Intelligente Messsysteme und Sensoren in der Industrie

Inhaltsverzeichnis

1. Bedeutung von Messvorgängen
2. Welche Messtechniken und -verfahren gibt es?
3. Qualität des Messens: Auf die präzisen Werte kommt es an
4. Temperatursensoren
5. Optische Messungen in der Industrie
6. Prüf- & Messtechnik und Sensoren bei Bürklin Elektronik

Bedeutung von Messvorgängen

In technischen und automatisierten Prozessen werden zahlreiche physikalische Größen erfasst, umgewandelt und analysiert. Dem Ganzen liegt der Vorgang des Messens zugrunde: Messen ist der Abgleich einer unbekannten mit einer bekannten physikalischen Größe. Etwa betreffend Temperatur, Wärmemenge, Lautstärke, Spannung, Strom, Widerstand, Induktivität oder Kapazität.

Mit dem Ausbau automatisierter Prozesse in der Industrie gewinnt die elektrische Messung nicht-elektrischer Einheiten immer mehr an Bedeutung. Ein Sensor wandelt dabei die zu messende Größe in eine elektrische Größe um und verarbeitet diese. Dadurch kann das Signal schnell übertragen und weiterverwendet werden.

Welche Messtechniken und -verfahren gibt es?

Zu unterscheiden sind grundlegend vier Messverfahren: das direkte, das indirekte, das analoge und das digitale Messen.

1. Direktes Messen: Dabei wird der zu ermittelnde Messwert einer Größe direkt mit einem Bezugswert derselben Einheit verglichen. Man spricht von einem Vergleichsverfahren – etwa bei Spannungs- oder Strommessungen.
2. Indirektes Messen: Um dieses Verfahren anwenden zu können, muss der Zusammenhang zwischen der zu messenden und der zu vergleichenden Messgröße bekannt sein (zum Beispiel bei der Widerstandsmessung nach der Strom-Spannungsmethode).
3. Analoges Messen: Diese Messtechnik ist dann gegeben, wenn die Eingangsgröße durch den Vorgang des Messverfahrens, durch ein Gerät oder eine Vorrichtung in eine Ausgangsgröße umgewandelt wird. Die Ausgangsgröße ist dabei proportional zur Eingangsgröße.

Digitales Messen: Der Messwert wird in einen Digitalwert umgewandelt. Diese Messtechnik eignet sich etwa für die Übertragung von Daten über größere Entfernungen. Eine verlustarme Signalübertragung wird mit Hilfe von Lichtwellenleitern (LWL) möglich.

Qualität des Messens: Auf die präzisen Werte kommt es an

Bei Messvorgängen kommt es immer wieder zu Abweichungen. Dies ist durch unterschiedliche Ursachen zu begründen: Zum Beispiel kann das Messgerät falsch justiert worden sein, oder äußere Einflüsse wirken sich auf den Messwert aus. Um verfälschte Werte zu minimieren, braucht es zuverlässige und präzise Sensoren, dadurch können die physikalischen Größen so exakt wie möglich erfasst werden.

Im Bereich industrieller Anlagen oder Prozesse werden häufig Temperatursensoren integriert, die die Wärmeentwicklung in den elektronischen Geräten oder Maschinen überwachen. Besonders in diesem Anwendungsfeld sind genau arbeitende Sensoren wichtig, die einen reibungslosen Produktionsprozess sicherstellen. Durch das kontinuierliche Erheben und Auswerten der ermittelten Daten (= Messwerte) wird somit der Ausfall von Fertigungsstraßen, Produktionsmaschinen oder Schaltkreisen verhindert.

Temperatursensoren

Alle Arten von Sensoren, die dem Messen von Temperatur dienen, funktionieren nach zwei grundlegenden Prinzipien: Entweder sind es kontaktthermometrische (= berührende) oder pyrometrische (= berührungsfreie) Prüf- oder Erhebungsverfahren.

Typische Anwendungsgebiete von Temperatursensoren sind elektrische Geräte, Temperaturüberwachungsgeräte bei Schweiß- oder Lötarbeiten und die Steuerung (= Aktivierung und Deaktivierung) von Schaltkreisen.

Grundlegend misst der Sensor Hitze oder Kälte. Dabei wandelt er das Messergebnis in ein elektrisches Signal um. Dieses kann im Schaltkreis weitergeleitet werden und entsprechende Aktionen auslösen. Ein Beispiel ist das Deaktivieren eines Systems, wenn die Temperatur im elektronischen Gerät über einen kritischen Wert steigt. Daher spielen Temperatursensoren essenzielle Rollen beim Überwachen und Regeln der Temperatur in Elektrogeräten.

Methoden und Möglichkeiten der Temperaturmessung

• Ausdehnungsverfahren (= thermische Expansion): Ermittlung der geometrischen Form eines Festkörpers durch die vorherrschende Temperatur
• Widerstandsthermometer (= Thermistoren) nutzen die Temperaturabhängigkeit eines elektrischen Widerstandes für die Messung der Temperatur.
• Thermo-Spannungsmesser sind elektrische Leiter zur Erfassung der Wärmeentwicklung auf Basis des thermoelektrischen Effektes.
• Infrarotmessung: Die Infrarotstrahlung des Objektes (IR-Strahlung reicht von 0,7 μm bis 1.000 μm) wird gemessen.

Vor- und Nachteile von Temperatursensoren

Vorteile sind …

… das präzise Messen von Temperaturen.

… die Anwendung der Sensoren an schwer zugänglichen Messstellen und bewegten Teilen.

… der Einsatz in Temperaturbereichen bis zu 800 °C.

Nachteile sind …

… die komplexe Funktionsweise der Elektrobauteile.

… (häufig) die komplizierte Integration in elektronische Anlagen und auch der eher aufwendige Austausch beschädigter Sensoren.

Optische Messungen in der Industrie

Ebenfalls ein wichtiger Effizienzfaktor für die Industrie ist die optische Messtechnik. Im Gegensatz zum taktilen Messen werden beim optischen Messen die Objekte berührungslos mittels Licht abgetastet und erfasst.

Dem gesamten Messprozess liegt das physikalische Prinzip von Reflexion und Absorption zugrunde. So lassen sich Flächenausdehnungen vollständig ermitteln, etwa in der Luftfahrt und in der Medizintechnik. Mithilfe der optischen Sensoren werden Bauteile präzise vermessen und kontrolliert. In nur wenigen Sekunden können mehrere Messpunkte erfasst werden.

Im Bereich der optischen Sensoren bietet Bürklin Elektronik umfangreiche Produktlösungen, wie beispielsweise den optischen Sensor der Produktserie TCTST2103 mit Foto-Transistor-Ausgang. Weiters relevant in der optischen Messtechnik ist die Gabellichtschranke EE-SX673 für präzise Messungen – etwa im Rahmen der Integration in Motoren, für die Drehzahl-Erfassung.

Prüf- & Messtechnik und Sensoren bei Bürklin Elektronik

Bürklin Elektronik bietet ein umfangreiches Sortiment an spezifischen Produktlösungen für unterschiedliche Industriebereiche. Ob für die Luft- und Raumfahrt, die Medizintechnik oder die Automobilindustrie: Die leistungsstarken Messgeräte und Sensoren erfüllen die vielfältigen Anforderungen in den jeweiligen Einsatzgebieten.

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