Erläuterungen zur Checkliste Sensorik - Magnet
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Erläuterungen zur Checkliste Sensorik Technik allgemein Lebensdauer der Elektronik: Die Lebensdauer von Elektronikkomponenten ist ein statistischer Wert. Diese statistischen Werte werden als FIT (Failure In Time, 1FIT= 1Ausfall/109 Stunden) oder MTBF (Mean Time Between Failure , Angabe in Stunden) bezogen auf den Einsatzfall angegeben. Elektrische Kennwerte Speisespannung: Hinweis LVDT Wegaufnehmer ohne Elektronik können nur mit einer Wechselspannung gespeist werden. Hinweis Hallsensor Hallsensoren werden standardmäßig mit 5VDC (stabilisiert) versorgt. Ist eine andere Speisespannung gewünscht, so muss die Hallsensorleiterplatte mit einem zusätzlichen Netzteil (Stabilisierung) versehen werden DC-Kennwerte: Merkmal Welligkeit Beschreibung Gleichspannung U Uein Welligkeit von Uein t AC-Kennwerte: Merkmal Signalform Sinus Beschreibung Dreieck Rechteck Bei MSM wird standardmäßig die Sinusform verwendet. Signalausgang: Digitale Schnittstelle: Definition der Schnittstelle (SPI, LIN, I2C, CAN, ...) Ausgangssignal/e: Hinweis LVDT An Wegaufnehmer ohne Elektronik kann nur eine Wechselspannung abgegriffen werden. Hinweis Hallsensor Hallsensoren liefern standardmäßig eine analoge Ausgangsspannung von 0,5 bis 4,5VDC, alternativ können Hallsensoren mit einer PWM- oder digitalen Schnittstelle verwendet werden. Erläuterungen Checkliste Sensorik Seite 1 von 5 VTFL Stand 1445 Grenzfrequenz (-3dB): Die Grenzfrequenz einer elektronischen Schaltung ist diejenige Frequenz, bei der eine Ausgangsgröße auf einen Wert von 3 dB unter den Bezugswert gesunken ist bzw. gedämpft wird. Dies entspricht genau 70,7 % oder dem 1 -fachen Wert der Eingangsgröße, bzw. -3dB. 2 Ripple am Ausgang: Die Ripplespannung bzw. der Ripplestrom beschreibt die Ausgangswelligkeit, also das Rauschen, welches dem Ausgangssignal überlagert ist. Beispiel: Ausgangswelligkeit eines analogen WA (Ausgangsfilter 2 kHz) Belastung am Ausgang: Zulässige Ausgangsbelastung: (Standard) Stromausgang Spannungsausgang ≤ 500 Ω ≥ 5 kΩ Standardwerte: Ausgangsstrom: 4 bis 20 mA Verhalten des Systems Ist die Ausgangsbelastung zu groß, bei Überlastung steigt der Ausgangsstrom bis zu einem Grenzwert an. Darüber hinaus bleibt er konstant. Folge: Bauteilte des Sensors werden überlastet und ggf. zerstört Ausgangsspannung: 2 bis 10 VDC Ist die Ausgangsbelastung zu klein, fällt an der Ausgangsbelastung, bezogen auf den jeweiligen Hubpunkt, eine Spannung ab, welche kleiner ist als der angegebene Ausgangsspannungsbereich (2 bis 10 V). Folgen: Die Bauteile des Sensors werden überlastet und ggf. zerstört. Beispiel (Normalfall) RLast = 500 Ω IAus = 20 mA (Bereich 4 bis 20 mA) UVersorgung = 19 V Erläuterungen Checkliste Sensorik Es treten deutliche Abweichungen von der Sollkennlinie auf RLast = 5.000 Ω UAus = 10 V (Bereich 2 bis 10V) Der Spannungsabfall am Lastwiderstand errechnet sich: Am Spannungsausgang fließt folgender Strom: ULast = 500 Ω * 20 mA = 10 V I = 10V / 5.000 Ω = 2 mA Seite 2 von 5 VTFL Stand 1445 Beispiel (Überlastung) RLast = 5.000 Ω IAus = 20 mA (Bereich 4 bis 20 mA) UVersorgung = 19 V RLast = 500 Ω UAus = 10 V (Bereich 2 bis 10V) Der Spannungsabfall am Lastwiderstand errechnet sich: Am Spannungsausgang fließt folgender Strom: ULast = 5.000 Ω * 20 mA = 100 V I = 10V / 500 Ω = 20 mA Da die Versorgungsspannung 19V beträgt, bricht das Stromsignal ein. Der erhöhte Strom führt zur Überlastung des Ausgangsverstärkers Der max. Strom errechnet sich zu: Nullpunktspannung (Mittenspannung) Empfindlichkeit (Gain): I = 19 V / 5.000 Ω = 3,8 mA d. h. der gewünschte Ausgangsstrombereich kann nicht erreicht werden. Bei AC-Geräten ist dies der Punkt mit der geringsten Ausgangsspannung. Der Weicheisenkern befindet sich im Zentrum der Spule, d.h. in beiden Sekundärspulen wird die gleiche Spannung induziert. Bei DC-Geräten handelt es sich rein physikalisch um den gleichen Punkt wie bei den AC-Geräten, allerdings wird durch die Elektronik die Kennlinie angehoben (z.B. auf 6V). Die Empfindlichkeit ist gemäß DIN 1319 definiert als die „Änderung des Wertes der Ausgangsgröße eines Messgerätes bezogen auf die sie verursachende Änderung des Wertes der Eingangsgröße“. Empfindlichkeit = U V I mA oder s mm s mm Achtung: Bei Geräten ohne Elektronik wird die Empfindlichkeit zusätzlich auf die Speisespannung normiert, um Schwankungen herauszurechnen. Empfindlichkeit = U V s U ein mm V Empfindlichkeitstoleranz: Prozentuale Abweichung von der idealen Empfindlichkeit (Bezug: Ganzer Spannungshub) Linearitätstoleranz: Prozentuale Abweichung von der idealen Geraden durch alle Messpunkte (Regressionsgerade) Abweichung U Ist U Soll U Ist U Soll 100% 100% U Spannungshub U Ausmax . U Ausmin . Usoll : Spannungswert der Regressionsgeraden an einem Hubpunkt Uist : tatsächlicher Spannungswert an einem Hubpunkt USpannungshub Erläuterungen Checkliste Sensorik : Ausgangsspannungsbereich (z.B. 10V – 2V = 8V) Seite 3 von 5 VTFL Stand 1445 Beispiel: U Ist 3,8V U Soll 3,75V U Ausmax . 10V U Ausmax . 2V Abweichung U Ist U Soll 3,8V 3,75V 0,05V 100% 100% 100% U Ausmax . U Ausmin . 10V 2V 8V Abweichung 0,625% Typ. (Typische) Temperaturdrift des Ausgangs: Die Temperaturdrift ist die Änderung der Ausgangsgröße aufgrund einer Temperaturänderung, an einem festen Hubpunkt. (Bezug: Ganzer Spannungshub) Abweichung U U Temp U 20C U Spannungshub T 100% U Temp U 20C Ausmax . U Ausmin . TUmgebung 20C 100% Die Typische Temperaturdrift ergibt sich aus dem Mittelwert einer Reihenmessung von maximal 8 Geräten. D.h. die Temperaturdrift einzelner Geräte einer Serie kann nach oben oder unten abweichen. Beispielrechnung U Temp 9V Temperaturdrift U 20C 9,1V U Ausmax . 10V U Ausmax . 2V TUmgebung 80C Abweichung U Temp U 20C U Ausmax . U Ausmin . TUmgebung 20C 9V 9,1V 10V 2V 80C 20C 100% 100% 0,1V 100% 8V 60 K Abweichung 0,021% / K Erläuterungen Checkliste Sensorik Seite 4 von 5 VTFL Stand 1445 Mechanische Kennwerte Vorstehmaß der Stange: In der Maßzeichnung ist das Vorstehmaß angegeben, welches die Nullpunktstellung des Geräts definiert. Vorstehmaß Linearer Hub: Der lineare Hub (auch elektrischer Hub) ist auf der Maßzeichung angegeben (Beispiel oben: +/- 8mm). Über den linearen Hub bleibt die Linearitätsabweichung innerhalb des auf dem Datenblatt angegebenen Bereichs. Mechanischer Hub: Der mechanische Hub ist in der Regel größer als der lineare Hub und durch die mechanischen Gegebenheiten begrenzt. Außerhalb des linearen Hubs ist die Linearitätsabweichung größer als im Datenblatt angegeben. Schalthysterese: Hinweis: nur bei Schaltausgängen erforderlich Dies ist die Differenz zwischen den Schaltpunkten ( in mm), die sich bei unterschiedlichen Bewegungsrichtungen der Stange ergeben. (Bewegung der Stange in das Gerät hinein und aus dem Gerät heraus. Auflösung: Dies ist die kleinste darstellbare Schrittweite Einstellung Offset: Die Offseteinstellung des Nullpunkts kann elektronisch (mittels Potentiometer) oder mechanisch (mittels Einstellschraube) erfolgen. Einstellbereich Offset: Typischer Wert: ±1mm Qualität, Vorschriften, Dokumentation, Prüfungen Burn-In-Test: Voralterung: Zyklen (h, °C): Die Geräte werden elektrisch kontaktiert und in einem Temperaturschrank einer definierten Anzahl von Temperaturwechseln ausgesetzt. Dadurch können Frühausfälle entdeckt werden und die Elektronik ist durch die Voralterung stabiler (d.h. sie weist eine geringere Temperaturdrift auf) Messung: Die Geräte werden elektrisch kontaktiert und in einem Temperaturschrank einer definierten Anzahl von Temperaturwechseln ausgesetzt. Die Messwerte werden aufgezeichnet und ausgewertet, je nach Kundenwunsch mit Protokoll oder Selektierung. Erläuterungen Checkliste Sensorik Seite 5 von 5 VTFL Stand 1445
