Längenmessung
Längenmessung
Längenmessung
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Einführung in die physikalischchemischen<br />
Übungen<br />
L.V. – Nr.: 646.521<br />
SS , 2-stündig<br />
Univ.Prof. Dr. V. Ribitsch
Einführung, Experiment, Messen<br />
Maßsysteme, SI – Einheiten<br />
Messen, Genauigkeit, Auflösung ...<br />
Fehler, Fehlerfortpflanzung, Statistik<br />
Lehrstoff<br />
Messsysteme,<br />
Sensoren, Wandler, Anzeigeinstrumente<br />
Analoge – digitale Messung, A/D Wandlung<br />
Übertragungs-Codes<br />
Länge, Fläche, Volumen,<br />
Kraft, Gewicht, Masse, Dichte<br />
Temperatur, Wärme<br />
Druck<br />
pH<br />
Konzentration (Photometrisch, LF, RI, US,<br />
Fluoreszenz)<br />
Elektrische Größen (Strom,<br />
Spannung, Widerstand)<br />
Zeit, Frequenz<br />
Lichtintensität, Potomuliplier<br />
Diode, Verstärker<br />
LED, Phototransistor
Mechanische <strong>Längenmessung</strong><br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
Elektrische Sensoren<br />
1. Ohmsche <strong>Längenmessung</strong> – Dehnmess-Streifen<br />
2. Kapazitive Abstands bzw. <strong>Längenmessung</strong><br />
3. Induktive <strong>Längenmessung</strong><br />
Wellen - Optische Sensoren<br />
1. Mikroskop<br />
2. Interferenz<br />
3. Elektronen-Mikroskop<br />
4. andere
LÄNGENMESSUNG
<strong>Längenmessung</strong>
Auflösungsvermögen<br />
menschliches Auge •<br />
Strukturen der<br />
Mikroelektronik<br />
Lichtmikroskop •<br />
Elektronenmikroskop •<br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
Länge in m<br />
Lichtwege<br />
Gesamtlänge der •<br />
Blutkapillaren des Menschen<br />
Flughöhe von: Satelliten •<br />
Raketen •<br />
Ballons •<br />
Flugzeugen •<br />
technische Geräte,<br />
Maschinen<br />
sichtbares Licht<br />
Poren in<br />
Molekularsieb<br />
Elementarlänge<br />
Plancklänge = 10 -35 m<br />
• Radius des Weltalls<br />
• entfernteste Galaxie<br />
Durchmesser<br />
von Galaxien<br />
Bahndurchmesser von Planeten<br />
Riesen und<br />
Überriesen<br />
• Entfernung<br />
Erde - Sonne<br />
Sterne der • Entfernung<br />
Hauptreihe Erde - Mond<br />
Größe von Planeten • Erdradius<br />
Weiße Zwerge • Durchmesser<br />
großer Städte<br />
Neutronensterne<br />
• hohe Berge / Flüsse<br />
Meteoriten<br />
Säugetiere<br />
Insekten<br />
• größte Eizelle<br />
• Haardicke<br />
Bakterien<br />
biologische Zelle<br />
org.<br />
Vieren Zellmembran<br />
Moleküle<br />
Reichweite chemischer<br />
Bindungen, Atome<br />
Atomkerne • starke Reichweite der<br />
• schwache Wechselwirkungen<br />
• Elektron<br />
unter 10 -31 m werden<br />
neue Qualitäten erwartet
Nonius<br />
Nonius Nulleinstellung<br />
Hauptskala<br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
Schublehre<br />
Mikrometerschraube<br />
Einstellung (11 + 13/20)mm = 11,65mm<br />
Einstellung<br />
(6,5 ≅ 13/20)mm
<strong>Längenmessung</strong><br />
Dieses Beispiel zeigt 3,4 mm<br />
Dieses Beispiel zeigt 2,5 mm<br />
Nutzung einer<br />
Noniusskala auf dem<br />
Schieber einer<br />
Schiebelehre.<br />
Ablesen der<br />
Millimeterbruchteile<br />
erfolgt an dem ersten<br />
Strich dieser Hilfsskala ,<br />
der mit einem<br />
Millimeterstrich fluchtet.
LÄNGE /1<br />
früher Pt/ Ir Prototyp<br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
Das Meter ist das 165076,73 fache der Wellenlänge jener Strahlung, die<br />
das Nukleid 86 Kr beim Übergang 5d5 – 2p10 im Vakuum ausstrahlt<br />
Auge: Auflösung 20 um = 20*106 m = 0.02 mm
<strong>Längenmessung</strong><br />
Mechanische Wegaufnehmer / Längen – Messsysteme<br />
Auflösung limitiert durch Flächenpressung und Temperaturabhängigkeit<br />
Maßstab<br />
Schiebelehre<br />
Mikrometerschraube, Innentaster<br />
Noniuseinteilung zur verbesserten Auflösung<br />
Mechanisch – optische Wegaufnehmer
<strong>Längenmessung</strong><br />
Mechanisch - Optische Wegaufnehmer /1<br />
Digitale Maßstäbe geben eine absolute Weginformation aus, d.h. jedes Weginkrement<br />
hat einen eigenen Strichcode. Dadurch „weiß“ der Maßstab auch direkt nach<br />
dem Einschalten wo er sich gerade befindet.<br />
Gray - Code
<strong>Längenmessung</strong><br />
Mechanisch - Optische Wegaufnehmer /1<br />
Bei inkrementellen Maßstäben ist das nicht so. Sie arbeiten mit einheitlichen Inkrementen<br />
die gezählt und aufsummiert werden müssen. Da daraus keine absolute<br />
Position ermittelt werden kann, enthalten inkrementelle Maßstäbe mindestens eine<br />
Referenzstelle, z.B. genau in der Mitte des Maßstabes. Diese wird dann für das Zählen<br />
und Aufsummieren der Inkremente als Ursprung verwendet.<br />
Inkrementelle Maßstäbe: Aufteilung typisch: 10 bis 500 Striche /mm<br />
Inkrementeller Wegsensor, Aufbauskizze. Lichtintensität i über der Verschiebung x bei<br />
inkrementellem Wegsensor.
<strong>Längenmessung</strong><br />
Mechanisch Optische Wegaufnehmer /2:<br />
Die Lichtquelle durchleuchtet Glasmaßstab und Abtastscheibe, so dass sich bei einer<br />
Relativbewegung die Hell- und Dunkelbereiche der beiden abwechselnd überlagern.<br />
Dadurch entsteht auf der Fotodiode der gezeigte Intensitätsverlauf über dem Verfahrweg.<br />
Dieser Verlauf kann nun noch bis zu 100-fach interpoliert werden, so dass man Inkremente<br />
erhält, die einem Hundertstel der Strichteilung des Maßstabes entsprechen. Durch das<br />
Zählen dieser Inkremente erhält man die gewünschte Längeninformation.<br />
Richtungsunterscheidung:<br />
Statt nur einer Teilung auf der Abtastscheibe werden vier Teilungen, welche um je 1/4<br />
Periode versetzt sind (0°, 90°, 180°, 270°), und auch vier Fotodioden verwendet.<br />
Lichtintensitäten:<br />
(Differenz der Ströme der 0°-Spur zur 180°-Spur direkt durch Verschaltung der Dioden<br />
erzeugt.)<br />
Verschaltung zweier Fotodioden zur<br />
Differenzbildung.<br />
AB
<strong>Längenmessung</strong><br />
Mechanisch Optische Wegaufnehmer /3:<br />
Aus der Phase zwischen i 1 und i 2 ist die Richtung der Verschiebung erkennbar.<br />
Abbildung der Phasen bei Differenzmessung von je zwei Dioden.
1. Ohmsche <strong>Längenmessung</strong> / 1<br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
� Drahtgewickelte Potentiometer (linear und kreisförmig; teuer,<br />
veraltet). Sie bestehen aus einer Drahtwickelung auf einem Metalloder<br />
Keramikträger. Von Windung zu Windung tritt hierbei ein<br />
Stufensprung auf. Kleine Drahtstärken < 0.01 mm sind zu teuer.<br />
Zur Erreichung bester Qualität wickelt man in eine eingeschliffene<br />
Rille.<br />
Als Drahtlegierung verwendet man Konstantan, Manganin und<br />
Zeranin. Es soll möglichst "keine" Temperaturabhängigkeit des<br />
Widerstands vorhanden sein.<br />
Für Präzisionswiderstände verwendet man große<br />
Wickeldurchmesser, um mechanische Spannungen - und damit<br />
Relaxation und daraus folgende Instabilität - klein zu halten.<br />
Will man eine "beliebige" Auflösung erreichen, verwendet man<br />
anstatt der Drahtwickel eine kontinuierliche Schicht aus leitfähigem<br />
Plastikmaterial mit Graphit und Kohlebeimengungen. Hier kommt<br />
es jedoch vor, dass die Mischung nicht ideal ist und dadurch<br />
Widerstandsschwankungen über der Länge entstehen.<br />
Weitere Baumöglichkeiten:<br />
Cermet, Dünnfilm (ähnliche Probleme).<br />
Schleifkontakt<br />
Drahtwiderstand
1. Ohmsche <strong>Längenmessung</strong> /2<br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
� Geeignete Aufnehmer<br />
- möglichst keine Temperaturabhängigkeit des Widerstandes<br />
- Homogenität des Materials<br />
- Verschleißfestigkeit gegen mechanischen Abrieb<br />
- Rauschen<br />
- Thermospannungen<br />
� Anforderungen an das Material eines ohmschen Längenfühlers<br />
- keine "beliebige" Auflösung beim gewickelten Drahtpotentiometer<br />
- mechanischer Abrieb<br />
- Schwankungen des Widerstandsgradienten über der Länge (Inhomogenitäten)<br />
- Temperaturabhängigkeit des Widerstandes<br />
- Im µm-Bereich nicht einsetzbar<br />
+ einfach<br />
+ einfacher Zusammenhang zwischen Messwert und Messgröße
2. Dehnmessstreifen /1<br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
Der Dehnmessstreifen ist ein häufig verwendeter, ohmscher Messgeber (kleine<br />
relativen Dehnung (ε>10 -5 )) . Mäander von Widerstandsdraht aus Konstantan ( 60% Cu,<br />
40% Ni), PtIr oder Pt auf isolierender Trägerfolie (z.B. Polyamid) mit Lötaugen. Der<br />
Widerstand R beträgt z.B. 100 Ω oder 1000 Ω je nach Ausführung geätzt, aufgedampft<br />
oder gesputtert.<br />
Sie sind direkt auf dem Werkstück applizierbar.<br />
DMS-Prinzip-Skizze.
2. Dehnmessstreifen /2<br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
Messschaltung:<br />
Bei der Messung schaltet man vier gleiche Dehnmessstreifen in einer Brücke zusammen<br />
(Beste Variante). Das sieht z.B. bei einem Zugstab folgendermaßen aus:<br />
Vorderseite Rückseite<br />
Anordnung von DMS<br />
an einem Zugstab.<br />
ε 1= ε zug = ε 3<br />
Zug:<br />
ε 2 = −µ ⋅ ε zug = ε 4<br />
Zug / Druck – Messung.<br />
Bei dieser rein ohmschen Brücke ist Gleich- oder Wechselstromspeisung möglich.<br />
Die Möglichkeit mit Wechselstrom ist aufwendiger, die Ergebnisse sind aber besser.<br />
Die Gleichstromspeisung ist einfach und somit auch billiger.<br />
Genutzt wird diese Verschaltung für Dehnungen ε>10 -5 .
2. Dehnmessstreifen /3<br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
ln R = ln ρ + lnl – lnq<br />
Die relative Widerstandsänderung dR/R durch logarithmieren und<br />
differenzieren nach R<br />
für kleine Änderungen:<br />
∆R<br />
∆ρ<br />
∆l<br />
∆q<br />
= + −<br />
R ρ l q<br />
1 dρ<br />
=<br />
R ρ*<br />
dR<br />
+<br />
dl<br />
ldR<br />
∆ρ wird als 0 angenommen<br />
Längenänderung und Querkontraktion im Zusammenhang:<br />
−<br />
dq<br />
qdR<br />
∆R<br />
∆l<br />
∆d<br />
/ d<br />
= ( 1 + 2µ<br />
), µ = ≈ 0.<br />
5<br />
R l<br />
∆l<br />
/ l
2. Dehnmessstreifen /4<br />
Wheatstone´sche Brücke<br />
R<br />
A<br />
RB<br />
= R1<br />
= U D<br />
R<br />
2<br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
= 0<br />
nicht abgeglichener Brücke bei kleinem ∆U linearer Zusammenhang mit ∆Ra<br />
∆R<br />
∆U<br />
= U<br />
1 >><br />
∆R<br />
+ R1<br />
A<br />
A R RA<br />
Dehnmessstreifen ein Widerstand der Brücke !!!<br />
Anwendungen: Waagen, technische Bauteile, Fahrzeuge Konstruktionselemente,<br />
schwingende Systeme
2. Dehnmessstreifen /5<br />
Vor- und Nachteile<br />
+ relativ einfache Anwendung<br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
+ direkt an der interessanten Stelle des Bauteils anwendbar<br />
+ hohe Auflösung<br />
- Kriechen des Widerstandsmaterials<br />
- Kriechen der Klebeschicht<br />
- hochwertige, feuchtigkeitsdichte Abdeckung erforderlich<br />
(darauf bei besonderen Anforderungen noch eine Metallfolie)
2. Dehnmessstreifen /6<br />
Hintergrund zur Widerstandsänderung /1<br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
Der Widerstand eines Drahtes mit der Länge l, dem Durchmesser d, der<br />
Querschnittsfläche A = πd²/4 und dem spezifischen Widerstand ergibt sich zu<br />
lρ<br />
4lρ<br />
= = 2<br />
A πd<br />
Wird der Draht (einachsig) gedehnt, so ändern sich l, A und wegen der mit der<br />
Gestaltänderung verbundenen Verschiebung in der Gitterstruktur auch der spezifische<br />
Widerstand ρ und damit der gesamte Widerstand R.<br />
Sind diese Änderungen infinitesimal klein, so kann mittels des totalen Differentials<br />
folgender Zusammenhang zwischen der Änderung dR des elektrischen Widerstandes und<br />
diesen sehr kleinen Änderungen berechnet werden.<br />
4ρ<br />
4l<br />
dR =<br />
d l + 2<br />
πd<br />
πd<br />
2<br />
8lρ<br />
d l − d d<br />
πd3
2. Dehnmessstreifen /7<br />
Hintergrund zur Widerstandsänderung /2<br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
Werden die infinitesimal kleinen Änderungen dR, dρ, dl und dd der Größen R, ρ, l und d in<br />
der vorigen Gleichung durch die immer noch kleinen Änderungen ∆R, ∆ρ, ∆l und ∆d, mit<br />
∆ρ « ρ, ∆l « l und ∆R « R ersetzt, so folgt mit guter Genauigkeit die relative<br />
Widerstandsänderung ∆R/R<br />
∆R<br />
∆l<br />
∆d<br />
= − 2<br />
R l d<br />
Bei einer Dehnung ε = ∆l/l in Längsrichtung des Drahts verändert sich der Durchmesser<br />
um den Betrag εq=∆d/d=-ε (Poissonzahl µ=εq/ε)<br />
+<br />
∆ρ<br />
ρ<br />
∆R<br />
∆ρ<br />
∆ρ<br />
= ε + 2µε<br />
+ = ( 1+<br />
2µ<br />
) ε +<br />
R<br />
ρ<br />
ρ<br />
Dividiert man diese Gleichung durch ε, so ergibt sich der (dimensionslose) k-Faktor, der<br />
das Verhältnis von Widerstands- zu Längenänderung angibt:<br />
∆R<br />
/ R ∆ρ<br />
/ ρ ∆R<br />
k = = 1+<br />
2µ<br />
+ ⇔ = k ⋅ε<br />
ε<br />
ε R
2. Dehnmessstreifen /8<br />
Hintergrund zur Widerstandsänderung /3<br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
Setzt man für metallische Werkstoffe µ = 35%, so erhält man für den k-Faktor<br />
k<br />
= 1, 7<br />
Bei Dehnungsmessstreifen aus Metall liegt der k-Faktor bei etwa 2. Für Konstantan wird<br />
k = 2,05 angegeben.<br />
Von der relativen Widerstandsänderung ∆R/R geht also nur ein geringer Beitrag auf die<br />
Änderung des spezifischen Widerstands zurück.<br />
Im Gegensatz dazu weisen Halbleiter-DMS, bei denen der Dehnungsaufnehmer aus<br />
dotiertem Silizium oder Germanium besteht, k-Faktoren von –100 bis +180 auf.<br />
Hier überwiegt bei weitem die Änderung des spezifischen Widerstands. Allerdings ist der<br />
k-Faktor bei Halbleiter-DMS deutlich stärker abhängig von der Temperatur.<br />
Die Beziehung zwischen k-Faktor und Dehnung ist also nichtlinear.<br />
+<br />
∆ρ<br />
ερ<br />
AB
akt. Gitterlänge<br />
2. Dehnmessstreifen /9<br />
Bauarten /1<br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
Ursprüngliche Form: Draht-DMS<br />
Zwischen zwei harzgetränkte Papierstreifen wird ein gerader, zu einem Mäander geformter<br />
oder um einen dritten Streifen zu einer flachen Spule gewickelter Draht geklebt.<br />
Heutige Form: Folien-DMS<br />
Er wird wie eine gedruckte Schaltung hergestellt. Auf einem Träger aus Kunststofffolie wird<br />
aus einer Metallschicht das Messgitter herausgeätzt und mit einer weiteren<br />
Kunststoffschicht abgedeckt.<br />
Messgitter<br />
Verschiedene Bauarten<br />
a: Drahtstreifen, flach gewickelt<br />
b: Drahtstreifen, rund gewickelt<br />
c: Folienmessstreifen<br />
d: Halbleiterstreifen<br />
Halbleiterelement<br />
Lagemarkierungen<br />
Anschlüsse<br />
Messgitter<br />
Prinzip eines Folien-DMS<br />
Deckschicht<br />
Messgitterträger<br />
AB
2. Dehnmessstreifen /10<br />
Bauarten /2<br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
Einsatz der verschiedenen Bauarten<br />
Für Messungen bei hohen Temperaturen gibt es Draht- oder Folien-DMS mit abnehmbarem<br />
(Hilfs-) Träger.<br />
Um Dehnungen in verschiedenen Richtungen zu messen, verwendet man DMS-„Rosetten“,<br />
die mehrere Messgitter in verschiedenen Richtungen tragen.<br />
Spezialausführungen sind z.B. Rosetten zur Messung der radialen und tangentialen<br />
Dehnung einer Membran (in Druckaufnehmern) oder zur Messung von<br />
Spannungszuständen in einer bestimmten Messobjektrichtung.<br />
90° - Rosetten in Draht- und Folienausführung<br />
AB
<strong>Längenmessung</strong><br />
3. Kapazitive Abstands bzw. <strong>Längenmessung</strong> /1<br />
System zur Messung des Abstands zweier Metallplatten in Luft<br />
Kapazität eines Plattenkondensators:<br />
A<br />
C = ε 0 ⋅ε<br />
⋅<br />
x<br />
Kondensatorfläche in diesem Fall:<br />
A = 2⋅ ∏⋅r<br />
Daraus ergibt sich die Kapazität des<br />
Plattenkondensators in Abhängigkeit<br />
der Spaltweite x:<br />
2⋅ ∏⋅r<br />
C = ε0<br />
⋅ε<br />
⋅<br />
x<br />
2<br />
2<br />
Kap. Abstandsmessung.
4. Induktive <strong>Längenmessung</strong> /1<br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
� Beispiel einer Variante eines Längenmess-Tasters:<br />
(Gehäuse, Tasterführung und Elektronik sind nicht gezeichnet)<br />
Weg-Sensor mit 2 Spulen.<br />
Diese Wicklung<br />
erzeugt U2<br />
Speisewicklung<br />
Diese Wicklung<br />
erzeugt U1
4. Induktive <strong>Längenmessung</strong> /2<br />
<strong>Längenmessung</strong><br />
� Der Differentialtransformator<br />
(LVDT = Linear Variable Differential Transducer):<br />
Differentialtransformator ( LVDT).<br />
Dies ist keine Brücke! Die Spannung U1-U2<br />
wird durch gegensinnige Reihenschaltung<br />
der beiden Sekundärwicklungen erzeugt.<br />
Vorteil: Es sind keine zusätzlichen<br />
Widerstände erforderlich.<br />
(d.h. bei gleicher Qualität kleiner und billiger).<br />
AB
Weglängenmessung /1<br />
Induktive Messverfahren<br />
Die meisten induktiven Wegaufnehmer arbeiten nach dem Prinzip der Differentialdrossel<br />
(induktive Halbbrücken). Sie basieren auf der Tatsache, dass sich die Induktivität einer<br />
Spule ändert, wenn die magnetische Permeabilität des Materials in der Spule variiert.<br />
Sie finden häufig Anwendung in verschmutzter Umgebung sowie für kleinere Weglängen<br />
von einem Millimeter bis zu einem halben Meter.<br />
Aufbau:<br />
Ein induktiver Wegaufnehmer besteht im wesentlichen aus zwei miteinander<br />
verbundenen Spulen, die in einem Metallzylinder dicht und vibrationssicher eingegossen<br />
sind. Die Längsachse des Metallzylinders und die Bewegungsrichtung des Messobjekts<br />
müssen parallel zueinander verlaufen oder die Bewegung muss durch eine<br />
entsprechende Mechanik in eine zum Zylinder achsparallele Bewegung umgewandelt<br />
werden. Durch den Zylinder wird ein Stößel mit einem Kern geführt, der mit dem<br />
bewegten Körper möglichst starr verbunden ist.<br />
AB
Weglängenmessung /2<br />
Induktive Messverfahren<br />
Schematischer Aufbau eines induktiven Wegaufnehmers<br />
Der Metallzylinder und der Kern bestehen meistens aus einem Material mit sehr großer<br />
magnetischer Permeabilität µ r (z.B. Mu-Metall 75 Ni-Fe: µ r ~9*10 4 , im Vergleich dazu<br />
Gase: µ r ~1), um eine möglichst große Induktivitätsänderung schon bei kleiner<br />
Auslenkung zu erreichen.<br />
Die Änderung der Induktivität wird durch eine entsprechende elektronische Schaltung<br />
registriert und z.B. in ein Spannungssignal umgewandelt.<br />
AB
Weglängenmessung /3<br />
Hintergrund der Induktivitätsmessung<br />
Induktive Messverfahren<br />
Die Induktivität L einer langen zylinderförmigen Spule ist nur von der Spulengeometrie<br />
und der magnetischen Permeabilität µ r des umgebenden Materials abhängig.<br />
L<br />
=<br />
f<br />
µ 0µ An<br />
N<br />
⋅<br />
l<br />
r 2<br />
Dabei stellen l die Länge, A n den Querschnitt und N die Anzahl der Windungen der<br />
Spule dar.<br />
Der dimensionslose Parameter f kennzeichnet den sogenannten Spulenformfaktor, der<br />
je nach Geometrie zwischen 0 und 1 liegt. µ 0 ist die magnetische Feldkonstante und µ r<br />
die magnetische Permeabilitätszahl des von der Spule eingeschlossenen Materials.<br />
Entsprechend der Eintauchtiefe des Kerns in die Spule, nimmt die Induktivität L den<br />
zugehörigen Anteil zwischen minimaler und maximaler Induktivität an.<br />
Zweckmäßigerweise wählt man die Länge des Kerns gleich der Länge einer der beiden<br />
Spulen.<br />
AB
Induktive Näherungsschlalter /1<br />
Induktive Messverfahren<br />
Induktive Näherungsschalter sind berührungslos arbeitende Positionsschalter, die auf die<br />
Anwesenheit eines Messobjekts im überwachten Bereich reagieren.<br />
Sie sind weitgehend unempfindlich gegenüber Umgebungseinflüssen und enthalten keine<br />
mechanischen Verschleißteile.<br />
Deshalb werden sie bevorzugt für Aufgaben eingesetzt, die eine hohe Lebensdauer,<br />
Schalthäufigkeit, Schaltgeschwindigkeit und Zuverlässigkeit erfordern.<br />
Aufgrund ihrer Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungseinflüssen und ihrer einfachen<br />
Funktionsweise ist ihr Einsatz sehr wirtschaftlich und sie sind daher weit verbreitet.<br />
Eine Einschränkung in ihrer Verwendung ergibt sich nur aufgrund des induktiven Prinzips,<br />
das sie nur auf metallische Messobjekte ansprechen lässt. Die Schaltabstände der gängigen<br />
Näherungsschalter liegen zwischen wenigen Zehntel- und ca. 50 Millimetern.
Induktive Näherungsschlalter /2<br />
Induktive Messverfahren<br />
Aufbau:<br />
Ein induktiver Näherungsschalter besteht im wesentlichen aus einer Spule, einem<br />
Ferritkern und angeschlossener Elektronik. Diese Elemente sind wie beim<br />
induktiven Weglängenaufnehmer dicht und vibrationssicher in einem Metallgehäuse<br />
eingegossen.<br />
Schematische Darstellung eines induktiven Näherungsschalters
Induktive Näherungsschlalter /3<br />
Induktive Messverfahren<br />
Funktionsweise:<br />
Die Elektronik erzeugt ein hochfrequentes Signal, das von der Spule in ein Magnetfeld<br />
gleicher Frequenz umgesetzt wird. Der elektronische Aufbau basiert auf einem<br />
bedämpften elektrischen Oszillator-Schaltkreis, welcher die Spule als ein<br />
Oszillatorelement enthält. Der Ferritkern ist so geformt, dass der größte Teil der<br />
Magnetfeldlinien in ihm geführt wird. Nur in Messrichtung ist der Kern offen, so dass die<br />
Magnetfeldlinien aus dem Gehäuse austreten können und vor dem Näherungsschalter ein<br />
Messfeld bilden.<br />
Mit zunehmendem Abstand vom Schalter nimmt die Flussdichte des Magnetfelds immer<br />
mehr ab, so dass auch die Empfindlichkeit für ein Messobjekt immer kleiner wird.<br />
Befindet sich ein Messobjekt innerhalb des Schaltabstands, induziert das Magnetfeld<br />
Ströme im Messobjekt. Auswirkungen dieser Ströme werden von der Elektronik registriert<br />
und führen zur Änderung des Schaltzustands des Sensors.
Induktive Näherungsschlalter /4<br />
Darstellung einiger<br />
induktiver<br />
Näherungsschalter<br />
Induktive Messverfahren
I<br />
Winkel – Messung<br />
� Potentiometrisch<br />
� Induktiv<br />
� Incremental<br />
� Absolut
Flächen - Messung<br />
� Planimetrieren<br />
� Integration<br />
� Wägen
Volumen - Messung<br />
� Pipetten<br />
� Büretten<br />
� Wägen bei bekannter Dichte