Ein äußerst präzises Sensorprinzip für verschleißfreie Messungen

Der Autor:Dipl.-Ing. Stefan Stelzl ist Produktmanager Sensorik bei Micro-Epsilon Messtechnik in Ortenburg

Wirbelstrom-Sensoren sind bestens geeignet zur Messung im rauen Industrieumfeld, selbst wenn Druck, Schmutz oder Temperaturschwankungen auf sie einwirken. Die Sensoren der Reihe eddyNCDT gelten als extrem präzise und werden auch für Messungen mit Mikrometer-Genauigkeit eingesetzt. Durch das physikalische Messprinzip sind sie in der Lage, durch nicht-leitende Werkstoffe zu messen. Aus diesem Grund beeinflussen Staub, Schmutz und Öl die Messung nicht. Diese Tatsache und der robuste, temperaturkompensierte Aufbau der Sensoren ermöglichen hochpräzise Messungen in schwieriger industrieller Umgebung. Um die hohe Messgenauigkeit auch bei schwankenden Temperaturen sicherzustellen, sind die Sensoren von Micro-Epsilon temperaturkompensiert.

Wirbelstrom-Sensoren von Micro-Epsilon werden häufig in Anwendungen eingesetzt, in denen höchste Präzision bei schwieriger Umwelt gefordert wird. Besonders ausgeprägt ist die Resistenz gegenüber Verschmutzung, Druck und extremen Temperaturen. Schwankungen der Umgebungstemperatur sind einer der wesentlichen Faktoren, die die Genauigkeit von Sensoren beeinflussen. Insbesondere bei Wegsensoren, die mit Auflösungen im Mikrometerbereich arbeiten, verfälschen Temperatureinflüsse die Messergebnisse. Zahlreiche Wegsensoren von Micro-Epsilon werden daher aktiv temperaturkompensiert und liefern so auch bei Temperaturschwankungen eine hohe Signalstabilität.

Generell kann man zwei Effekte unterscheiden, welche das Messsignal bei Temperaturänderungen beeinflussen. Zum einen sind dies mechanische Veränderungen, bei denen sich hauptsächlich die geometrischen Maße des Sensors und des Messobjektes ändern, indem sich die Materialien unterschiedlich ausdehnen oder zusammenziehen. Zum anderen sind es elektrische Einflüsse, die größeren Einfluss nehmen, als die mechanischen Veränderungen. Hier ändern sich elektromagnetische Eigenschaften. Micro-Epsilon nutzt zur Verbesserung der Temperaturstabilität eine aktive Temperaturkompensation. Somit werden mit aufwendigen Verfahren Temperatureffekte eingerechnet. Die Wirbelstromwegsensoren der Reihe eddyNCDT werden bei Umgebungstemperaturen im Bereich von -40 bis über +200 °C eingesetzt und zeigen sich unempfindlich gegen Temperaturschwankungen. Durch den innovativen Aufbau bzw. die aktive Temperaturkompensation zeichnen sich die Sensoren durch eine extrem hohe Temperaturstabilität aus.

In den Spezifikationen verschiedenster Hersteller ist dagegen oftmals nicht ersichtlich, ob die angebotenen Systeme eine Temperaturkompensation haben. Es finden sich lediglich Hinweise auf Temperaturbereiche für Betrieb oder Lagerung. Es lohnt also auf die Temperaturkompensation zu achten und ggf. beim Hersteller diesbezüglich nachzufragen, da die Temperatur ein wesentlicher Faktor für eine erfolgreiche Messung ist.

Wirbelstromsensoren werden beispielsweise in Großanlagen, wie Steinmühlen oder Teleskopanlagen eingesetzt, die häufig mit hydrostatischen Lagern arbeiten. Dies sind Lagersysteme, die mittels externer Druckversorgung laufend mit flüssigem Schmierstoff versorgt werden. Dieser wird zwischen die Lagerflächen gepresst, welche somit stets durch einen dünnen Schmierfilm voneinander getrennt sind. Die Lagerflächen sind also keinerlei Reibung ausgesetzt und arbeiten dadurch nahezu verschleißfrei. Hierbei können Positionen im Sub-Mikrometerbereich angefahren werden. Ein Fehler in der Hydraulik (ein Absinken des Öldrucks) kann fatale Folgen haben. Er verursacht Schäden am Lager und dadurch einen Ausfall der Anlage, was mit hohen Wartungs- und Reparaturkosten verbunden ist. Der Ölspalt an hydrostatischen Lagern muss deshalb stets zuverlässig und sicher überprüft werden. Wirbelstrom-Sensoren der Serie eddyNCDT 3001 sind dafür bestens geeignet. Ihre Resistenz gegen Spritzöl, Wasser und hohe Temperaturen in Kombination mit der kompakten Bauweise macht sie zu idealen Partnern in diesen rauen Industrieumgebungen. Der Sensor wird am Lagerschuh montiert, wodurch er nicht direkt dem Öldruck im Lager ausgesetzt ist. Die Messung erfolgt durch den Ölfilm gegen die gegenüberliegende Lagerfläche. Der Sensor ist einfach zu installieren und damit auch für ältere Anlagen geeignet, die nachgerüstet werden müssen.

Beim eddyNCDT 3001 handelt es sich um einen neuartigen leistungsfähigen Wirbelstromsensor mit einem Formfaktor, der bisher induktiven Sensoren und Näherungsschaltern vorbehalten war. Der kompakte Sensor ist in einem M12-Gehäuse untergebracht und verfügt über eine integrierte Elektronik inklusive Temperaturkompensation und zeichnet sich durch einfache Bedienung aus. Damit ist der Sensor ideal geeignet für die OEM-Integration und Anwendungen im Maschinenbau. Darüber hinaus ist das eddyNCDT 3001 für Anwendungen im Offshore-Bereich bei Salzwasser geeignet.

Speziell in den Bereichen, in denen Druck, Schmutz, Öl und hohe Temperaturen auftreten, ist das eddyNCDT 3005 bestens geeignet. Es zeichnet sich durch einfache Bedienung und eine hohe Messgenauigkeit aus. Damit ist der Sensor prädestiniert für die OEM-Integration und für Anwendungen im Maschinenbau. Beim eddyNCDT 3005 handelt es sich um ein neuartiges leistungsfähiges Wirbelstrom-Messsystem zur schnellen und präzisen Wegmessung. Das System setzt sich aus einem kompakten M12-Controller, dem Sensor und einem integrierten Kabel zusammen und ist werkseitig auf ferromagnetische bzw. nicht ferromagnetische Materialien abgestimmt.

Sensoren und Controller des eddyNCDT 3005 sind temperaturkompensiert, wodurch die hohe Messgenauigkeit auch bei Temperaturschwankungen erreicht wird. Die Sensoren sind für Umgebungstemperaturen bis maximal +125°C ausgelegt und können optional für Temperaturen von -30 bis zu 180°C ausgeführt werden. Das Messsystem ist für einen Umgebungsdruck von bis zu 10 bar ausgelegt. Für Anwendungen mit größeren Stückzahlen sind kundenspezifische Spezifikationen möglich.

Wirbelstromsensoren von Micro-Epsilon vereinen mehrere Vorteile. Sie messen verschleißfrei und berührungslos mit höchster Präzision und Auflösung. Sie zeigen sich unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen, wie Schmutz, Druck oder schwankenden Temperaturen und sind daher geradezu ideale Partner in rauen Industrieumgebungen. Messungen erfolgen sehr schnell mit bis zu 100 kHz. Die vielzähligen Modelle erlauben außerdem die Auswahl des jeweils optimal geeigneten Sensors für die jeweilige Anwendung. ge

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Ortenburg

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Ein Video zum Thema:

http://t1p.de/70dz

Das Wirbelstromprinzip findet Anwendung bei Messungen an elektrisch leitenden Werkstoffen, die sowohl ferromagnetische als auch nicht ferromagnetische Eigenschaften haben können. Eine in ein Sensorgehäuse eingebaute Spule wird von hochfrequentem Wechselstrom durchflossen. Das elektromagnetische Spulenfeld induziert im leitfähigen Messobjekt Wirbelströme, wodurch sich der resultierende Wechselstromwiderstand der Spule ändert. Diese Impedanz-Änderung bewirkt ein elektrisches Signal, das dem Abstand des Messobjekts zur Sensorspule proportional ist. Wirbelstromsensoren erfassen berührungslos und verschleißfrei Abstände gegen metallische Objekte. Mit der Wirbelstromtechnologie ist der Anwender in der Lage, nanometergenaue Messungen durchzuführen. Die von der Sensorspule ausgehenden hochfrequenten Feldlinien dringen problemlos durch nichtmetallische Stoffe, wodurch Messungen sogar bei starker Verschmutzung, Druck und Öl ermöglicht werden. Diese besondere Eigenschaft erlaubt darüber hinaus die Messung auf metallische Objekte, die mit Kunststoff überzogen sind, wodurch z.B. Schichtdicken erfasst werden können.