Erläuterungen zur Checkliste Sensorik - Magnet

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
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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
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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
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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
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: Ausgangsspannungsbereich (z.B. 10V – 2V = 8V)
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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 20C
U Spannungshub  T
100%
U Temp  U 20C
Ausmax .

 U Ausmin .  TUmgebung  20C
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 20C  9,1V
U Ausmax .  10V
U Ausmax .  2V
TUmgebung  80C
Abweichung 

U Temp  U 20C
U Ausmax .  U Ausmin .  TUmgebung  20C
9V  9,1V
10V  2V  80C  20C
100% 
100%
0,1V
100%
8V  60 K
Abweichung  0,021% / K
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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.
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