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Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

http://www.micro-epsilon.com/

11.05.2012

eddyNCDT - Wirbelstrom Wegsensoren

Wirbelstrom Wegsensoren finden immer dann Einsatz wenn auf elektrisch leitenden Materialen bei anspruchsvoller Umgebung präzise gemessen werden soll. Das berührungslose Verfahren wird im Haus speziell auf das Targetmaterial linearisiert. Staub, Schmutz, Feuchte oder elektromagnetische Felder stören die Messung in keinster Weise.

Das Prinzip der Wirbelstrommessung gehört zu den berührungslosen Sensoren. Sie werden stets dann verwendet, wenn schnelle Wegänderungen erfasst werden sollen, keine Kräfte auf das Messobjekt ausgeübt werden dürfen, hochempfindliche Oberflächen eine Berührung nicht zulassen oder eine lange Lebensdauer der Sensoren gefordert wird.

Das Wirbelstromprinzip ist im eigentlichen Sinne dem induktiven Messverfahren zuzuordnen. Der Effekt zur Messung via Wirbelstrom beruht auf dem Entzug von Energie aus einem Schwingkreis. Diese Energie ist zur Induktion von Wirbelströmen in elektrisch leitfähige Materialien nötig. Hierbei wird eine Spule mit Wechselstrom gespeist, worauf sich ein Magnetfeld um die Spule ausbildet. Befindet sich ein elektrisch leitender Gegenstand in diesem Magnetfeld, entstehen darin – gemäß dem faradayschen Induktionsgesetz – Wirbelströme. Das Eigenfeld dieser Wirbelströme wirkt entsprechend der Lenz’schen Regel dem Feld der Spule entgegen, was eine Änderung der Spulenimpedanz nach sich zieht. Diese abstandsabhängige Impedanzänderung lässt sich durch Amplitudenänderung der Sensorspule als messbare Größe am Controller abgreifen.

Das Verfahren ist bei allen elektrisch leitenden Materialien einsetzbar. Da Wirbelströme Isolatoren ungehindert durchdringen, können sogar Metalle hinter einer isolierenden Schicht als Messobjekt dienen. Eine spezielle Spulenwicklung ermöglicht besonders kleine Sensorbauformen, die auch noch bei hohen Temperaturbereichen einsetzbar sind. Alle Wirbelstromsensoren sind unempfindlich gegen Schmutz, Staub, Feuchte, Öl und Druck.

Dennoch unterliegen Wirbelstromsensoren einigen Einschränkungen in der Anwendung. Für jede Applikation ist beispielsweise eine individuelle Linearisierung und Kalibrierung notwendig. Ebenso ist das Ausgangssignal von den elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Messobjekts abhängig.

Nichts desto trotz verhelfen aber genau diese Restriktionen dem Messprinzip eddyNCDT von Micro-Epsilon zu der hohen Auflösung von wenigen zehntel Nanometern. Derzeit sind Messbereiche mit wenigen 100 µm und knapp hundert Millimeter erhältlich. Je nach Messbereich können damit Baugrößen zwischen 2 mm und 140 mm erreicht werden.

 

Wegsensoren sind aus dem Maschinenbau nicht mehr wegzudenken. Sie werden verwendet, um verschiedene Bewegungen zu kontrollieren, Füllstände zu überwachen, um Produktqualitäten zu überprüfen uvm. Doch gerade in dieser Branche treffen Sensoren auf die unterschiedlichsten und härtesten Bedingungen, die es zu erfüllen gilt. So müssen Sensoren häufig in widrigen Umgebungen sicher arbeiten. Sie werden in Öl, bei heißen Dämpfen oder wechselnden Temperaturen verwendet. Genauso ist es aber möglich, dass Sensoren an stark vibrierenden Teilen, in starken elektromagnetischen Feldern verwendet werden oder ein gewisser Abstand zum Objekt nötig ist. Wichtige Einsatzkriterien sind Genauigkeit und Temperaturstabilität, Auflösungsvermögen und Grenzfrequenz. Genau deshalb rücken immer wieder andere Vorteile der verschiedenen Messverfahren in den Vordergrund. Sodass keine generelle Aussage über das optimale Messverfahren getroffen werden kann.

Wirbelstromsensoren werden unterteilt in Sensoren mit Schirmung und Sensoren ohne Schirmung. Bei geschirmten Sensoren wird durch eine separate Ummantelung ein engerer Verlauf der Feldlinien erreicht, sie sind unempfindlich gegenüber radial benachbarten Metallen. Bei ungeschirmten Sensoren treten die Feldlinien auch seitlich vom Sensor aus. Dafür ist der Messbereich in der Regel größer. Die richtige Montage ist maßgebend für die Signalqualität da benachbarte Objekte das Signal ganz entscheidend beeinflussen können.