigt und werden durch einen auf dem Kolben angebrachten Dauermagneten geschaltet.
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	Die elektrische Messung von Kräften und Drehmomenten ist im Maschinen- und Anlagenbau, in Test- und Prüfständen, bei automatischer Montage und zur Überwachung von Antrieben eine wichtige Aufgabe. Bei den Drehmoment-Sensoren wird meistens eine freie Drehbarkeit jenes Teils des Sensors gefordert, der im Momentenfluss liegt. Dieser Teil wird allgemein als „Messwelle“ bezeichnet. Ein erster Eindruck über diese Sensoren wird in den Prinzipdarstellungen in Bild 4 gegeben. ([1], S. 153)		Die elektrische Messung von Kräften und Drehmomenten ist im Maschinen- und Anlagenbau, in Test- und Prüfständen, bei automatischer Montage und zur Überwachung von Antrieben eine wichtige Aufgabe. Bei den Drehmoment-Sensoren wird meistens eine freie Drehbarkeit jenes Teils des Sensors gefordert, der im Momentenfluss liegt. Dieser Teil wird allgemein als „Messwelle“ bezeichnet. Ein erster Eindruck über diese Sensoren wird in den Prinzipdarstellungen in Bild 4 gegeben. ([1], S. 153)

			[[Bild:Kraft_Drehmoment_Sensoren_Prinzip.gif\|thumb\|200px\|Kraft Drehmoment Sensoren Prinzip]]

	Bezüglich ihrer Wirkungsweise kann man drei Gruppen unterscheiden:		Bezüglich ihrer Wirkungsweise kann man drei Gruppen unterscheiden:
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	In Bild 5 sind einige der verschiedenen Ausführungen von Dehnmessstreifen (DMS) dargestellt.		In Bild 5 sind einige der verschiedenen Ausführungen von Dehnmessstreifen (DMS) dargestellt.

			[[Bild:Verschiedene_Arten_von_DMS.gif\|thumb\|200px\|Arten von DMS]]

	=== Messung von Drehmomenten ===		=== Messung von Drehmomenten ===
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	Drehmomentsensoren nach dem Impulsverfahren sind sehr einfach aufgebaut und der Abgriff der Messgröße geschieht berührungs- und damit verschleißlos. Das Verfahren ist für mittlere bis hohe Drehzahlen und einen sehr großen Drehmomentbereich bei mittleren Messgenauigkeiten geeignet. In Bild 6 wird die Messanordnung im Prinzip gezeigt. Es werden zwei identische „Räder“ mit periodischer Teilung, das könnten auch Zahnräder sein, abgetastet. Auch die Drehzahl kann mit ermittelt werden. Dazu muss aber noch der Bezug zu zeitlich bekannten Impulsfolgen hergestellt werden (Referenzzähler). Sind Drehmoment und Drehzahl ermittelt, kann nach der Gleichung (1) eine Leistungsberechnung vorgenommen werden. ([1], S. 173)		Drehmomentsensoren nach dem Impulsverfahren sind sehr einfach aufgebaut und der Abgriff der Messgröße geschieht berührungs- und damit verschleißlos. Das Verfahren ist für mittlere bis hohe Drehzahlen und einen sehr großen Drehmomentbereich bei mittleren Messgenauigkeiten geeignet. In Bild 6 wird die Messanordnung im Prinzip gezeigt. Es werden zwei identische „Räder“ mit periodischer Teilung, das könnten auch Zahnräder sein, abgetastet. Auch die Drehzahl kann mit ermittelt werden. Dazu muss aber noch der Bezug zu zeitlich bekannten Impulsfolgen hergestellt werden (Referenzzähler). Sind Drehmoment und Drehzahl ermittelt, kann nach der Gleichung (1) eine Leistungsberechnung vorgenommen werden. ([1], S. 173)

			[[Bild:Drehmomentmessung_Impulsmethode.gif\|thumb\|200px\|Drehmomentmessung Impulsmethod Prinzip]]

	<math>P_{rot} = M_D\cdot n \cdot \frac{2 \cdot \pi}{60}</math> <div align="right">(1)		<math>P_{rot} = M_D\cdot n \cdot \frac{2 \cdot \pi}{60}</math> <div align="right">(1)
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	Eine direkte berührungslose Drehmomentmessung ist nach dem magnetoelastischen Prinzip möglich. Das zu messende Moment wirkt direkt auf den aktiven Körper ein und beeinflusst dessen elektrische oder magnetische Eigenschaften. In diesem Fall muss auf die Wellenoberfläche eine weichmagnetische, magnetostriktive amorphe Metallschicht aufgetragen werden. Der Sensorkopf, bestehend aus einer Speisespule und mehreren Empfängerspulen, arbeitet nach dem Transformatorprinzip. Amorphe Metalle, auch metallische Gläser genannt, sind bestimmte Legierungen aus Fe, Ni, Co, Si, B und P, die sich durch hervorragende weichmagnetische, elektrische und mechanische (Härte, Streckgrenze) Eigenschaften auszeichnen. Die prinzipielle Anordnung eines solchen Sensors ist in Bild 7 zu sehen.		Eine direkte berührungslose Drehmomentmessung ist nach dem magnetoelastischen Prinzip möglich. Das zu messende Moment wirkt direkt auf den aktiven Körper ein und beeinflusst dessen elektrische oder magnetische Eigenschaften. In diesem Fall muss auf die Wellenoberfläche eine weichmagnetische, magnetostriktive amorphe Metallschicht aufgetragen werden. Der Sensorkopf, bestehend aus einer Speisespule und mehreren Empfängerspulen, arbeitet nach dem Transformatorprinzip. Amorphe Metalle, auch metallische Gläser genannt, sind bestimmte Legierungen aus Fe, Ni, Co, Si, B und P, die sich durch hervorragende weichmagnetische, elektrische und mechanische (Härte, Streckgrenze) Eigenschaften auszeichnen. Die prinzipielle Anordnung eines solchen Sensors ist in Bild 7 zu sehen.

			[[Bild:Magnetoelastischer_Drehmomentsensor_Prinzip.gif\|thumb\|200px\|Magnetoelastischer Drehmomentsensor Prinzip]]

	Die Messwelle ist zur Erfassung der magnetischen Permeabilität Teil eines elektromagnetischen Kreises geworden. Die in der Welle auftretende Torsionsspannung kann man in eine Druck- und Zugspannung zerlegen, wobei die größten mechanischen Spannungen auf der Wellenoberfläche vorhanden sind. In Richtung der mechanischen Spannungen ändert sich dann die magnetische Permeabilität des Kristalls: Eine mechanische Druckspannung bewirkt eine Verminderung, eine mechanische Zugspannung eine Vergrößerung. ([1], S.174f)		Die Messwelle ist zur Erfassung der magnetischen Permeabilität Teil eines elektromagnetischen Kreises geworden. Die in der Welle auftretende Torsionsspannung kann man in eine Druck- und Zugspannung zerlegen, wobei die größten mechanischen Spannungen auf der Wellenoberfläche vorhanden sind. In Richtung der mechanischen Spannungen ändert sich dann die magnetische Permeabilität des Kristalls: Eine mechanische Druckspannung bewirkt eine Verminderung, eine mechanische Zugspannung eine Vergrößerung. ([1], S.174f)

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	Für Überwachungszwecke genügt es in vielen Fällen in der Industrie durchaus, nur einen Grenzwert z. B. mit einem Druckschalter (pressure switch) oder einem PE-Wandler (Pneumatik-Elektrik-Wandler) zu erfassen. Bei letzterem schaltet ein pneumatisches Drucksignal einen elektrischen Signalgeber, der als Wechsler ausgeführt ist. Dabei kann durch eine entsprechend große Membranfläche die Druck-Betätigungskraft verstärkt werden. Wenn man den Schaltbereich einstellen kann, spricht man von einem Druckschalter (Bild 8). ([1], S.196)		Für Überwachungszwecke genügt es in vielen Fällen in der Industrie durchaus, nur einen Grenzwert z. B. mit einem Druckschalter (pressure switch) oder einem PE-Wandler (Pneumatik-Elektrik-Wandler) zu erfassen. Bei letzterem schaltet ein pneumatisches Drucksignal einen elektrischen Signalgeber, der als Wechsler ausgeführt ist. Dabei kann durch eine entsprechend große Membranfläche die Druck-Betätigungskraft verstärkt werden. Wenn man den Schaltbereich einstellen kann, spricht man von einem Druckschalter (Bild 8). ([1], S.196)

			[[Bild:Pneumatische Schaltelemente Prinzip .gif\|thumb\|200px\|Pneumatische Schaltelemente Prinzip]]

	=== Messung des Durchflusses ===		=== Messung des Durchflusses ===
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	Eine der einfachsten Methoden zur Erfassung des aktuellen Winkels oder Weges ist die Verwendung eines Potentiometers. Diese Methode zählt zu den analogen Messverfahren.		Eine der einfachsten Methoden zur Erfassung des aktuellen Winkels oder Weges ist die Verwendung eines Potentiometers. Diese Methode zählt zu den analogen Messverfahren.
	Potentiometer bestehen aus einer Widerstandsbahn, die von einem Schleifer oder auch berührungslos (Leitplastikpotentiometer) abgetastet wird. Die Stellung des Abgriffs repräsentiert einen bestimmten Weg, zu dem eine abgenommene Spannung proportional ist. Die Widerstandsbahn kann eine Drahtwicklung, ein leitfähiger Kunststoff oder eine auf einem Träger aufgespritzte Metallschicht sein. Die Bahn kann gerade oder kreisförmig sein (Bild 9).		Potentiometer bestehen aus einer Widerstandsbahn, die von einem Schleifer oder auch berührungslos (Leitplastikpotentiometer) abgetastet wird. Die Stellung des Abgriffs repräsentiert einen bestimmten Weg, zu dem eine abgenommene Spannung proportional ist. Die Widerstandsbahn kann eine Drahtwicklung, ein leitfähiger Kunststoff oder eine auf einem Träger aufgespritzte Metallschicht sein. Die Bahn kann gerade oder kreisförmig sein (Bild 9).

			[[Bild:Potenziometers_Prinzip.gif\|thumb\|200px\|Prinzip Potenziometer]]

Lukashurrelmeyer am 17. Januar 2014 um 11:52 Uhr

2014-01-17T11:52:07Z

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Lukashurrelmeyer: In diesem Artikel werden verschiedene Sensorprinzipe zur Erfassung von Positionen, mechanischen Größen, fluidischer Größen und Wegen und Winkel vorgestellt.

2014-01-17T10:33:26Z

In diesem Artikel werden verschiedene Sensorprinzipe zur Erfassung von Positionen, mechanischen Größen, fluidischer Größen und Wegen und Winkel vorgestellt.

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