Messprinzip

Beim kapazitiven Messprinzip agieren Sensor und Messobjekt wie ein idealer Plattenkondensator. Bild: Micro Epsilon

Lösungen nach Schema F gibt es dabei nicht, weiß Micro Epsilon.

Wegsensoren müssen verschiedene Bewegungen kontrollieren, Füllstände überwachen und Produktqualitäten überprüfen. Doch gerade im Maschinenbau treffen Sensoren auf die unterschiedlichsten und härtesten Bedingungen: Ob in Öl, bei heißen Dämpfen oder wechselnden Temperaturen, an stark vibrierenden Teilen, in starken elektromagnetischen Feldern oder wenn ein gewisser Abstand zum Objekt nötig ist. Wichtige Einsatzkriterien sind unter dem Strich Genauigkeit und Temperaturstabilität, Auflösungsvermögen und Grenzfrequenz. Aufgrund der Unterschiedlichkeit der Einsatzgebiete rücken jedoch immer wieder unterschiedliche Vorteile der verschiedenen Messverfahren in den Vordergrund. Eine generelle Aussage über das optimale Messverfahren ist deshalb nicht möglich.

Das Prinzip Wirbelstrom

Wirbelstromsensoren

Mit Wirbelstromsensoren kann auch durch Kunststoff gemessen werden. Bild: Micro Epsilon

Das Wirbelstromprinzip ist 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 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 sie einigen Einschränkungen in der Anwendung. Für jede Applikation ist eine individuelle Linearisierung und Kalibrierung notwendig. Ebenso ist das Ausgangssignal von den elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Messobjekts abhängig. Dennoch verhelfen genau diese Restriktionen dem

Messprinzip eddyNCDT von Micro-Epsilon zu der hohen Auflösung von wenigen Zehntel Nanometern. Eine Anwendung für Wirbelstromsensoren befindet sich in einem vollautomatischen Schweißprüfstand. Dieser erfasst die Güte von Schweißnähten, die bei sich bewegenden Nahtflanken erstellt wurden. Relevant sind diese Ergebnisse für die Reparaturen an Brücken, die durch Wind und Wasser einer stetigen Bewegung unterliegen. In diesem Fall wurde als Sensor ein Wirbelstromsensor gewählt, weil nur bei diesem Verfahren die Messergebnisse durch die starken elektromagnetischen Felder des Schweißroboters nicht beeinflusst werden. Der Sensor erfasst die Nahtflankenbewegung mikrometergenau, bei einem Messbereich von vier Millimetern.