Ausgangsverhalten messender Sensoren

Bei messenden Sensoren spielen die Auswahl der Messbereiche und die Art der Messresultate eine wichtige Rolle. Messende Sensoren verfügen über ein analoges Ausgangsverhalten. Abhängig vom Abstand des Bedämpfungselements gibt der Analogausgang eines Sensors einen gleitenden Strom- oder Spannungswert aus. Typische Analogausgänge sind Stromausgänge mit dem Wertebereich 4 mA … 20 mA oder Spannungsausgänge mit dem Wertebereich 0 V … 10 V.

Induktive Analogsensoren haben prinzipbedingt eine nichtlineare Kennlinie. Oft ist für eine Anwendung ein lineares Ausgangssignal erforderlich. Eine Linearisierung kann z. B. von einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) mittels integrierter Polynome vorgenommen werden. Sinnvoll ist eine solche Signalwandlung besonders in den folgenden Fällen:

• Sensoren mit linearer Ausgangskennlinie sind für den benötigten Messbereich nicht verfügbar
• ein linearer Signalverlauf über den gesamten Messbereich hinweg ist erforderlich
• eine Messung soll schnell erfolgen
• das Signal soll einfach und kostensparend umgewandelt werden

Mit dem Einsatz von Mikrocontrollern in der Sensorik sind inzwischen Sensoren erhältlich, die die Linearisierung der Ausgangskennlinie bereits intern vornehmen.

Auflösung

Für Analogsensoren spielt bei der Signalausgabe die Auflösung eine wichtige Rolle. Darunter ist die kleinste von dem Sensor erfassbare und darstellbare Änderung des Abstands von Sensor zu Objekt in eine messbare Signaländerung zu verstehen. Dabei sind verschiedene Arten von Auflösungen möglich.

Dynamische Auflösung

Eine dynamische Auflösung wird benötigt, wo schnelle Messungen bzw. hohe Abtastraten erforderlich sind. Diese Messtechnik bringt ein starkes Messwertrauschen („Noise“) mit sich, das die Signalverarbeitung beeinträchtigt. Messwertrauschen kann nicht oder nur bedingt gefiltert werden, ohne das Nutzsignal zu beeinflussen.

Statische Auflösung

Eine statische Auflösung kann bei langsamen Objektbewegungen bzw. niedrigen Abtastraten eingesetzt werden. Bei dieser Messtechnik ist das Filtern von starkem Messwertrauschen möglich. Das Trägersignal wird dabei nicht beeinflusst. Damit kann gegenüber der dynamischen Messung die Auflösung wesentlich erhöht werden.

Wiederholgenauigkeit

Bei induktiven Analogsensoren von Pepperl+Fuchs können die Filterparameter bei Bedarf geändert werden. Wenn der Anwender also eine eher statische Anwendung umsetzen möchte, kann er ggf. für den Analogeingang seiner speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) einen Filter mit den entsprechenden Parametern aktivieren. Die Wiederholgenauigkeit ist gemäß EN 60947-5-2 der Abweichungswert des Realschaltabstands (s_r) unter definierten Bedingungen. Der Wert definiert die Schaltpunktgenauigkeit von aufeinanderfolgenden Messungen innerhalb einer Dauer von 8 Stunden bei einer Umgebungstemperatur von +23 °C ±5 °C und bei konstanter Betriebsspannung.

Ansprechverzug

Der Ansprechverzug ist gemäß EN 60947-5-2 die Zeit, die der Näherungsschalter benötigt, um zu reagieren, nachdem das Bedämpfungselement in den Erfassungsbereich eingetreten ist oder diesen verlässt. Auf Analogsensoren angewendet ist der Ansprechverzug die Zeit, die vergeht zwischen einer sprunghaften Abstandsänderung und der Darstellung des neuen Abstandswerts am Analogausgang von 10 % des Differenzwerts bis 90 % des Differenzwerts.

Linearität

Die Linearität definiert die Abweichung des Ausgangssignals gegenüber einer Geraden. Sie wird in Prozent vom Messbereichsendwert („Full Scale“) angegeben. Für Anwendungen, in denen die ausgewiesene Linearität nicht ausreicht, gibt es z. B. die Alternative, Polynome zur mathematischen Linearisierung der Sensorkennlinie in der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) zu nutzen.