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Sensoren

Verschleißfreie und robuste Wegmessung

Heute werden in Stellungsregler unterschiedliche Systeme zur Wegmessung eingesetzt. Nur wenige erfüllen die hohen Anforderungen in Bezug auf Verschleißfreiheit, Robustheit und Montagefreundlichkeit.

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Der Stellungsregler gewährleistet eine vorgegebene Zuordnung von Ventilstellung (Regelgröße xStR) zum Stellsignal (Sollwert wStR).
Der Stellungsregler gewährleistet eine vorgegebene Zuordnung von Ventilstellung (Regelgröße xStR) zum Stellsignal (Sollwert wStR).
(Bild: Samson)

Die primäre Aufgabe von Stellungsreglern ist die präzise Ausregelung von Stellventilen. Dazu erhalten Stellungsregler ein Sollwertsignal von einer Regel- oder Steuereinrichtung, das sie einer bestimmten Soll-Ventilstellung zuordnen (Bild 1). Sie vergleichen die Soll-Ventilstellung mit der durch das Wegmesssystem erfassten Ist-Ventilstellung und steuern einen Stelldruck aus, der die Bewegung des Drosselkörpers beeinflusst und das Ventil in die geforderte Stellung fährt. Damit hat die Wegmessung des Ventilhubs bzw. Drehwinkels einen entscheidenden Einfluss auf die Regelqualität des Stellungsreglers. Auch für die Ventildiagnose zur vorbeugenden Wartung von Stellventilen spielt die Ventilstellung eine wichtige Rolle, beispielsweise bei der Erkennung innerer Leckagen und erhöhter Reibung.

Die Ventilstellung wird in Prozent angegeben und stellt bei Wirkrichtung steigend/steigend den Abstand zur ZU-Stellung des Ventils dar. Sie ist eine geometrische Größe und entspricht dem zurückgelegten Weg, den der Drosselkörper ausgehend vom Nullpunkt des Ventils zurückgelegt hat.

Moderne, elektronische und digitale Stellungsregler erfordern es, dass die geometrische Größe in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.

Im Einsatz: berührende und berührungslose Wegmesssysteme

Für die Messung werden unterschiedlichste Sensoren genutzt, die sich durch ihr zugrundeliegendes Messprinzip unterscheiden. Die Signalaufnahme erfolgt kontaktbehaftet oder kontaktlos. Bei kontaktbehafteten Sensoren, auch berührende Sensoren genannt, ist das Messsystem direkt mit dem Messobjekt verbunden, bei kontakt- bzw. berührungslosen Sensoren sind Messsystem und Messobjekt mechanisch getrennte Systeme.

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Bis heute sind potentiometrische (resistive) Sensoren in Stellungsreglern weit verbreitet. Diese kontaktbehafteten Sensoren arbeiten mit einem veränderlichen ohmschen Widerstand. Dafür bewegt eine Abgriffsmechanik am Ventil einen Schleifer im Inneren des Stellungsreglers über eine Widerstandsbahn. Fährt das Ventil auf, dann vergrößert sich der Abstand zwischen Kontaktpunkt und Schleiferstellung, schließt das Ventil, dann verringert sich dieser Abstand. Proportional zur Schleiferbewegung ändert sich der ohmsche Widerstand, der von der Stellungsreglerelektronik verarbeitet wird.

Die mit Gleichstrom arbeitenden potentiometrischen Sensoren sind mechanisch und elektrisch einfach umzusetzen. Stellungsregler mit potentiometrischen Sensoren lassen sich über entsprechende Anbausätze leicht an Hub- und Schwenkantriebe anbauen und schnell in Betrieb nehmen. Nachteilig sind allerdings die Verschleißerscheinungen des Sensorsystems, die in Anwendungen mit häufigen prozessbedingten Ventilbewegungen oder alternierenden Sollwerten auftreten können.

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