Präzision aus Schwingung

Sensorik – Neuartige Linearwegsensoren kombinieren ein robustes Messprinzip mit hoher Präzision auch über weite Wegstrecken.

09. September 2010

Die Erfassung linearer Wegstrecken in industriellen Applikationen lässt sich mit einer Vielzahl von absolut oder inkremental messenden oder schaltenden Systemen realisieren. Dennoch existierte bisher kaum ein analoges Erfassungsprinzip, das bei kurzen Messlängen ebenso effizient und störsicher eingesetzt werden kann wie über größere Messbereiche. Der Mülheimer Sensor- und Feldbusspezialist Turck hat deshalb neuartige Linearwegsensoren mit induktivem Positionsgeber entwickelt, die viele Erfassungs- und Regelungsaufgaben effizienter lösen können als bestehende Produkte.

Die neuen Linearwegsensoren der Baureihe LI basieren auf dem sogenannten Resonator-Prinzip. Anders als bei magnetostriktiven oder herkömmlichen induktiven Wegaufnehmern erfolgt die Positionserfassung dabei nicht über einen magnetischen Positionsgeber, sondern über einen induktiven Resonator, also ein schwingfähiges System aus Kondensator und Spule. Dabei generiert eine Sendespule im Sensorgehäuse ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld, das den Schwingkreis im Positionsgeber anregt, der daraufhin eine Spannung in zwei Paaren von Empfangsspulen induziert. Da die Stärke der induzierten Spannung von der Überlagerung der Empfangsspulen abhängt, kann ein interner 16-Bit-Prozessor daraus ein Ausgangssignal errechnen, das proportional ist zur Position des Resonators. Das System hat eine Auflösung bis zu einem Mikrometer.

Seine hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit erreicht der LI-Sensor durch die Kombination eines groben und eines feinen Systems von Empfangsspulen. Das grobe System lokalisiert zunächst das Segment, in dem sich der Positionsgeber befindet. Nur in diesem Segment führt das feine System daraufhin eine weitere Messung durch, die aufgrund der geringen Segmentbreite eine hochpräzise Positionsbestimmung erlaubt. Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des Sensors sind deshalb unabhängig von der Länge des Messbereichs. Dank der besonderen Anordnung der Empfangsspulen auf der Sensorplatine wird das Ausgangssignal darüber hinaus auch nicht durch den Abstand zwischen Sensor und Positionsgeber beeinflusst. Messfehler durch Abweichungen des Arbeitsabstandes zwischen 0 und 4 Millimeter, wie sie vor allem beim Einsatz von geführten Positionsgebern vorkommen, werden auf diese Weise effektiv verhindert. Zudem ist das Resonator-Prinzip nicht nur unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen. Durch den Verzicht auf magnetische Elemente werden auch unerwünschte Span-Ansammlungen am Positionsgeber ausgeschlossen. Da der Sensorkörper vollständig geschlossen ist, beeinflussen selbst Schmutz oder Feuchtigkeit die Sensorfunktion nicht.

Aufgrund ihrer prinzipbedingt großen Störfestigkeit und der hohen Systemauflösung können die verschleißfreien Sensoren der LI-Serie in nahezu allen Anwendungsfeldern sowohl die potenziometrischen als auch die teureren magnetostriktiven Wegerfassungssysteme ersetzen. Der Einsatz eines einzigen Sensortyps für Messbereiche zwischen 100 und 1.000 Millimeter vereinfacht dabei zugleich die Lagerhaltung.

André Brauers, Turck/bt