Grundlagen zum Messen von Kraft, Weg, Drehzahl, Durchfluss

Kraftaufnehmer

Die technischen Merkmale der Kraftaufnehmer sind weitgehend durch die VDI/VDE-Richtlinie 2637 festgelegt.
Die wichtigsten Begriffe sind nachfolgend erklärt:
Messbereich: Der Belastungsbereich, innerhalb dem die garantierten Fehlergrenzen nicht überschritten werden.
Nennlast: Die Nennlast ist die obere Grenze des Messbereiches.
Abhängig vom Sensor kann die Nennlast eine Zug- oder Drucklast sein.
Gebrauchslast:
Die Gebrauchslast ist die Last, mit welcher der Sensor über die Nennlast hinaus belastet werden darf, ohne dass sich die spezifizierten Eigenschaften ändern. Der Gebrauchslastbereich sollte nur in
Ausnahmefällen benutzt werden.
Grenzlast:
Die Grenzlast ist die maximal zulässige Belastung der Wägezelle, bei der keine Zerstörung des Messsystems zu erwarten ist. Bei dieser Belastung gelten nicht mehr die spezifischen Fehlergrenzen.
Bruchlast:
Die Bruchlast ist die Last, bei der eine bleibende Veränderung oder Zerstörung auftritt.
max. dynam. Belastung:
Auf die Nennkraft bezogene Schwingbreite einer sich sinusförmig ändernden Kraft in Richtung der
Messachse des Sensors. Bei einer Beanspruchung von 107 Zyklen erfährt der Sensor bei der Wieder-
verwendung bis zur Nennkraft keine signifikanten Veränderungen seiner messtechnischen Eigenschaften.
Kriechfehler:
Der Kriechfehler ist die maximal zulässige Änderung des Ausgangssignals des Sensors über die angegebene Zeit bei konstanter Belastung und stabilen Umgebungsbedingungen.

ALMEMO® Kraftmessung
Bei ALMEMO® Kraftaufnehmern kann nicht nur die Grundlast (Tara) auf Null abgeglichen, sondern auch der Endwert als Sollwert eingegeben werden. Der Korrekturfaktor wird daraus vom Messgerät automatisch berechnet. Für Aufnehmer mit eingebautem Referenzwiderstand gibt es einen ALMEMO® Stecker, der diesen Widerstand zum Abgleich einschaltet.

Messung von schnellen Kraftänderungen und Kraftspitzen mit digitalen ALMEMO® D7-Fühlern
Mit dem neuen ALMEMO® V7-Messsystem können schnelle Kraft-änderungen und Kraftspitzen mit einer zeitlichen Auflösung von bis zu 1 ms gemessen werden. Die (passive) Messbrücke des Kraftauf-nehmers misst die Kraftänderungen ohne (elektrische) Verzögerung.
Der digitale ALMEMO® D7-Messstecker ZKD7 00-FS arbeitet mit einem im Stecker eingebauten AD-Wandler und einer Messrate von bis zu 1000 Messungen/s (1 ms je Messung). Zusammen mit dem ALMEMO® V7-Messgerät, z.B. ALMEMO® 710 können so schnelle Kraftänderungen und Kraftspitzen aufgezeichnet werden. In der Software WinControl werden die Messwerte als Tabelle oder Liniengrafik ausgewertet (siehe Kapitel Software).
Die Gesamtgenauigkeit der Messung wird nur durch den Kraftaufnehmer mit dem angeschlossenen ALMEMO® D7-Messstecker bestimmt, unabhängig vom ALMEMO® Anzeigegerät/Datenlogger und von verwendeten Verlängerungskabeln. Die vollständige Messkette, bestehend aus dem Kraftaufnehmer und dem angeschlossenen ALMEMO® D7-Messstecker, kann kalibriert werden.

Messung mit höherer Auflösung bei digitalen ALMEMO® D7-Fühlern
Der digitale ALMEMO® D7-Messstecker ermöglicht neben der schnellen Messung auch die Messung mit höherer Auflösung. Dabei arbeitet der Messstecker mit reduzierter Wandlungsrate. So werden mit Präzisionssensoren stabile Messwerte mit hoher Auflösung erreicht. Die Konfiguration des ALMEMO® Steckers erfolgt durch den Anwender am ALMEMO® V7-Messgerät.


Wegaufnehmer

Abhängig von den Rand- und Umgebungsbedingungen der Messaufgabe kommen verschiedene Messverfahren zum Einsatz:
Lineare induktive Wegaufnehmer und Wegtaster:
Vorteile: äußerst genau, hochauflösend, robust, beschleunigungsfest, preisgünstig, störunempfindlich, sehr langzeitstabil, umweltastabil (Schmutz, Feuchtigkeit), punktförmige, quasi berührungslose Messung, einfache Montage und Handhabung
Leitplastik-Potentiometer:
Vorteile: hochauflösend, gute Linerarität, preisgünstig, gute Temperatur- und Feuchtekoeffizienten, weitreichender Anwendungstemperaturbereich.

ALMEMO® Wegmessung
Unsere potentiometrischen Weggeber sind ab Werk durch Speicherung der Korrekturwerte im ALMEMO® Stecker vorjustiert. Der exakte Abgleich erfolgt kundenseits vor Ort nach dem Einbau mit Endmaßen.

Messung von schnellen Wegänderungen mit digitalen ALMEMO® D7-Fühlern
Mit dem neuen ALMEMO® V7-Messsystem können schnelle Wegänderungen mit einer zeitlichen Auflösung von bis zu 10 ms gemessen werden.
Der potentiometrische Wegaufnehmer misst die Wegänderungen ohne (elektrische) Verzögerung. Der digitale ALMEMO® D7-Messstecker ZWD7 00-FS arbeitet mit einem im Stecker eingebauten AD-Wandler und einer Messrate von 100 Messungen/s (10 ms je Messung). Zusammen mit dem ALMEMO® V7-Messgerät, z.B. ALMEMO® 710 können so schnelle Wegänderungen aufgezeichnet werden. In der Software WinControl werden die Messwerte als Tabelle oder Liniengrafik ausgewertet.
Die Gesamtgenauigkeit der Messung wird nur durch den Wegaufnehmer mit dem angeschlossenen ALMEMO® D7-Mess-stecker bestimmt, unabhängig vom ALMEMO® Anzeigegerät/Datenlogger und von verwendeten Verlängerungskabeln. Die vollständige Messkette, bestehend aus dem Wegaufnehmer und dem ange-schlossenen ALMEMO® D7-Messstecker, kann justiert werden.

Wegaufnehmer mit digitalem ALMEMO® D7-Messstecker
Für Wegaufnehmer und andere potentiometrische Sensoren. Schnelle Messung mit 100 Messungen/s, Auflösung 10 000 Digit. Mit digitalen ALMEMO® Fühlern werden Wegänderungen mit hoher Messrate gemessen. Jeder beliebige potentiometrische Wegaufnehmer wird mit dem passenden ALMEMO® Messtecker zum digitalen Fühler. Technische Daten des ALMEMO® D7-Messsteckers ZWD7 00-FS siehe Kapitel Eingangsstecker.

Optische Drehzahlmesser

Zur Drehzahlmessung an Wellen, Rädern, Ventilatoren etc. hat sich das optische Reflexverfahren am meisten durchgesetzt.
Bei Reflexions-Lichttastern bilden Sender und Empfänger eine Baueinheit. Das vom Sender kommende Licht wird von einem gegenüberliegenden Objekt zum Empfänger zurückgeworfen. Der Sensor schaltet, wenn die reflektierte Menge Licht am Empfänger eine bestimmte einstellbare Schwelle überschreitet. Diese Menge Licht hängt wiederum von der Größe und den Reflexionseigenschaften des Objektes ab. Zur Erhöhung der Reichweite und zur Verbesserung des Störabstandes werden spezielle Reflexfolien verwendet.
ALMEMO® Drehzahlgeber können in zwei Messanordnungen eingesetzt werden:
Reflexions-Lichttaster (DIN EN 60947: Typ D)
Erkennt nur undurchsichtige Objekte. Der Erfassungsbereich hängt vom Reflexionsvermögen des Objektes ab, also von Oberflächenbeschaffenheit und Farbe. Empfindlich gegen Schmutz und gegen veränderte Reflexionseigenschaften des Objektes.Diese Einflüsse können (in Grenzen) mit einem Empfindlichkeitseinsteller kompensiert werden.Geringer Montageaufwand, da der Sensor aus einer Einheit besteht und eine grobe Ausrichtung meist reicht.
Reflexions-Lichtschranke (DIN EN 60947: Typ R)
Durch den Einsatz von Retro-Reflektoren werden hohe Reichweiten und ein besserer Störabstand erzielt. Wenig störanfällig, daher gut geeignet für Einsätze unter erschwerten Bedingungen, z.B. Anwendung im Freien oder in schmutzigen Umgebungen.

Turbinen-Durchflussmesser

Im Sensor befindet sich ein Flügel- bzw. Paddelrad, das durch den Durchfluss in Rotation versetzt wird. Gegenüber der optischen Abtastung kann damit auch in trüben, nicht transparenten Flüssigkeiten gemessen werden. Die Drehzahl ist proportional der jeweiligen Durchflussmenge. Das elektrische Ausgangssignal kann auf zwei unterschiedliche Arten erzeugt werden:
Induktiver Näherungsschalter:
Die Rotorblätter sind mit Edelstahlkappen versehen, so dass durch die Annäherung der Rotorblätter an den Messwertaufnehmer die Induktivität des Aufnehmers verändert und ein impulsförmiges Ausgangssignal erzeugt wird.
Hall-Sensor:
Der Rotor ist mit Dauermagneten bestückt, die auf einen in dem Aufnehmer untergebrachten Hall-Sensor wirken. Die Aufnehmer-Elektronik formt das Hall-Signal in ein impulsförmiges elektronisches Ausgangssignal um.
Zur Volumenstromerfassung oder für Dosieraufgaben gibt es im ALMEMO® Fühlerprogramm Turbinen-Durchflussmesser für verschiedene Messbereiche und Einsatzbedingungen:
Radial-Turbinen-Durchflussmesser für große Durchflussmengen
Axial-Turbinen-Durchflussmesser mit Flügelrad für kleine Durchflussmengen