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Sensoren

Verschleißfreie und robuste Wegmessung

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Nahezu verschleißfrei arbeiten hingegen berührungslose induktive, kapazitive und magnetische Sensoren:

  • Induktive Sensoren zur Wegmessung in Stellungsreglern arbeiten mit Wechselspannung, die an eine Spule angelegt wird. Im Inneren der Spule befindet sich ein axial beweglicher Kern, dessen Lage sich auf die Induktivität auswirkt. Der Kern wird von der Abgriffsmechanik verschoben, wodurch sich die Induktivität und der Wechselstromwiderstand ändern.
  • Das Messprinzip von kapazitiven Sensoren beruht auf der Kapazitätsänderung eines im Stellungsregler verbauten Kondensators. Im einfachsten Fall besteht der Kondensator aus zwei gegenüberliegenden Kondensatorplatten an die Wechselspannung oder Spannungspulse angelegt werden. Durch die Bewegung des Ventils werden die Kondensatorplatten parallel gegeneinander verschoben, so dass sich die Kapazität und mit ihr der Wechselstromwiderstand ändert.
  • Magnetische Sensoren messen veränderliche magnetische Felder. In Stellungsreglern werden unterschiedlichste Arten von Magnetfeldsensoren eingesetzt. Verbreitung finden Hall-, GMR- und AMR-Sensoren.

Hall-Sensoren sind einfach aufgebaut. Sie nutzen den Hall-Effekt, um Magnetfeldänderungen zu erfassen. Auf die Elektronen eines stromdurchflossenen Halbleiters wirkt ein Permanentmagnet, wodurch sich eine elektrische Spannung ausbildet (Hallspannung). Die Feldstärke des Permanentmagneten wird beeinflusst, wenn beispielsweise ein ferromagnetisches Bauteil der Abgriffsmechanik aufgrund der Ventilbewegung in das Magnetfeld eintritt. Folglich ändert sich die messbare elektrische Spannung im Halbleiter.

Höhere Auflösungen als Hall-Sensoren bieten AMR- und GMR-Sensoren. Sie nutzen nicht die Änderung der Magnetfeldstärke zur Messung, sondern die Richtungsänderung der Magnetfeldlinien. Auch bei ihnen ändert sich durch Anlegen eines äußeren Magnetfelds eine messbare Größe, nämlich der elektrische Widerstand. Bedingt durch das äußere Magnetfeld werden bei AMR-Sensoren die Elementarmagnete innerhalb des Sensorelements neu ausgerichtet. In der Praxis befindet sich an der Abgriffsmechanik des Ventils ein Magnet, der sich je nach Ventilstellung unterschiedlich stark auf die Magnetfeldlinien des Sensorelements auswirkt. GMR-Sensoren (giant magnetoresistance sensor) weisen eine deutlich höhere Widerstandsänderung durch das Einwirken des äußeren Magnetfelds auf als AMR-Sensoren (anisotropic magnetoresistive sensor). Jedoch kann durch gegenläufige Bewegungen des Messkörpers eine hohe Hysterese auftreten, was sich negativ auf die Messgenauigkeit auswirkt.

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