Aufrufe
vor 4 Monaten

DER KONSTRUKTEUR 5-6/2021

  • Text
  • Komponenten
  • Robotik
  • Anforderungen
  • Produkte
  • Anwender
  • Zudem
  • Sensoren
  • Einsatz
  • Anwendungen
  • Konstrukteur
DER KONSTRUKTEUR 5-6/2021

SENSORTECHNIK SPECIAL

SENSORTECHNIK SPECIAL DRUCKDICHT UND GESCHÜTZT Bei piezoresistiven Druckmesszellen sind die Messwiderstände also im Gegensatz zu DMS in die Membran integriert. Bei dieser Technologie entfällt somit das Aufkleben und damit auch die Schwachstelle des Klebstoffs, was eine wichtige Voraussetzung für Alterungs- und Temperaturbeständigkeit sowie Hysteresefreiheit (Hysterese = Nachwirkung des vorherigen Verformungszustands) ist. Dazu führt der piezoresistive Effekt zu einer bis zu 50-fach größeren Widerstandsänderung als dies mit metallischen DMS erreicht werden kann. Um die Sensorchips von dem zu messenden Medium zu isolieren, werden sie druckdicht in ein Metallgehäuse eingebaut, das ölgefüllt und frontseitig mit einer dünnen Membran verschlossen ist. Der Druck wirkt dann über diese Membran und das Öl als Übertragungsmedium auf den Sensorchip. Mit dieser isolierten Messzelle ist die Druckmessung auch in aggressiven Flüssigkeiten und Gasen möglich. WARUM PIEZORESISTIV IN DER DRUCKMESSTECHNIK? Aufgrund des großen Ausgangssignals und der etablierten Herstellungsprozesse hat sich die piezoresistive Technologie in der Druckmesstechnik durchgesetzt. Ein weiterer großer Pluspunkt ist das Entfallen des für die Stabilität kritischen Aufklebens der DMS. 02 01 Isolierter, piezoresistiver Drucksensor für universelle Anwendungen 02 Piezoresistive Sensorchips werden aus dünnen Siliziumscheiben, sogenannten Wafern, hergestellt 01 VOR- UND NACHTEILE DER PIEZORESISTIVEN TECHNOLOGIE + etablierte Prozesse in der Herstellung der piezoresistiven Sensorchips, lange Erfahrung mit piezoresistiver Technologie + Abdeckung weiter Druckbereiche + sehr gute Langzeitstabilität + keine Ermüdungserscheinungen auch nach vielen Druckzyklen + hohe Überlastfestigkeit + keine Hysterese des Silizium-Sensorchips + kompakte Druckmesszellen + gute Schock- und Vibrationsfestigkeit + zur Messung von Relativ- und Absolutdrücken geeignet + isolierte Messzelle für große Medienkompatibilität + in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen einsetzbar + großes Ausgangssignal ermöglicht einfache Auslese-Elektronik mit hoher Auflösung • Temperaturkompensation erforderlich • Entwurf und Herstellung der isolierten Messzelle erfordert viel Know-how − Messung sehr kleiner Drücke beschränkt (< 0,01 mbar) − zusätzliche Maßnahmen bei sehr hohen Medientemperaturen (> 200 °C) nötig Das kristalline Silizium des Sensorchips verformt sich im Betrieb rein elastisch, sodass auch nach vielen Druckzyklen keine Ermüdungserscheinungen oder Stabilitätsprobleme auftreten. Die Sensorchips können in etablierten Prozessen der elektronischen Halbleitertechnologie produziert werden und die Integration der für die Druckmessung relevanten Membran in den Sensorchip ermöglicht die Herstellung von äußerst kompakten und langzeitstabilen Druckmesszellen. Da piezoresistive Druckaufnehmer ohne bewegliche Teile gebaut werden, sind sie sehr robust gegenüber Erschütterungen und Beschleunigungen. Die wesentlich größere Änderung des Widerstands in piezoresistiven Messzellen gegenüber konventionellen Metall-DMS führt zu einem großen Ausgangssignal und ermöglicht so eine rauscharme elektronische Auswertung mit hoher Auflösung. In Kombination mit analogen oder digitalen Kompensationslösungen steht so ein äußerst präzises, temperaturunabhängiges Drucksignal zur Verfügung. Die isolierte piezoresistive Druckmesszelle sticht durch ihre vielseitigen Einsatzmöglichkeiten hervor: sie ist mit verschiedensten Medien kompatibel und deckt weite Druckbereiche ab. Die gezielte Konstruktion des Gehäuses erreicht große Flexibilität für viele industrielle Anwendungen auch in kritischen Umgebungen. Die isolierten piezoresistiven Druckmesszellen der Keller AG für Druckmesstechnik werden in anspruchsvollen Industrieanwendungen und in der Forschung eingesetzt. Bilder: Aufmacher: Shutterstock.com, Wafer: Scanrail – stock.adobe.com, Sonstige: KELLER AG für Druckmesstechnik www.keller-druck.com 46 DER KONSTRUKTEUR 2021/05-06 www.derkonstrukteur.de

SENSORTECHNIK AMA INNOVATIONSPREIS 2021 FÜR GE UND ENDRESS+HAUSER Am 3. Mai 2021 wurde der mit 10 000 Euro dotierte AMA Innovationspreis 2021 verliehen. Dieser ging zu gleichen Teilen an das US-amerikanische General Electric Research Center sowie an das Team von Endress+Hauser. Der AMA Verband für Sensorik und Messtechnik (AMA) kürte die Preisträger digital auf der Eröffnungsveranstaltung der Sensor and Measurement Science International (SMSI). Das General Electric Research Center (GE) hatte mit einem Sensor-Anregungsschema überzeugt. Es verleiht konventionellen, halbleitenden Metalloxid-Materialien (SMOX) neue Gas-Sensorfähigkeiten und bietet sich als Alternative zur klassischen Widerstandmessung an. Endress+Hauser punktete mit einem neuartigen, Cloud-basierten Multi-Sensorsystem für die Fermentation. Es bietet dem Brauer zu jedem Zeitpunkt volle Transparenz bietet, da Dichte, Viskosität, Gärgrad, Extrakt-, Alkohol- und Zuckerkonzentration sowie weitere Parameter gleichzeitig ausgegeben werden. Die Prozessauswertungen erfolgen über das Webinterface. www.ama-sensorik.de MAGNETISCHER WINKELSENSOR PASST IN ENGE EINBAURÄUME Der Posirot PRAS1 von ASM ist ein sehr kleiner magnetischer Winkelsensor in Stabbauform. Der Sensor misst nur 10,6 mm im Durchmesser und hat eine Länge von 53 mm. Durch seine schlanke Bauform eignet sich der Sensor für sehr enge Einbauräume und passt insbesondere in Türscharniere. Der Posirot-PRAS1-Sensor misst die Drehpositionen von 0 bis 360° mit Hilfe eines Hall-Effekt-Sensorarrays und einem externen Positionsmagneten. Die magnetische Encoder-Technologie ist komplett berührungslos und beinhaltet keinerlei bewegliche Teile. PRAS1-Sensoren sind dadurch besonders schock- und vibrationsfest. Das Sensorgehäuse ist aus Edelstahl. Die Schutzart ist IP67, optional IP67/IP69 mit entsprechendem Gegenstecker. Aufgrund seiner Robustheit eignet sich der Sensor auch für den Einsatz in Anwendungen mit schwierigen Umgebungsbedingungen wie Verpackungsmaschinen oder Abfüllanlagen. In der IP69-Ausführung eignet sich der Sensor insbesondere auch für Anwendungen mit intensiven Reinigungsprozessen in der Pharma- und Lebensmittelproduktion. www.asm-sensor.com ROBUSTE MINIATUR-DRUCKSENSOREN In vielen Anwendungen bietet ein frontbündiger Einbau von Drucksensoren in Rohrleitungen und anderen Prozessgefäßen einen entscheidenden Vorteil: Es entsteht kein Totraum, der sich zusetzen könnte. Diese Anforderung erfüllt der neue Miniatur-Drucksensor von IFM mit einem 1/4-Zoll-Prozessanschluss. Die Miniatur-Drucksensoren der Baureihe PL54 arbeiten mit einem frontbündigen Druckmittler mit G1/4-Gewinde, der direkt mit dem Sensor verschweißt ist. Das kompakte Gehäuse mit einer Schlüsselweite von 19 mm besteht aus V4A-Edelstahl und ist damit sehr robust. Zusätzlich erfüllen die Drucksensoren die hohen Schutzarten IP67 / IP69K und sind damit auch für sehr raue Umgebungsbedingungen geeignet. Die integrierte Druckmesszelle bietet eine hohe Messgenauigkeit von < ±0,5 % und eine Wiederholgenauigkeit von < ±0,05 %. Am Ausgang liefern die Drucksensoren, die mit verschiedenen Messbereichen von 0...60 bar bis zu 0...400 bar erhältlich sind, ein Standardsignal von 4...20 mA. www.ifm.com FLEXCODER MOTOR- & POSITIONSFEEDBACK Leistungsdaten MSAC200 • Magnetisch, rotativ, echt absolut • Flache, kompakte Bauhöhe 10 mm • Auflösung bis 20 Bit www.siko-global.com/p/msac200

AUSGABE