Wirbelstromsensoren

Wirbelstrommsensoren eddyNCDT gehören zu den berührungslosen Sensoren. Sie werden dann verwendet, wenn
– schnelle Wegänderungen erfasst werden sollen,
– keine Kräfte auf das Messobjekt ausgeübt werden dürfen,
– hochempfindliche Oberflächen eine Berührung nicht zulassen und
– eine lange Lebensdauer der Sensoren gefordert wird.

Messprinzip Wirbelstrom
Das Wirbelstromprinzip ist dem induktiven Messverfahren zuzuordnen. Dabei wird aus einem Schwingkreisom Energie entzogen. Diese Energie ist zur Induktion von Wirbelströmen in elektrisch leitfähigen Materialien nötig: Eine Spule wird mit Wechselstrom gespeist, es bildet sich ein Magnetfeld um die Spule. Befindet sich im Magnetfeld ein elektrisch leitender Gegenstand, so entstehen Wirbelströme (Faradaysches Induktionsgesetz) . 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 bei hohen Temperaturen einsetzbar sind. Alle Wirbelstromsensoren sind unempfindlich gegen Schmutz, Staub, Feuchte, Öl und Druck.

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.

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 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.

Einsatz in der Praxis
Wirbelstromsensoren sind aus dem Maschinenbau nicht mehr wegzudenken. Sie werden verwendet, um Bewegungen zu kontrollieren, Füllstände zu überwachen, Produktqualität zu überprüfen uvm. Doch gerade in dieser Branche müssen Sensoren häufig in widrigen Umgebungen sicher arbeiten. Sie werden in Öl, bei heißen Dämpfen oder unter 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,
– 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. Anwendungsbeispiele von eddyNCDT

Neu: Embedded Coil Technology
Die eddyNCDT ECT-Wirbelstromsensoren sind nach dem Embedded Coil-Verfahren gefertigt. Damit werden Umgebungstemperaturen bis zu 350°C möglich. Zudem können die Sensoren extrem mechanisch belastet werden, bspw. überstehen die Sensoren den Einsatz in Refinern der Papierindustrie, die zum mahlen des Holzes verwendet werden. Viele Freiheitsgrade bestehen in der Formgebung. Je nach Anwendung können die Sensoren an die Umgebung angepasst werden.

Kenndaten im Controller speichern
Intuitive Benutzung und einfachstes Handling bei der Parametrierung – das sind die wichtige Merkmale des neuen Wirbelstromsystems eddyNCD3100. Es besteht aus einem kompakten Controller und Sensoren. Sensoren und Kabel besitzen einen integrierten EEPROM Speicher, der die wichtigsten Kenndaten enthält. Alle nötigen Daten erhält der Controller vom Sensor, weshalb beim Sensortausch eine einfache 3-Punkt-Kalibrierung ausreicht. Werkseitig sind Wirbelsstromsensoren auf ferromagnetische und nicht-ferromagnetische Stoffe abgestimmt. Dadurch entfällt eine Definition des Messobjekts im Vorfeld. Einstellungen werden per Web-Browser vorgenommen. Danach werden die Änderungen im Controller gespeichert, die Messung kann ohne PC erfolgen. Die Sensoren sind mit einem PTFE-Kabel in 3 m oder 9 m Länge verbunden und nach IP67 geschützt. Die Vorteile des Wirbelstromverfahrens gelten auch für das eddyNCDT 3100. So werden auch diese Sensoren in rauer Industriumgebung, in Öl oder Wasser, bei elektromagnetischen Störfeldern oder Umgebungstemperaturen bis 105°C eingesetzt.

Weitere Messprinzipien:
Kapazitive Sensoren
Laser-Scanner
Konfokale Sensoren
Distanzsensoren
Seilzigsenoren
Farbsensoren
IR-Temperatursensoren
Laser-Trinagulation