Wegsensoren, Wegaufnehmer und Linearsensoren

Linearpotentiometer, magnetische Wegaufnehmer und optische Messtaster

 Ratgeber Wegsensoren


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Messprinzip der Wegmessung mit Wegsensoren

Wegsensoren wandeln "Bewegungen“ in elektrische Signale um. Der Weg wird mechanisch linear mit einer Schubstange oder einem geführten oder freien Betätiger zurückgelegt.
Im Wegaufnehmer wird der mechanische Messweg über ein Sensorelement elektrisch erfasst (elektrischer Messweg) und in elektrische Signale umgewandelt. Die elektrische Signalerfassung ist dabei abhängig vom Messprinzip bzw. von der Sensortechnologie. Die erfassten Signale werden entweder als Analogsignale direkt zur Weiterverarbeitung oder über eine interne Signalaufbereitung (Messverstärker / Messwertwandler) an einen Messwertaufnehmer weitergegeben.
Diese Signale stellen den erfassten Messweg dar. Wegmesssysteme werden in allen Bereichen der Industrie und Medizintechnik eingesetzt. Überall dort, wo lineare mechanische Bewegungen in elektrische Signale zur Weiterverarbeitung für Steuerungsaufgaben, Abstandsmessungen und Positionserfassungen benötigt werden.


Wegsensortechnologien

Für die lineare Wegmessung stehen Wegaufnehmer mit fünf verschiedenen Messprinzipien zur Verfügung:


Potentiometrisch

Ein Linearpotentiometer ist ein passives Bauelement, dessen Widerstandswert stufenlos eingestellt werden kann. Über die Widerstandsbahn wird der Schleifer geführt, der in Abhängigkeit von seiner Stellung den Widerstandswert abgibt. Dazu besitzt das Linearpotentiometer drei Anschlüsse. Zwei für den Widerstand und einen für den Abgriff.
Anwendungsbeispiel: Spritzgießmaschine, Pneumatik, einfache Pressen

  • Einfaches Sensorprinzip, meist ohne Elektronik
  • Messwert sofort verfügbar
  • Auflösung nahezu unendlich
  • Preiswert und sehr viele differenzierte Bauformen
  • Arbeitet mit geringen Spannungen (geringer Stromverbrauch)
  • Arbeitet verschleißbehaftet
  • Sensorische Eigenschaft verändert sich im Laufe des Betriebs
  • Unempfindlich gegen magnetische Störfelder

Magnetostriktiv

Der Sensor besteht aus einem robusten Gehäuse, einem Wellenleiter im Inneren, einem Permanentmagneten, der die erzeugten Impulse ablenkt und einem Wandler, der die zurücklaufenden Schwingungen in ein elektrisches Signal umwandelt. Daraus wird die Position des Magneten durch Magnetostriktion ermittelt.
Anwendungsbeispiel: Spritzgießmaschine, Hydraulikzylinder, Pressen, Tankfüllstandsmessung, Walzwerke

  • Dichter Sensor (hoher IP-Schutz) mit Elektronik
  • Kontaktloses Messprinzip
  • Wartungs- und verschleißfrei
  • Langlebig, konstante Genauigkeit
  • Lange Messwege bis zu 4000 mm
  • Unempfindlich gegen Schock und Vibration
  • Hohe Druckfestigkeit – ideal für hydraulisch bewegte Achsen
  • Unempfindlich gegenüber einigen chemischen Medien
  • Aber empfindlich gegen magnetische Störfelder

Induktiv (LVDT)

Der LVDT ist ein analoger Sensor, in dem ein Spulensystem - bestehend aus einer Primärspule und zwei Sekundärspulen - arbeitet. Diese wandeln die lineare Bewegung in elektrische Signale um.
Anwendungsbeispiel: Taster, Qualitätsüberwachung, Fertigungsautomation, Lebensmittelproduktion

  • Dichter Sensor (hoher IP-Schutz) mit oder ohne Elektronik
  • Sehr gute Linearität
  • Erfassung kleiner Messwertänderungen
  • Auflösung nahezu unendlich
  • Lange Lebensdauer, konstante Genauigkeit
  • Wartungs- und verschleißfrei
  • Geeignet für hohe Dynamik
  • Nullpunkt ist reproduzierbar
  • Signalausgang absolut
  • Unempfindlich gegenüber vielen chemischen Medien
  • Aber empfindlich gegen magnetische Störfelder

Hall-Effekt

Hallsensoren verwenden einen Permanentmagneten, der auf einem beweglichen Stößel platziert ist. Auf dem Verfahrweg befinden sich ein oder mehrere Hall-ICs. Sie messen die Feldstärke entlang des Weges und identifizieren die Position des Magneten und damit die Länge der Messstrecke.
Anwendungsbeispiel: Positionserfassung bei Aufzügen oder Scharnieren, bei beengtem Bauraum

  • Kontaktloses Messprinzip
  • Wartungs- und verschleißfrei
  • Langlebig, konstante Genauigkeit
  • Sichere Messung auch bei Vibrationen
  • Drahtbruch- und Kurzschlusserkennung
  • Aber empfindlich gegen magnetische Störfelder

Optoelektronisch

Am Ende der Schubstange befindet sich ein Glasmaßstab. Sender und Empfänger stehen sich gegenüber. Dazwischen bewegt sich der Glasmaßstab. Elektrische Impulse werden vom Sender in Lichtimpulse und vom Empfänger wieder in elektrische Signale umgewandelt. Der nachgeschaltete Verstärker vergleicht das empfangene Signal mit einer vorgegebenen Schaltwelle. Mit unseren optischen Messtastern können exakte Positionen erfasst werden.
Anwendungsbeispiel: Taster, Qualitätsüberwachung, Messuhren, Präzisionsmaschinenbau

  • Präziser Sensor mit Elektronik
  • Kontaktloses Messprinzip
  • Wartungs- und verschleißfrei
  • Langlebig, konstante Genauigkeit
  • Sehr hohe Auflösung
  • Temperaturstabil
  • Einfache Montage
  • Unempfindlich gegen magnetische Störfelder
  • Glasmaßstab ist jedoch bruchempfindlich

Technologievergleich

Messverfahren/ Technische Anforderungen Potentiometrisch LVDT Magnetostriktive Hall-Effekt Optoelektronisch
Hohe Auflösung (100 μm) + + + + +
Sehr hohe Auflösung (1 μm) - - + + +
Verfahrgeschwindigkeit 0 0 + + -
Kleine Bauform + + 0 + 0
Hohe Schutzklasse (IP65) 0 0 + + 0
Einsatz im Magnetfeld + - 0 - +
Sehr kleine Messwege (±1 mm) - + - 0 -
Digitale Weiterverarbeitung erforderlich - - - - +
Seitenkräfte treten auf (quer) 0 0 0 - -
Hohe Messrate/stark oszillierende Bewegungen 0 + + + +

Elektrische Interfaces und Signale

Wir bieten Wegsensoren mit entsprechenden elektrischen Schnittstellen für eine Vielzahl von Anwendungen in den unterschiedlichsten Branchen an.

Potentiometrisch und induktiv
Zur Vereinfachung der elektronischen Integration sind unsere potentiometrischen und induktiven Linearsensoren auch mit integrierter Elektronik erhältlich. Damit ist ein direkter Anschluss an die typischen Analogsignale 0..5 V / ±5 V / 0..10 V / ±10 V / 0..20 mA / 4..20 mA ohne externen Verstärker möglich.

Halleffekt
Unsere kontaktlosen Hall-Sensoren haben einen analogen Ausgang von 0,5..4,5 V. Dies ermöglicht eine Drahtbruch- und Kurzschlusserkennung.

Magnetostriktiv
Im magnetostriktiven Wegmesssystem ist die Signalverarbeitung nach der Laufzeitmessung immer integriert. Der elektrische Anschluss erfolgt über 5-, 6- oder 8-polige Stecker mit M12- oder M16-Gewinde. Einige Sensoren verfügen über ein vergossenes Kabel mit einer Länge von einem Meter (Standard) oder bis zu 15 m auf Anfrage.
Zusätzlich bieten diese Sensoren analoge Spannungs- oder Stromausgänge zur direkten Messung von Weg und Geschwindigkeit oder digitale Ausgänge.

Optoelektronisch
Bei der inkrementalen Wegmessung erfolgt die Ausgabe der Zählimpulse im TTL-, OC- oder LD-Pegel.


Mechanische Interfaces

Geführte Schubstange mit mechanischen Interfaces

  • Mit Rückstellfeder und Taster - Wegtaster
  • Mit Gelenkköpfen – ideal für den Ausgleich von lateralem Versatz
  • Mit Gewindekupplung (mit oder ohne Rückstellfeder)

Lose Schubstange

  • Nur für LVDT-Sensoren - mit Gewindekupplung - die Applikation benötigt ein entsprechend abgestimmtes Interface. Kernverlängerungen von 50 mm bis 315 mm optional erhältlich

Geführter Schlitten (Betätiger/Cursor)

  • Schlitten ist mechanisch oder magnetisch mit dem Wegsensor verbunden, die Applikation benötigt ein entsprechend abgestimmtes Interface

Loser Schlitten (Betätiger/Cursor)

  • Der Schlitten wird in einem definierten Abstand über der Oberfläche des Wegsensors bewegt, die Applikation benötigt ein entsprechend abgestimmtes Interface

Es gibt zwei Arten der mechanischen Integration der Schubstangen in den Wegsensor:

  • Die Schubstange ist beidseitig geführt. Das bedeutet, dass die Schubstange in beiden Richtungen horizontal aus dem Sensorgehäuse „herausragt“. Dies bietet eine höhere Robustheit für miniaturisierte Wegsensoren, da die Schubstange in beiden Gleitlagern sicher linear geführt wird. Zudem entfallen konstruktiv aufwendige Lagerungen.
  • Die Schubstange ist einseitig geführt. Das bedeutet, dass die Schubstange nur auf der Messseite übersteht. Lager im Inneren des Gehäuses geben der Schubstange ihre Stabilität.

Montage

Je nach Produkt und Anwendung bieten wir umfangreiches Zubehör für die Montage an. Vieles ist bereits im Lieferumfang des Sensors enthalten. Bitte beachten Sie auch unsere Hinweise in den Datenblättern.

Grundsätzlich gilt: Jeder Sensor benötigt eine saubere und ebene Auflagefläche. Bei längeren Messwegen sollte an eine zusätzliche Abstützung gedacht werden, um Durchbiegungen zu vermeiden. Das Sensorgehäuse darf nicht mechanisch belastet werden.

Viele Sensoren sind bereits mit Befestigungs- oder Spannklammern ausgestattet. Einige haben Montageblöcke, Flansche oder Gelenkköpfe.


Unsere Wegsensoren sind optimal auf Platzersparnis, Robustheit und Genauigkeit ausgerichtet. Mit unseren Linearsensoren erfassen Sie mechanische Messwege bis 4000 mm. Eine große Auswahl an mechanischen und elektrischen Schnittstellen ermöglicht die bestmögliche konstruktive und elektrische Integration in Ihre Anwendung.

Wir decken hohe Anforderungen an Schutzart, EMV, Schock, Hydraulikdruck (bis 350 bar), Genauigkeit (bis 1 µm) und Messdynamik (bis 10 m/s @ max. 100 m/s²) ab. Jedes Messprinzip bietet für sich Vorteile, die wir im Rahmen unserer Beratung gemeinsam mit Ihnen ermitteln.

Die Auswahl des geeigneten Wegaufnehmers richtet sich ausschließlich nach den Anforderungen der Anwendung. Für anspruchsvolle Applikationen ist in vielen Fällen eine technische Produktanpassung erforderlich. MEGATRON ist Ihr Spezialist für diesen Anpassungsprozess - auch bei kleinen Stückzahlen.