Distanz- und Druckaufnehmer

Messwandler werden eingesetzt, um physikalische Größen nach bestimmten Beziehungen in andere physikalische Größen umzuwandeln. Unter den industriellen Geräten dieser Art sind Messwandler für elektrische Größen wie Spannung oder Stromstärke am weitesten verbreitet. In Sensorsystemen ermöglichen Messwandler die Verstärkung des umgewandelten Signals, um dessen Weiterverarbeitung in industriellen Prozessen zu erleichtern.Wegmesswandler wandeln meist Kraft oder Drehzahl in ein entsprechendes analoges oder digitales Ausgangssignal um. Druckmesswandler messen den Druck von Gasen oder Flüssigkeiten und wandeln ihn in ein proportionales Ausgangssignal um.Im folgenden Artikel stellen wir das Funktionsprinzip und verschiedene Lösungsarten für Weg- und Druckmesswandler vor.Funktionsprinzip von Weg- und DruckmesswandlernWegmesswandlerDas Funktionsprinzip von Wegmesswandlern beruht auf der Übertragung eines bestimmten Signals, z. B. eines Lasers, einer Infrarot-LED, von Ultraschallwellen oder von Informationen über die Bewegung und Position des Messobjekts, über eine Schnur. Daran befestigt. Basierend auf Informationen über das zum Messwandler zurückkehrende Signal oder eine Positionsänderung des Prüfobjekts wird vom Messwandlerelement ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt. Diese Informationen können die Intensität des zurückkehrenden Signals, die Laufzeit des Signals, die am Messwandlerelement erzeugte Bewegung usw. umfassen. Viele Geräte verfügen über zusätzliche Komponenten zur Signalverstärkung, um die spätere Weiterverarbeitung in industriellen Prozessen zu erleichtern.

• Druckmessumformer

Die gängigsten Druckmessumformer bestehen aus einem Kraftaufnehmer, z. B. einer flexiblen Membran, und einem leitfähigen Element. Dieses Element erzeugt ein elektrisches Signal mithilfe eines resistiven, kapazitiven oder induktiven Verfahrens. Die Art des Messverfahrens wird durch die im Messwandler verwendeten Komponenten bestimmt.

Druckmessumformer verwenden Dehnungsmessstreifen zur Messung der auf sie wirkenden Kraft. Dehnungsmessstreifen verformen sich, wodurch sich die von ihnen erzeugte Spannung ändert. Die Druckmessung basiert auf dem Ausmaß dieser Spannungsänderung.Es gibt auch weiterentwickelte Druckmessumformer, die kapazitive oder piezoelektrische Sensoren anstelle von Dehnungsmessstreifen verwenden. Die Auswahl erfolgt anhand des Messbereichs, der Betriebsumgebung und der erforderlichen Präzision des Drucksensors.Verfügbare MessumformertypenDer Messumformertyp hängt vom Messsignal ab, z. B. von der Entfernung (über reflektiertes Licht) und der Bewegung (über ein Kabel) bei Distanzmessumformern oder von der Art des zu messenden Drucks bei Druckmessumformern. Auch das Ausgangssignal des Messumformers (z. B. Spannung, Strom oder ein digitaler Wert) beeinflusst den Typ. Je nach diesen Faktoren kann der interne Aufbau des Messumformers variieren.Beispiele für DistanzmessumformerBei Distanzmessumformern gibt es eine Vielzahl an verschiedenen Optionen. Wir konzentrieren uns hauptsächlich auf drei Arten von Distanzsensoren:Infrarot-LED-Distanzsensoren arbeiten nach dem Prinzip der Triangulation und messen die Entfernung anhand des Winkels des reflektierten Strahls. Ein von der Diode ausgesendeter Infrarotstrahl wird vom beobachteten Objekt in einem bestimmten Winkel reflektiert. Der reflektierte Strahl wird vom Detektor des Sensors erfasst und zu einem spezifischen Ausgangssignal verarbeitet.Diese Lösungen zeichnen sich durch ihre geringe Größe, die Fähigkeit zum Betrieb zu jeder Tages- und Nachtzeit und die Fähigkeit zur Entfernungsmessung zu Objekten mit komplexen Oberflächen aus. Die Nachteile solcher Anwendungen sind jedoch der begrenzte Messbereich und die Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen, beispielsweise der Farbe des Messobjekts.Ultraschall-Distanzsensoren messen die Entfernung zu Objekten durch Aussendung hochfrequenter Schallwellen. Der Sender sendet die Welle auf das Objekt und aktiviert einen Taktgeber. Die Welle wird vom Objekt reflektiert und vom Empfänger des Wandlers erfasst. Anschließend wird die Zeitmessung gestoppt. Die Entfernung wird anhand der Schallgeschwindigkeit und der Laufzeit der hochfrequenten Welle berechnet.

Zu den Vorteilen zählen Transparenz und die Möglichkeit, mit Objekten jeder Farbe zu arbeiten. Die Lösung verbraucht weniger Energie als andere Anwendungen, hat aber auch einen begrenzten Messbereich, eine geringe Auflösung und kann keine Objekte mit unebenen Oberflächen oder sich schnell bewegende Objekte messen.

• Linkbasierte Distanzwandlermessen die Position mithilfe einer Schnur, die sich auf einer Messspule auf- und abwickelt. Das Ende der Schnur ist am zu messenden Objekt befestigt, und dessen Bewegung beeinflusst die Spule. Ein Drehsensor (Potentiometer oder Encoder) überträgt die Drehbewegung des Spulenkörpers an die entsprechenden Komponenten, die diese in ein Ausgangssignal umwandeln.

  Beispiele für Druckaufnehmer

  Druckaufnehmer haben drei definierte Druckmesswerte. Obwohl es weitere Typen wie Vakuum- oder Manometer gibt, lassen sich alle in diese drei Kategorien einteilen. Bei Membranaufnehmern ist der Referenzdruck am einfachsten als der Druck zu verstehen, der auf der anderen Seite der Membran durch den zu messenden Prozess wirkt.

  • Absolutdruckaufnehmer messen den Druck relativ zu einem perfekten Vakuum, wobei der absolute Nullpunkt als Referenzpunkt dient. Ein Beispiel ist ein barometrischer Druckaufnehmer. Dazu gehören auch Manometer, bei denen das Signal so angepasst wurde, dass es dem zum Zeitpunkt der Konstruktion gemessenen Manometerdruck entspricht.
  • Manometerdruckaufnehmer messen den Druck relativ zum Atmosphärendruck. Ein Beispiel für einen solchen Sensor ist ein Reifendrucksensor. Dazu gehören auch Vakuumsensoren, deren Signale invertiert werden, sodass sie einen positiven Messwert anzeigen, wenn der gemessene Druck niedriger als der Atmosphärendruck ist.
  • Differenzdruckaufnehmer messen die Differenz zwischen zwei Drücken auf beiden Seiten des Sensors. Ein Beispiel ist ein Flüssigkeitsdruckaufnehmer, der den Flüssigkeitsstand ober- und unterhalb des Aufnehmers misst.

  Industrielle Anwendungen von Messumformern

  Anwendungen mit Distanzmessumformern:

  • Automatisierung und Robotik;
  • Intelligente Fahrzeuge;
  • Drohnen und unbemannte Luftfahrzeuge;
  • Computerhardware;
  • Sicherheitssysteme, z. B. Alarmanlagen;
  • Industrielle Prozesssteuerungs- und Überwachungssysteme;

  Anwendungen mit Druckmessumformern:

  • Druckmaschinensysteme;
  • Produktions- und Montagelinien;
  • Tanks mit Produktionsmaterial;
  • Industrielle Sanitärsysteme Pharmazeutische Systeme;
  • Steuerungssysteme, z. B. zur Gasleckerkennung;
  • HLK-Systeme.