Induktiv bringt Nutzen

Spezial Sensor- und Messtechnik

Wegaufnehmer – Mit induktiven Wegaufnehmern wie denen von A.B. Jödden ist eine berührungslose Messung von Weg und Winkeln auf einfache und günstige Weise möglich.

12. Juni 2018

Das Erfassen und Messen von Wegen erfolgt seit vielen Jahren mit induktiven Sensoren. Die Technik basiert auf dem Prinzip der Differenzialdrossel oder Halbbrücke. Die typische Ausführung eines induktiven Wegaufnehmers besteht aus einem hohlen Spulenkörper mit den streng symmetrisch gewickelten Spulen, einer magnetischen Abschirmung mit hoher Permeabilität und dem runden rostfreien Stahlgehäuse. Die Räume zwischen Spule und Gehäuse werden komplett mit aushärtendem Kunststoff vergossen. Durch den Spulenkörper bewegt sich der Stößel einer Nickeleisenlegierung und verändert die Induktivität der beiden Spulenhälften gegensinnig. Die Bohrung des Spulenkörpers und der Durchmesser des Stößels sind so gewählt, dass eine berührungslose, verschleißfreie Bewegung erfolgen kann.

Die Position des verschiebbaren Kerns bewirkt eine Induktivitätsänderung in den beiden Spulenhälften. Eine externe oder integrierte Elektronik wandelt die Weg- oder Winkeländerung in ein proportionales analoges Ausgangssignal. Die kontaktlose Messung ist ein großer Vorteil der induktiven Wegaufnehmer und ermöglicht somit Einsätze in Maschinen zur Materialprüfung und auf Vibrationsprüftischen.

Langlebig und zuverlässig

Aufgrund der unendlichen Auflösung können kleinste Wegänderungen des Stößels gemessen werden, nur begrenzt durch das Rauschen der angeschlossenen Elektronik. Die nahezu unbegrenzte Lebensdauer und eine hohe Zuverlässigkeit ermöglichen den Einsatz bei sensiblen Anwendungen wie Satellitentechnik, Flugzeugen oder in der Industrieautomation.

Der frei bewegliche Stößel hat keinen Anschlag und kann aus dem Wegaufnehmer herausgezogen werden. Bei auftretenden Überhüben wird der Wegaufnehmer nicht zerstört. Nur axiale Bewegungen des Stößels führen zu einer Induktivitätsänderung. Radiale Bewegungen zur Messrichtung werden nicht mit erfasst, sodass zum Beispiel Hebelbewegungen gemessen werden können.

In druckfester Ausführung zur Rückmeldung an Proportionalventilen wird das Spulensystem über ein Druckrohr geschoben und der Stößel bewegt sich frei im Druckraum, während das Spulensystem druckfrei bleibt. Das Edelstahlgehäuse und der komplette Verguss ergeben einen Wegaufnehmer für den Einsatz in schwierigster Umgebung. Standardmäßig lässt sich ein Wegaufnehmer in einem großen Arbeitstemperaturbereich einsetzen. Die große Nullpunktstabilität und die hohe Wiederholgenauigkeit sind unabhängig von der Temperatur. Die berührungslose Erfassung ermöglicht hochdynamische Messungen. Der Weg wird absolut gemessen. Bei Spannungsausfall geht keine Information verloren.

Induktive Wegaufnehmer werden zum Beispiel zur Erfassung von Stellungen in Hochdruck-Dampf-Bypassventilen und Wassereinspritzventilen an Dampfturbinen in Kraftwerken eingesetzt. Es besteht die Forderung, die Ventilstellung zwischen null und 100 Prozent exakt zu erfassen. Das entspricht 4 bis 20 Milliampere Ausgangssignal. Um die mechanischen Toleranzen der Ventile auszugleichen, müssen Anfangs- und Endwert der Wegaufnehmer einstellbar sein. Die Montage und Justierung der Wegaufnehmer soll einfach und zuverlässig erfolgen. Diese Forderungen erfüllen die programmierbaren induktiven Wegaufnehmer mit integrierter Elektronik.

Der analoge Messwert wird mit einem 16-Bit-A/D-Wandler digitalisiert und in einem Mikrocontroller verarbeitet. Die Korrektur der Messwerte erfolgt mit den in einem EEPROM abgelegten Genauigkeitsabweichungen. Die digitale Information wird mit einem 16-Bit-D/A-Wandler in normierte Ausgangssignale umgeformt. Der Messweg kann vom Anwender durch Teach-In-Verfahren programmiert werden.

Ein Sensor, viele Messwege

Der Wegaufnehmer wird auf den gewünschten Anfangspunkt gestellt und ein Kontakt am Stecker- oder Kabelausgang für mindestens zwei Sekunden mit der Betriebsspannung verbunden. Dadurch stellt sich das Ausgangssignal auf den Anfangswert ein. In der gleichen Weise wird der Endwert eingestellt. Die erfolgreiche Programmierung wird durch kurzzeitigen Wechsel des Ausgangssignals auf Mittelstellung signalisiert. Durch diese Technik sind unterschiedliche Messwege mit nur einem Wegaufnehmer darzustellen.

Ein Wegaufnehmer mit nominal 150 Millimetern Messweg entsprechend 0 bis 10 Volt DC-Ausgangssignal kann Messwege von minimal 0 bis 26 bis maximal 0 bis 160 Millimetern in ein DC-Signal von 0 bis 10 Volt umsetzen. Der zulässige Betriebsspannungsbereich zwischen 10 und 32 Volt DC. Eine große Genauigkeit von 0,1 Prozent und die verschiedenen Ausgangssignale ermöglichen den Einsatz in vielen Bereichen.

Zusätzliche mechanische Anbauten, wie zum Beispiel Kugelgelenke an Stößel und Gehäuse, Schutzrohre oder Tasterversionen mit Rückholfedern sind lieferbar.

Der elektrische Anschluss erfolgt wahlweise über Stecker oder ein wasserdicht angegossenes Kabel. In dieser Ausführung wird die Schutzart IP68 für Prozesse mit Untertauchen erreicht. mk

Erschienen in Ausgabe: 05/2018

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