Sensortechnik Sensoren für das Messen bei rauen Bedingungen

Autor / Redakteur: Stefan Stelzl / Udo Schnell

Wirbelstrom-Wegsensoren nehmen innerhalb der induktiven Wegsensoren eine Sonderstellung ein. Sie messen Weg, Abstand und Position mit hoher Genauigkeit und sind unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen wie Temperatur, Druck und Schmutz.

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Wirbelstromsensoren bringen auch bei Schmutz eine „saubere“ Leistung.
Wirbelstromsensoren bringen auch bei Schmutz eine „saubere“ Leistung.
(Bild: Micro-Epsilon)

Eine Besonderheit unter den induktiven Messverfahren stellen Wirbelstromsensoren von Micro-Epsilon dar. Sie liefern auch im rauen Industrieumfeld zuverlässige Messergebnisse mit höchster Präzision und hoher Bandbreite. Die Kompaktausführung Eddy-NCDT 3001 bietet nun noch größere Messbereiche und damit neue Anwendungsfelder.

Messverfahren für alle elektrisch leitenden Materialien

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. Dabei wird eine Spule mit Wechselstrom gespeist, worauf sich ein Magnetfeld um die Spule ausbildet. Befindet sich nun ein elektrisch leitender Gegenstand in diesem Magnetfeld, entstehen darin – gemäß dem faradayschen Induktionsgesetz – Wirbelströme, die ein Feld bilden. Dieses Feld wirkt dem Feld der Spule entgegen, was eine Änderung der Spulenimpedanz nach sich zieht. Diese Impedanz lässt sich als Änderung der Amplitude und der Phasenlage der Sensorspule als messbare Größe am Controller abgreifen.

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Das Verfahren ist zur Messung gegen alle elektrisch leitenden Materialien einsetzbar. Eine spezielle Spulenwicklung der Micro-Epsilon-Sensoren ermöglicht besonders kleine Sensorbauformen, die auch bei hohen Temperaturen einsetzbar sind. Weil Wirbelströme Isolatoren ungehindert durchdringen, können sogar Metalle hinter einer isolierenden Schicht als Messobjekt dienen.

Auch Staub, Schmutz und Öl beeinflussen die Messung nicht. Diese Unempfindlichkeit und der robuste, temperaturstabile Aufbau der Sensoren ermöglichen hochpräzise Messungen in schwieriger industrieller Umgebung.

Induktive Sensoren auf Wirbelstrombasis jetzt noch flexibler einsetzbar

Die Sensoren der Reihe Eddy-NCDT 3001 wurden speziell für Anwendungen entwickelt, bei denen herkömmliche induktive Wegsensoren an ihre Grenzen stoßen. Sie bieten einen Formfaktor, der bisher induktiven Sensoren und Näherungsschaltern vorbehalten war. Der kompakte Sensor verfügt über eine integrierte Elektronik und zeichnet sich durch seine einfache Bedienung aus. Die leistungsfähigen Wirbelstromsensoren Eddy-NCDT 3001 sind nicht nur mit M12-Gehäuse, sondern nun auch mit M18-Gehäuse verfügbar und decken Messbereiche von 2 bis 8 mm ab.

Aufgrund der unterschiedlichen Messbereiche eröffnen sich vielfältige Einsatzgebiete. Die Sensoren entsprechen der Schutzart IP67 und sind damit äußerst universell in der Automatisierung sowie im Maschinen- und Anlagenbau einsetzbar. Des Weiteren sind diese Sensoren temperaturkompensiert bis 70 °C. Wegen der einfachen Handhabung und Bedienung sowie des guten Preis-Leistungs-Verhältnisses sind sie insbesondere für den Serieneinsatz, OEM-Anwendungen und den Einsatz im Offshore-Bereich bei Salzwasser geeignet.

Besondere Merkmale im Vergleich zu herkömmlichen induktiven Sensoren sind die hohe Messgenauigkeit und Linearität und die hohe Grenzfrequenz von 5 kHz. Die Eddy-NCDT-Sensoren sind sowohl für Messungen auf ferro- als auch nicht ferromagnetischen Objekten, wie Alu und Stahl, abgestimmt, außerdem sind kundenspezifische Abstimmungen für andere Materialien möglich.

Überwachung des Ölspalts an hydrostatischen Lagern

Wirbelstrom-Wegsensoren 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. Dabei können Positionen im Sub-Mikrometerbereich angefahren werden.

Ein Fehler in der Hydraulik beziehungsweise 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. Deshalb muss der Ölspalt an hydrostatischen Lagern stets zuverlässig und sicher überprüft werden. Für diese Messaufgabe sind Wirbelstromsensoren der Serie Eddy-NCDT 3001 bestens geeignet. Der kompakte 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. Sensoren der Reihe Eddy-NCDT 3001 sind einfach zu installieren und damit auch für ältere Anlagen geeignet, die nachgerüstet werden müssen.

Zur Integration in Maschinen und Anlagen mit erhöhten Temperaturschwankungen hat Micro-Epsilon das Eddy-NCDT 3005 entwickelt. Beim Eddy-­NCDT 3005 handelt es sich um ein neuartiges, leistungsfähiges Wirbelstrom-Messsystem zur schnellen und präzisen Wegmessung. Es zeichnet sich durch einfache Bedienung, hohe Messgenauigkeit und ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis aus. Damit ist der Sensor prädestiniert für die OEM-Integration und für Anwendungen im Maschinenbau.

Temperaturkompensiertes Messsystem für ferro- und nicht ferromagnetische Stoffe

Das System setzt sich aus einem kompakten M12-Controller, dem Sensor und einem integrierten Kabel zusammen und ist werkseitig auf ferromagnetische beziehungsweise nicht ferromagnetische Materialien abgestimmt. Sensoren und Controller des Eddy-NCDT 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.

Generell gelten die Sensoren der Reihe Eddy-NCDT als extrem präzise und werden auch für Messungen mit Mikrometergenauigkeit eingesetzt. Die Wirbelstrom-Wegsensoren kommen bei Umgebungstemperaturen im Bereich von -40  bis über 200  °C zum Einsatz und zeigen sich unempfindlich gegen Temperaturschwankungen. MM

* Dipl.-Ing. Stefan Stelzl ist Produktmanager Sensorik bei der Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG in 94496 Ortenburg, Tel. (0 85 42) 1 68-0, Stefan.Stelzl@micro-epsilon.de

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