Sensoren für die Prozess- und Fabrikautomation

Schwerpunkte sind in diesem Kapitel die Messung von Kräften, Beschleunigungen, Drehmomenten und Geschwindigkeiten. Die Funktion entsprechender Sensoren wird an Beispielskizzen erklärt, einschließlich der Ausführung von Verformungskörpern für die Kraft‐Momenten‐Messung. Beispiel für die Drehzahl‐ bzw. Drehwinkelmessung werden vorgestellt und ihre Wirkungsweise erläutert. Es werden aber auch Lösungen gezeigt, wie die Dickenmessung oder der Betrieb von hydraulischen Gleichlaufachsen. Auch die Messung von Schwingungen in Form des Körperschals an Festkörpern hat im Maschinenbau Bedeutung. Weitere Themen sind Wiegandsensor, faseroptischer Kreisel, interferenzoptische Wägezelle und z. B. Delta‐Sher Aufnehmer. Zu den mechanischen Größen zählen in erster Linie Länge, Winkel, Kraft, Drehmoment und Masse (Gewichtskraft). Ihre Kenntnis ist für die Funktion von Maschinen und Verfahren unerlässlich. Die Größen Länge und Winkel werden in Kap. 6 behandelt. Die Kraft ist eine fundamentale Größe der Mechanik und kann meistens nicht direkt gemessen werden. Ordnet man im Kraftfluss einen Verformungskörper an, dann kann aus dessen Veränderung auf die Größe der Kraft geschlossen werden. Ähnlich verhält es sich mit dem Drehmoment. In diesem Fall verändert ein Verformungskörper unter Last den Torsionswinkel, der hier als Größe eines Drehmomentes genommen werden kann. Die Kraft‐Momenten‐Sensoren (force/torque sensors) erfordern einen besonders gestalteten Verformungskörper und sind immer taktile Sensoren. Die Abtastung geschieht häufig mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen, abgekürzt DMS.

Bei der Thermometrie wird der Temperatursensor mit dem Medium oder der Oberfläche des Körpers, dessen Temperatur bestimmt werden soll, ins thermodynamische Gleichgewicht gebracht. Anschließend wird die Temperatur des Sensors mit einem temperaturabhängigen Effekt ermittelt. Der Temperaturausgleich erfolgt über Konvektion, Wärmeleitung oder Wärmestrahlung.