Induktives Resonator-Messprinzip verzichtet auf magnetische Positionsgeber

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Resonator-Prinzip schafft Abhilfe

Turck hat jetzt neue Weg- und Winkelsensoren entwickelt, die alle dargestellten Nachteile der bislang eingesetzten Verfahren ausschalten. Die Sensoren basieren auf dem so genannten Resonator-Prinzip. Anders als bei magnetostriktiven Wegaufnehmern erfolgt die Positionserfassung nicht über einen magnetischen Positionsgeber, sondern über einen induktiven Resonator, also ein schwingfähiges System aus Kondensator und Spule. Das Funktionsprinzip: Eine im robusten IP67-Sensorgehäuse untergebrachte Sendespule generiert ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld, das den Schwingkreis im Positionsgeber anregt, woraufhin dieser eine Spannung in ein bzw. zwei Empfangsspulenpaare induziert. Da die Stärke der induzierten Spannung in Abhängigkeit zur Überlagerung der Empfangsspulen steht, kann ein interner 16-Bit-Prozessor daraus ein zur Position des Resonators lineares Ausgangssignal (0 bis 10V, 4 bis 20 mA, SSI) errechnen. Die hochgenauen Systeme haben eine Auflösung bis zu 1 µm bei den Linearwegsensoren der LI-Reihe und bis zu 0,005° bei Winkelmessern der RI-Familie.

Seine hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit erreicht der LI-Sensor durch einen besonderen technischen Kniff: Um die Flexibilität und die Messgenauigkeit zu erhöhen, haben die Turck-Entwickler den LI-Sensor mit jeweils einem groben und einem feinen Empfangsspulensystem ausgestattet. Das grobe Empfangsspulensystem lokalisiert zunächst den Positionsgeber mit einer geringen Genauigkeit und stellt fest, in welchem Segment sich dieser befindet. Nur in diesem Segment führt das feine System daraufhin eine erneute Messung durch, die aufgrund der geringen Segmentbreite jetzt eine hochpräzise Positionsbestimmung erlaubt. Der Vorteil dieses Verfahrens: Unabhängig von der Messbereichslänge hat der Sensor immer eine gleichbleibende Genauigkeit und Reproduzierbarkeit. Für die RI-Winkelsensoren reicht eine einfache Messung aus, um die hohe Auflösung zu erreichen.

Störsicheres Messsystem

Im Gegensatz zu magnetischen Positionsgebern ist das induktive Resonator-Funktionsprinzip nicht nur absolut unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen, wie sie beispielsweise von großen Motoren oder von Schweißanlagen erzeugt werden. Durch den Verzicht auf magnetische Elemente werden auch unerwünschte Span-Ansammlungen am Positionsgeber, die mit der Zeit die Sensorfunktion beeinflussen können, ausgeschlossen. Da der Sensorkörper vollständig geschlossen ist, beeinflussen selbst Schmutz oder Feuchtigkeit die Sensorfunktion nicht – ein Vorteil gegenüber mechanisch gekoppelten Potenziometerlösungen.

Dank der besonderen Anordnung der Empfangsspulen auf der Sensorplatine wird das Ausgangssignal darüber hinaus auch nicht durch den Abstand zwischen Sensor und Positionsgeber beeinflusst. Auftretende Messfehler durch Abstandsabweichungen bzw. axiale Abweichungen bis zu 4 mm werden auf diesem Weg effektiv verhindert und erhöhen die Prozesssicherheit.

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