Das physikalische Labor

Sensorik, Mess- und Prüftechnik - Querschnittstechnologie für alle

Vom 7. - 9. Juni 2011 findet auf dem Gelände der Messe Nürnberg die 18. internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik statt. Die Reichweite der Themen, Produkte und Technologien geht quer durch alle Branchen. Anwendungen liegen mittlerweile nicht mehr nur im professionellen, industriellen, sondern auch im privaten Umfeld der Besucher. Die Messe ist nach wie vor ein Muss nicht nur für Entwickler und Konstrukteure sondern für alle an Technik Interessierten. Der Veranstalter, die AMA Service GmbH, rechnet mit knapp 600 Ausstellern und etwa 8000 Besuchern aus aller Welt.

Motto: "easy to use"

Sensorik, Mess- und Prüftechnik sind Schlüsseltechnologien. Benutzerfreundlichkeit, Sicherheit, Klarheit bei der Anwendung und intuitives Bedienen, kurz Useability, bekommen damit einen besonderen Stellenwert bei neuen Entwicklungen. Vor diesem Hintergrund haben der Ausstellerbeirat der SENSOR+TEST und der Vorstand des AMA Fachverbandes für Sensorik e.V. als Träger der Fachmesse das Motto "easy to use" als Schwerpunktthema der diesjährigen SENSOR+TEST festgelegt.

In Halle 12 wird es einen Sonderstand zum Thema "easy to use" geben, auf dem Unternehmen und Institute Beispiele zu diesem Thema präsentieren. Auch das Forum in Halle 12 wird am ersten Messetag "easy to use" in diversen Fachreferaten thematisieren. Zielsetzung ist es, bei den Herstellern aber auch bei den Anwendern neue Potenziale durch mehr Bedienerfreundlichkeit und effiziente Nutzung zu erreichen und so auch einen Beitrag zur Anwendungssicherheit der immer komplexer werdenden Entwicklungen zu leisten.

Der folgende Text gibt einen ersten Vorgeschmack auf die Produkte, Dienstleistungen und Trends, die auf der diesjährigen SENSOR+TEST vorgestellt werden. Er beruht auf den bis Ende Januar 2011 beim Veranstalter, der AMA Service GmbH, von Seiten der Aussteller eingegangenen Informationen. Die Struktur orientiert sich am Branchenverzeichnis Sensor- und Messtechnik, herausgegeben vom AMA Fachverband für Sensorik.

Geometrische Messgrößen

Dem Hörensagen nach gilt die Messung von Weg, Abstand, Position, Winkel, Neigung etc. noch vor der Temperaturbestimmung zu den häufigsten Aufgaben in der Mess- und Automatisierungstechnik. Auf der SENSOR+TEST finden die Besucher ein entsprechend breites Angebot vom Seilzug-Wegaufnehmer, LVDTs über Inkremental- oder Absolut-Drehgeber bis hin zu hoch integrierten dreidimensional arbeitenden Hall-Encodern für Fahrzeuganwendungen.

Letztere kommen aus Österreich und nutzen ein Patent des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS. Sie liefern absolute Winkel- und Lineardaten. Durch ein Differenzmessprinzip sollen sie gegen alle erdenklichen äußeren Magnetfelder hochgradig immun sein.

Die Winkelposition eines gegenüber montierten Magneten wird mit einem integrierten Hall-Encoder bestimmt. Das Sinus/Cosinus-Signal ist auf 1 VSS normiert und lässt sich bei 120000 min-1 bis auf 4096 Schritte pro Umdrehung auflösen. Der Sensor wird u.a. zur Steuerung von bürstenlosen Motoren eingesetzt. Für Weg/Winkel-Sensoren, die direkt Magnetfelder auswerten, stehen jetzt elastomergebundene Polringe mit verschiedenen Durchmessern und binären oder dekadischen Polzahlen zur Verfügung. Die Einsatztemperaturen sind mobiltauglich von -40 - +160 °C.

Ein induktives Verfahren nutzt das klassische RVDT-Verfahren (Rotary Variable Displacement Transducer) in einer High-tech-Variante. Die Spulen sind als gedruckte Schaltung ausgelegt, deren Signale in einem ASIC ausgewertet werden. Dieser Winkelsensor kommt ohne Lager aus und gilt auch deshalb als besonders robust. Ebenfalls induktiv und berührungslos arbeitet ein Sensor zur Positionserkennung in Getrieben. Bis zu 8 Gänge können in Verbindung mit einer mechanischen Kulisse bereits in der Übergangsphase detektiert werden ¿ und das im Temperaturbereich von -40 -+150 °C.

Mit einem kapazitiven Verfahren lassen sich Abstände im Sub-Nanometerbereich auflösen. Die Sensoren messen hochdynamisch gegen alle elektrisch leitenden Oberflächen. Ein Encoder-IC mit integriertem Fotosensor und LED-Regelstrecke bietet rauscharme Signalaufbereitung und exakte Spannungskomparatoren zur Erzeugung des digitalen Ausgangssignals von Nonius-Wegaufnehmern. Es werden mehrere Fotodioden zur Abtastung der A/B-Spuren eingesetzt um die Robustheit zu steigern. Eher makroskopisch wird auf der SENSOR+TEST ein System zur Längenmessung an Stückgütern, wie Rohren, Stäben, Platten oder Fließen vorgestellt. Einheiten für Messlängen von 10 - 3000 mm sind mit Genauigkeiten besser ±0,2 mm lieferbar.

Für die Integration in Produktionsanlagen von Textilien, Pappe, Baustoffen, Kabeln, Drähten usw. wurde die Nutzung der Laser-Oberflächengeschwindigkeitsmessung in robuste Gehäusetechnik gepackt. Das Montagezubehör reicht bis zu gekühlten Schutzgehäusen und Freiblaseinrichtungen für die Stahlindustrie. Zur Bahnkantensteuerung, aber auch zur Messung des Durchmessers von Stäben, Spulen oder Stanzlöchern stehen jetzt hoch auflösende optische Sensoren für den Maschinenbau zur Verfügung.

Füllstand

Auch die Füllstandmessung zählt zu den geometrischen Größen. Hier sind auf der Messe in Nürnberg diverse Verfahren zu finden. Beispiele kommen u.a. aus China. Hersteller von piezoresistiven Drucksensoren bieten Druck-Transmitter für den Einsatz als Pegelsonde an. Der Druckausgleich zum Atmosphärendruck erfolgt über eine Kapillare im Kabel. So lassen sich Flüssigkeitspegel von 1¿200 m mit einer Genauigkeit bis zu 0,1 % FS überwachen.

Mechanische Messgrößen

Die Liste der mechanischen Messgrößen ist lang - und zu den meisten werden Besucher auf der SENSOR+TEST auch passende Sensoren finden. Druck und Kraft (Gewicht) sind sicher die wichtigsten, aber auch Dichte, Viskosität, mechanische Spannung oder das Drehmoment gehören dazu.

Druck

Dominiert wird das Angebot an Drucksensoren mit Abstand von piezoresistiven, also auf Halbleitern basierenden Verfahren, gefolgt von Verfahren mit Dehnmessstreifen in Dünnschichttechnik auf Stahl oder in Dickschichttechnik auf Keramik. Eröffnen wir den Reigen mit einer Spezialität: Ein Volumen von nur 3 x 5 x 1 mm³ beherbergt ein komplettes Drucksensormodul für 10¿1200 mbar samt 24 bit Delta-Sigma A/D-Wandler für Messfrequenzen bis zu 1 kHz Auflösung und einem I2C-Ausgang. Der Stromverbrauch liegt bei 1 µA, in Ruhephasen sogar nur 0,15 µA. Der Sensor wurde für mobile Anwendungen entwickelt, für Bergsteiger oder Mountain Biker. Natürlich kann man damit auch ein Barometer herstellen. Die ungewöhnliche Auflösung lässt Höhenunterschiede von etwa 15 cm eindeutig erkennen. Eine etwas voluminösere Variante bietet noch ein internes PROM für individuelle Koeffizienten und ein Temperatursignal mit der Auflösung von 0,02 K. Ebenfalls in der Bauform als SMD-Baustein erfasst ein Silizium-Sensor Absolut- oder Relativdrücke bis 34 bar. Auch eine Version für Differenzdruck ist lieferbar. Das Sensorelement ist mit einem Gel geschützt, so dass der Einsatz nicht auf Luft beschränkt ist. In einem 5 x 5 x 1,2 mm³ großen Gehäuse werden kapazitive Absolut-Drucksensoren inklusive 14 bit A/D-Wandler angeboten. Der Anschluss erfolgt über I2C-Bus. Reprogrammierung bzw. Rekalibrierung sind einfach zu bewerkstelligen.

Eigensichere Bauformen sind z.B. für Steuer- und Kontrollsysteme in Feuerungsautomaten von Gasbrennern zu sehen. Über einen Mikroprozessor lassen sich Prüfmuster zur Fehlerkontrolle auslesen.

Es gibt aber natürlich noch diverse Bauformen für den Einsatz in der industriellen Automatisierung bzw. Messtechnik oder für medizinische Geräte. Unter anderem vermeldet hier ein Hersteller eine deutliche Verbesserung der Chip-Technologie, womit die Driften und Hysteresefehler um den Faktor 5 verringert werden konnten.

Auch Miniatur-Druckschalter werden auf Basis von Silizium angeboten. Sie sind bis 7 bar als Absolut-, Relativ- oder Differenzdruckversion lieferbar und kommen z.B. zur Überwachung eines Vakuums zum Einsatz. Dafür stehen zwei unabhängige logische Schaltausgänge zur Verfügung.

Auch aus China werden mehrere Anbieter von Drucktransmittern auf der SENSOR+TEST ausstellen. Zum Angebot gehören piezoresistive Drucktransmitter mit HART-Interface, Zulassungen für den Einsatz auf Schiffen und in eigensicherer Bauart für explosionsgefährdete Bereiche. Außerdem ein spezieller Auto-Zero-Transmitter, der in der Kunststoff- und Gummi-Industrie zum Einsatz kommt. Eher ungewöhnlich ist die Verwendung eines kombinierten Messverfahrens bestehend aus kapazitiven und induktiven Elementen. Die Verschiebung der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises durch den Messdruck auf den Kondensator wird ausgewertet und führt zu Messgenauigkeiten von bis zu ±0,05 % bei Messbereichen bis 70 bar. Auch zur Überwachung eines leichten Überdrucks in Reinräumen werden ganz spezielle Druckmessgeräte vorgestellt.

Drucksensoren mit Messbereichen zwischen 50 und 800 bar werden in Nürnberg auch mit Dehnmessstreifen in Dünnschichttechnik angeboten. Medientemperaturen können zwischen -40 und +150 °C liegen. Ganz unterschiedliche kundespezifische Bauformen - auch als Messkapsel - sind lieferbar. Eine bereits bestehende Linie von Drucksensoren mit Dünnfilmdehnmessstreifen in TiON-Technologie wurde um digitale Signalausgänge und Temperaturmessung als Optionen erweitert. Die Messbereiche reichen bis 600 bar und das Gesamtfehlerband bleibt zwischen 0 und 80 °C unter 1 %FS.

Als weitere Technologie bietet die SENSOR+TEST Drucksensoren mit Keramik-Membran. Zur Wandlung kommen Dehnmessstreifen in Dickschichttechnik zum Einsatz. Direkt auf dem Sensormodul wird ein ASIC appliziert, das die Temperaturkompensation und den Abgleich von Nullpunkt und Messspanne realisiert. Im ASIC erfolgt auch die individuelle Kennzeichnung, die eine vollkommene Rückführbarkeit jedes Sensors garantiert.

Entsprechend dem großen Angebot an Drucksensoren finden die Besucher auf der SENSOR+TEST auch die dazu gehörenden Kalibriermöglichkeiten. Hier nur zwei Beispiele: Ein Vergleichsmanometer mit 0,02 %FS Genauigkeit und einem Messbereich bis 600 bar wird von einem chinesischen Aussteller vorgestellt. Oder ein hochpräzises Kalibriergerät für Niederdrücke von ±250 mbar. Bei einer Genauigkeit von 0,005 % soll es die unhandlichen Druckwaagen bzw. Drehkolbenmanometer ersetzen.

Kraft/Wägetechnik

Bis zu einem Seildurchmesser von 16 mm kann ein neuer Seilwächter die tatsächlich anliegende Seilkraft bestimmen. Das Gerät dient zur Lastüberwachung in Hebezeugen und zur Kraftmessung an Abspannungen bzw. Seilsicherungen. Der gleiche Anbieter liefert auch einen Wandler, um analoge Sensorsignale direkt per USB an einen Rechner anzuschließen. Das Modul erkennt sogar das elektronische Datenblatt TEDS - falls vorhanden. Eine Präzisionskranwaage arbeitet in rauer Industrieumgebung und sendet ihre Messwerte per Funk an das Display der zugehörigen Fernbedienung. So kann der Anwender auch an schwer zugänglichen Stellen Lasten bis 50 t handhaben. Eine typische Anwendung ist die Gewichtsprüfung von Containern beim Verladen.

Plattform-Wägezellen für Lasten bis 500 kg und Druckkraft-Wägezellen bis 50 t stellt ein niederländischer Anbieter vor. Die Produkte wurden von der deutschen PTB qualifiziert. Um vor Hochdruck- und Dampfstrahlreinigung sicher zu sein, erreichen die Bauformen teilweise die Schutzart IP69k. Auch Versionen für explosionsgefährdete Bereiche sind lieferbar.

Zeitabhängige Messgrößen

Mit der Mikrosystemtechnik begann die Entwicklung von Mikrogyroskopen. Auch wenn sie in diesem Jahr bei den Sensoren für zeitabhängige Messgrößen im Mittelpunkt stehen, ist die SENSOR+TEST die Messe für Beschleunigungsaufnehmer, Vibrations-, Schwingungs- und Schallanalysesysteme, nicht zu vergessen das breite Spektrum an Drehzahl- oder Durchflusssensoren Aus Norwegen wird ein Gyroskop-Sensor vorgestellt, der im Betrieb nur 50 mW aufnimmt und für Messbereiche von 100 °/s bis 400 °/s lieferbar ist. Die Anwendungsgebiete liegen im Bereich der Plattformstabilisierung, Positionierung von Roboterarmen, der Bohrlocherkundung, in Neigezügen bis hin zu intelligenter Munition. Weitere voll integrierte 6-axiale Modelle um genaue Neigungswinkel in dynamischen Systemen zu messen, kommen aus Großbritannien. Als Anwendungsfelder werden Kamera- und Antennenstabilisierung genannt sowie die Orientierung und Stabilisierung von Schiffen oder unbemannten Fahrzeugen. Mit Hilfe proprietärer Algorithmen soll die Funktionalität traditioneller mechanischer Gyroskope erreicht werden. In einer einachsigen Variante werden Winkelgeschwindigkeiten bis zu ±1000 °/s erfasst. Etwas gemächlicher, dafür aber in robuste Gehäuse integriert, geben sich Gyroskope für mobile Arbeitsmaschinen und Nutzfahrzeuge. Sie sind auf den Messbereich ±75 °/s eingestellt und erreichen ±0,03 % Genauigkeit. Das Modul ist per CANopen in das Fahrzeug-Netzwerk zu integrieren, diagnosefähig und bei Bedarf auch kalibrierbar.

Auch Beschleunigungssensoren werden in Mikrosystemtechnik gefertigt. Ein komplettes Modul für Messbereiche von 1¿16 g liefert über ein integriertes USB-Interface bis zu 125 Messwerte pro Sekunde bei einer Auflösung von 125 µg. Zum Einsatz kommt es u.a. in Netzwerken zur Beobachtung von Erdbeben in Kalifornien. Die Überwachung von Getrieben und Wellen in Windenergieanlagen ist die Zielapplikation für eine andere Bauart. Sie ist je nach Anforderung mit ganz unterschiedlichen Kabeln lieferbar, bis hin zu Offshore-Anwendungen. Ein Biegeschwinger-Messprinzip dient zur Beobachtung von Rammvorgängen. Die Messbereiche liegen zwischen 20000 und 60000 g. Durch Integration lässt sich aus den Messwerten z.B. der bei Gründungsarbeiten zurückgelegte Weg ermitteln.

Die eigentlichen Masseneinsätze für spezielle Sensorik finden sich heute in der Unterhaltungsbranche. In dieses Marktsegment zielt ein Beschleunigungssensor, der für Klopfimpulse ausgelegt ist. Ähnlich einem Mausklick können damit an mobilen Geräten durch Klopfzeichen mit einer bestimmten Richtung bis zu 12 unterschiedliche Aktionen ausgelöst werden. Ebenfalls für mobile Geräte ist ein Mikro-Vibrationssensor gedacht, der das Gerät durch die leichte Erschütterung beim Anfassen aus dem energiesparenden Schlafzustand aufweckt. Der Sensor arbeitet komplett passiv mit zwei speziell beschichteten Mikrokugeln.

Für die berührungslose Messung von Drehzahlen z.B. an Kolben- oder Elektromotoren wird auf der SENSOR+TEST ein mit Laser arbeitender Drehzahlsensor zu sehen sein. Der Messabstand kann bis zu 70 cm betragen.

Auf dem Laser-Doppler-Prinzip beruht ein Sensorsystem zur Längen- und Geschwindigkeitsmessung von Bahn- und Rollenware. Das System arbeitet mit Abständen bis zu 240 mm und kann Geschwindigkeiten bis ±4800 m/min messen. Typische Anwendungen sind die Endlängenmessung (im Warenein- und -ausgang), Schnittsteuerung und Konfektionieren, Kalibrieren von Tachometern sowie die Differenzgeschwindigkeitsmessung.

Durchflusssensoren für Flüssigkeiten und Gase werden in den unterschiedlichsten Applikationen benötigt. Sei es die Zuführung von Schneidöl an Werkzeugmaschinen, die Dosierung der Gaskonzentrationen in Beschichtungsanlagen oder anderen Prozessen. Auf der SENSOR+TEST gibt es dazu eine Reihe von Anbietern, deren Produkte sich in Ansprechzeiten, Gasarten, Genauigkeit, Messumfang aber auch Druckabfall unterscheiden.

Thermische Größen

Berührend oder nicht berührend - eigentlich kein Thema für die meisten Temperaturmessungen, denn es ergibt sich aus der Applikation. Mittlerweile bereichern drahtlos arbeitende Funksensoren das Angebotsspektrum. Von allen Möglichkeiten der Temperaturmessung - vom Thermoelement bis zur hoch spezialisierten Wärmebildkamera - finden sich traditionell die meisten auf der SENSOR+TEST.

Mit einer vergleichsweise einfachen Wärmebildkamera versucht ein führender Hersteller unter der magischen 1000-Euro-Grenze neue Anwender zu finden. Die Handkamera ist mit einem 60 x 60 Pixel Array ausgestattet und auf elektrische Inspektionen spezialisiert. Nicht als Kamera, sondern als Infrarot-Thermometer für die Instandhaltung (schwer zugängliche elektrische oder mechanische Anlagenteile) oder als Komponente im Maschinen- und Anlagenbau (Temperaturüberwachung in Produktionsprozessen) wurde ein IR-Sensor nach Kundenwünschen weiterentwickelt. Der Messbereich reicht bis 1030 °C und ein intelligentes LED-Anzeigekonzept dient nicht nur zum Anzeigen des Messpunktes, sondern auch von Alarmzuständen. Ein Thermopile-Sensor und ASIC können jetzt gemeinsam im TO-5-Gehäuse berührungslos Temperaturen zwischen -70 und +310 °C messen. Das Ausgangssignal kommt per 2-Leiter-SMBus, so dass bis zu 100 Sensoren zu vernetzen sind. Ein Evaluation Board mit USB-Anschluss ist optional lieferbar.

Als Spezialist für Pt-Elemente, NTC und KTY-Typen bietet ein erfahrener Großhändler nicht nur die Lieferung individueller Bauformen und Kabellängen auch in kleinen und mittleren Stückzahlen an, sondern auch breite, und insbesondere herstellerunabhängige Beratung.

Seit viele Anwender auch zuhause beste Erfahrungen mit WLAN- Installationen gemacht haben, ist die Hemmschwelle für den professionellen Einsatz in Anlagen deutlich gesunken. Auf der SENSOR+TEST wird z.B. ein drahtlos arbeitendes Temperaturmesssystem vorgestellt, das Umgebungstemperaturen bis +125 °C verkraftet und dessen Sender sogar über eine ATEX-Zulassung verfügt. Aus dem gleichen Unternehmen kommt ein elektronischer Temperaturschalter, der außer mit Schaltkontakten auch mit Analogausgang und einem Display ausgestattet ist. Die Gehäusetechnik entspricht den Vorgaben für hygienisch sensible Bereiche, z.B. in der Lebensmittelindustrie. Gänzlich ohne Versorgung kommt dagegen ein Thermostat mit Wechselkontakt aus. Er arbeitet nach dem Bimetall-Sprungscheibenprinzip und kann bis +200 °C arbeiten.

Die Anwendungen im Fahrzeugbau sind ein weites Feld. Auch hierfür findet sich auf der SENSOR+TEST eine Vielzahl spezifischer Temperaturfühler. Beispielhaft sei hier ein besonders schnell reagierender Sensor erwähnt, der von der Ventilsteuerung ausgewertet wird und so zur Erhöhung des Wirkungsgrades von Verbrennungsmotoren beitragen kann. Dasselbe Unternehmen stellt Pt200 Widerstandstemperaturfühler für den Einsatz im Abgasstrang vor. Der Messbereich reicht von -40¿+800 °C. Die Fühler messen bei Dieselmotoren Temperaturen am Rußpartikelfilter und initiieren die Regeneration. Eine entsprechend robuste Konstruktion sorgt für die geforderte Langlebigkeit.

Klimatische Messgrößen

In diesem Abschnitt geht es vorrangig um Feuchte an Luft (in Gasen). Die Besucher der SENSOR+TEST erwarten auch Sensoren für Partikeldichte, Raucherkennung, Barometrischen Luftdruck oder z.B. Solarstrahlung.

Für die recht spezielle Aufgabe, die Feuchte in Estrichen, Mauern, Dämmschalen oder auch Verpackungen zu ermitteln, werden zwei extra dünne Stabfühler vorgestellt. Mit einer Ansprechzeit von nur 4 s und einem Durchmesser von nur 4 mm sind für solche Messungen nur noch ungewöhnlich kleine Bohrungen notwendig. Der Fühler enthält einen Feuchte- und einen Temperatursensor. Beide Messwerte stehen als zwei unabhängige Analogsignale zur Verfügung. Durch den geringen Stromverbrauch sind sie besonders für den Einsatz an Datenloggern geeignet. In Verbindung mit einem abgesetzten Messwandler lassen sich auch berechnete Werte wie absolute Feuchte (g/m³), der Taupunkt (°C) oder andere darstellen. Die Einstellung wird vor Ort per USB-Anschluss vorgenommen. Für den Dauereinsatz in Hochfeuchtebereichen sind entsprechende Gehäuse lieferbar.

Ein modular aufgebauter Feuchtesensor besteht aus einem kapazitiv arbeitenden Messelement und einem spezifischen ASIC, beide integriert auf einem Keramikträger. Das Modul ist von -40 - +125 °C einsetzbar. Auch Ausführungen als SMD-Baustein sind lieferbar. Sowohl der Linearitätsfehler als auch der Temperaturfehler werden rechnerisch kompensiert. Die Messfühler können über einen Adapter direkt via USB-Schnittstelle an einen Rechner angeschlossen werden, um per Software die Messwerte und abgeleitete Größen zu visualisieren. Aus der Schweiz wird ein Feuchtesensor als SMD-Baustein vorgestellt, der die Tests zum Automobilstandard AECQ100 durchlaufen und bestanden hat.

Neben den Stressbedingungen für HTOL und UHST sind die 1000 Temperaturzyklen als Stresstest für die Verbindungstechnik zwischen -50 und +150 °C nicht zu verachten.

Optische Partikelsensoren detektieren Rauch, Pollen, Keime und Staub ab einer Partikelgröße von 0,3 µm. Sie werden vornehmlich in Luftgütemessgeräten eingesetzt, die Filter, Trocknung oder Befeuchtung steuern.

Chemische Sensoren

Das Angebot von Sensoren zur Bestimmung von Gaskonzentrationen ist auf der SENSOR+TEST stets äußerst vielfältig. Dazu kommt ein breites Angebot an nasschemischen Sensoren, etwa für den pH-Wert oder die Leitfähigkeit.

Eine "Künstliche Nase" erlaubt die messtechnische Erfassung von Gaskonzentrationen oder auch komplexen Gerüchen. Sie besteht aus einer kompakten Anordnung unterschiedlicher Gassensoren, einem Sensor-Array. Wird das Sensorfeld einem bestimmten Gas ausgesetzt, so liefern die einzelnen Sensoren unterschiedliche Ausgangssignale. Es lassen sich daraus Muster erkennen, die umgekehrt einem bestimmten Gas zugeordnet werden können. Anbieter von künstlichen Nasen können für ihre Produkte Referenzbibliotheken beistellen. Anwender können diese Sensoranordnungen aber auch individuell "schulen".

Auf der Basis von Halbleiter-Gassensoren wird in Nürnberg u.a. ein Geruchsprüfgerät vorgestellt, das speziell auf Aromen, Duftstoffe oder Schweißgeruch optimiert wurde. Es wird z.B. zur Qualitätssicherung in der Lebensmittelindustrie und zur Optimierung von Textilien eingesetzt. Dazu kommt die kritische Überprüfung des Geruchs von Verpackungsmaterialien aus Kunststoff. In anderer Bauform wird das Gerät zur Überwachung der Dichtigkeit von Verpackungen, etwa von Medikamentenflaschen, oder Spraydosen eingesetzt.

Methan, Sauerstoff, Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff usw. - wer nach Gassensoren sucht wird auf der SENSOR+TEST fündig. Ein Startup-Unternehmen wird in Nürnberg Sensoren vorstellen, die sehr schnell und genau die Konzentration bestimmter Flüssigkeiten bestimmen können, z.B. Glykol, unterschiedliche Kraftstoffe oder Reinigungsmedien.

Leitfähigkeitsmesszellen, die den Bestimmungen der FDA (Food and Drugs Administration) entsprechen, werden für Anwendungen im Rein- und Reinstwasserbereich, der Pharmazie, Lebensmittelproduktion oder der Chip-Herstellung vorgestellt. Für Screening- bzw. Mapping-Anwendungen sind Systeme vorgesehen, die die zweidimensionale Verteilung von Sauerstoff, Kohlendioxid oder dem pH-Wert aufzeigen können. Typische Proben sind Tier- oder Pflanzengewebe, Sedimente oder biologische Lösungen. Bei der Analyse organischer Substanzen per Raman-Spektroskopie können jetzt hoch stabilisierte Laser zum Einsatz kommen, die mit einer spektralen Breite von nur 0,1 nm mit einer Leistung bis 500 mW angeboten werden.

Für stark gestresste pH-Sensoren sind in Nürnberg pneumatische Wechselarmaturen zu sehen. Automatisierte Reinigung kann die Standzeit der pH-Sonden nämlich signifikant verbessern. Das ist besonders in der Wasser- und Abwassertechnik, der chemischen und der Lebensmittelindustrie von Vorteil.

Mess- und Prüftechnik

Auf der Fachmesse SENSOR+TEST ist der Mess- und Prüftechnik eine eigene Halle gewidmet. Dort reicht das Angebot vom mobilen Handgerät bis zur hundertkanaligen Prüfstandsausrüstung. Gleichzeitig sind auf der so genannten Aktionsfläche für die Besucher Versuchsfahrzeuge mit mobiler Messtechnik voll gestopft.

Zu den Schmankerln gehört sicher ein auf mehrere Patente gestützter Spectrum Analyzer, der selbst bei einer maximalen Bandbreite von 200 MHz eine Streaming-Funktion in Echtzeit anbietet. Laut Hersteller kann damit der gesamte Datenstrom eines Mobilfunkmastes lückenlos aufgezeichnet werden. Mit bis zu 11 Mbytes/s kontinuierlicher Aufzeichnungsrate im Famos- oder Diadem-Format arbeitet ein Transientenrecorder, der mit Universalmessverstärkern bestückt ist. Mit der internen Festplatte können z.B. 16 Kanäle mit je 100 kHz Bandbreite über einen ganzen Tag unabhängig aufgezeichnet werden. Besonderer Wert wurde auf eine einfache und intuitive Bedienoberfläche gelegt. Sein breites Spektrum an Transientenrecordern hat ein anderer Hersteller durch eine Eco-Version ergänzt, die mit maximal 16 Kanälen und batteriebetrieben speziell für den mobilen Einsatz gedacht und per Gigabit-LAN fernsteuerbar ist.

Wie in jedem Jahr sind auf der SENSOR+TEST Datenlogger ein großes Thema. Es gibt die Miniaturversionen, die zeitgleich bis zu fünf oder sechs Sensorsignale aufzeichnen und z.B. zur Überwachung von Brutschränken oder Transporten ausgestattet sind. Oder sie kommen in der Klimatologie zum Einsatz und finden sich z.B. auf Messfeldern am Kilimandscharo wieder. Andere Datenlogger sind auf Überwachung spezialisiert: typisch 15 Eingangskanäle - und im internen 1 GB-Speicher können bis zu 128 Mio. Messwerte gespeichert werden. Hier geht es um Anlagenüberwachung mit der Möglichkeit Alarme auszulösen, eine SPS zu informieren oder Nachrichten per SMS an den Service zu versenden. Die Messdaten können ggf. auch über ein Netzwerk versendet und irgendwo an einem PC grafisch dargestellt werden.

Natürlich gibt es in Nürnberg auch jede Menge eigenständige Messwandler oder Messsignalumformer. Die aufwändigeren haben ein integriertes Display, mehrere Messeingänge, bieten Analog- oder Digitalausgänge, USB-Anschluss oder Vernetzung per Ethernet.

Was die Messsignalaufbereitung und Messdatenerfassung angeht, so stellen eine Reihe führender Unternehmen hier ihre neuesten Entwicklungen an Hard- und Software vor. Hochkompakte Isolationsverstärker im Format von Lego-Bausteinen bis zu hochkomplexen Einschüben für das PXI-Express-Format. Auch die Entwicklung virtueller Geräte (Virtual Instruments, VIs) und damit der einfache Zugang zur Software LabView spielt eine Rolle.

Wer sich bei der Nutzung von Dehnmessstreifen noch immer nicht entschieden hat, ob Gleichstrom oder Trägerfrequenz die bessere Betriebsart ist, kann auf der SENSOR+TEST Messmodule begutachten, die sich einfach umschalten lassen. Schließlich gibt es hier noch die vielen Stand-alone-Lösungen für spezielle Messaufgaben, wie z.B. Schall- und Schwingungsmessungen. Ein 5-kanaliger Analysator arbeitet bis 25,6 kHz und ist für die Bestimmung der Schallleistung nach ISO-Normen oder zur Identifikation von Schallquellen mittels Mikrofon-Arrays ausgestattet. Für die industrielle Zustandsüberwachung von z.B. Papiermaschinen oder die Beobachtung von Ingenieurbauten wird in Nürnberg ein drahtlos arbeitendes Messsystem vorgestellt, das die Messwerte von allen über die Struktur verteilten Sensoren synchron einsammelt.

Zum Schluss noch eine Kleinigkeit: Ein Dongle, der eine I2C-Schnittstelle über den USB-Port verfügbar macht. Das könnte besonders für Entwickler interessant sein. Der I2C-Master arbeitet mit ca. 100 kHz Taktfrequenz und erreicht einen Durchsatz von 750 Bytes/s.

Prüftechnik

Die Grundlage hoher Qualität ist neben der Einhaltung von Best-Practice-Regeln eine ausgefeilte Prüftechnik. Angefangen bei der Produktentwicklung über die Produktion bis zur Endkontrolle wird jedes produzierte Teil im Werden von einer Vielzahl an Prüfschritten begleitet. Auf der SENSOR+TEST finden die Fachbesucher jährlich ein breites Angebot unterschiedlichster Geräte und Verfahren.

In diesem Jahr wird erstmals eine Art Magnetfeldkamera vorgestellt, um kleine Permanentmagnete auf ihre Feldverteilung hin zu prüfen. Die Magnete werden auf ein Array aus 16000 mikroskopisch kleinen Hall-Sensoren gelegt, aus deren Signal dann per Software die Feldverteilung und der Magnetisierungsvektor berechnet bzw. dargestellt werden.

Die Prüfung von Turbomaschinen nicht nur bei der Abnahme sondern auch vor Ort beim Kunden ermöglicht ein mobiles Messsystem mit 96 Kanälen zur Messung von Temperaturen, Drücken, Durchflussmengen und Dehnungen. Die Bedienung erfolgt über Lichtwellenleiter per Laptop. Für effiziente Struktur- und Modalanalysen werden Anreger mit einem Kraftvektor bis 15 kN und Schwingwegen bis 50 mm sowie aktuelle Softwaretools vorgestellt. Sie sind Teil kompletter Schwingregelsysteme, die vom einfachen Rausch- oder Sinustest bis zur Simulation von Zeitsignalen und Schockprüfungen weltweit in Umweltprüflaboren benötigt werden.

Nachdem es Pflicht ist, die Schallemissionswerte von motorbetriebenen Maschinen zu dokumentieren, stehen für die Hersteller jetzt handliche batteriebetriebene Schallintensitäts-Messgeräte zur Verfügung.

Zur Entwicklung von Prüfsequenzen steht eine eigens dafür entwickelte Testmanagement-Software zur Verfügung, deren Funktionalität an Teamarbeit orientiert ist.

Mehrere Aussteller zeigen auf der SENSOR+TEST ihre Umweltsimulations- bzw. Klimaschränke. Wichtige Parameter sind die Geschwindigkeit, mit der Temperatur- und Feuchtewerte geändert und wie stabil sie auf jeder gewünschten Stufe gehalten werden können. Software gesteuert können sie Prüfstandards nach DIN bzw. IEC folgen. Zusätzlich lassen sich weitere Belastungen wie Vibration, Luftschadstoffe, Korrosionseinflüsse reproduzierbar erzeugen. Ein Highlight wird der erste Klimaschrank mit integriertem Messroboter sein, der unter den eingestellten klimatischen Bedingungen auch funktionsabhängige Komponenten prüfen kann.

Sonstiges

In dieser Rubrik zeigt sich, wie breit die SENSOR+TEST jenseits der üblichen Produktgruppen aufgestellt ist. Nach dem Hype der letzten Jahre in Foren und Kongressen zieht die Funksensorik so langsam ihre Kreise in die Anwendung. Aus England - nicht gerade berühmt als Zentrum des Weinanbaus - kommt die Nachricht von einem Funknetzwerk, das in den Weinbergen verteilt Bodenfeuchte, Temperatur und Luftfeuchtigkeit misst und danach die Bewässerungsanlagen steuert. Das Ergebnis ist ein höherer Ertrag und eine drastische Reduktion der Wassermenge. Ein Hochleistungs-Sensorknoten für drahtlose Sensor-Netzwerke kommt aus Berlin. Im Innern werkelt eine virtuelle Maschine auf der Basis von Java. Eine Anbindung ist u.a. per CAN, Ethernet, USB, I2C und SPI möglich. Weitere Geräte kommunizieren per Funk mit SAW-Sensoren (Surface Acoustic Waves). Die liefern auf Anfrage von einem Mastermodul per Funk Informationen über Temperatur, Druck oder Dehnung. Sie arbeiten völlig ohne eigene Elektronik und sind deshalb in Rotoren, an Lagern, im Innern von Maschinen, Generatoren, Schaltern oder auch Durchlauföfen bis 200 °C einsetzbar.

Zur Optimierung des Antriebsstrangs wird das Drehmoment an den Rad-Antriebsachsen gemessen, auch bei unterschiedlichsten Fahrmanövern und schlechten Straßenverhältnissen. Die Messung selbst erfolgt mit Dehnmessstreifen, die Signalübertragung per Nahfeldtelemetrie. Da sich die Rad-Antriebsachsen sehr stark bewegen, wurde eine Lösung mit einer flexiblen Antenne entwickelt und patentiert, die in Nürnberg vorgestellt wird.

Unweit vom Thema Funksensoren liegt das Thema Energy Harvesting, also die Energiegewinnung vor Ort aus der Umgebung des Sensors. Damit können Funksensoren ohne Batterien auskommen und je nach Energiebedarf (autark) von Zeit zu Zeit ihre Meldung absetzen. Auf der SENSOR+TEST werden u.a Module zur piezoelektrischen Energiegewinnung vorgestellt, wie sie z.B. zur Versorgung von Reifendrucksensoren Verwendung finden könnten.

Die Messung von und mit Magnetfeldern ist ebenfalls ein Thema auf der SENSOR+TEST. Zur Messung von Strömen gibt es einen SMT-Baustein zu sehen, der einen AMR-Sensor samt Auswerteschaltung und Referenzmagneten enthält. Das System ist praktisch frei von Hysterese und bietet eine Bandbereite bis 500 kHz. Ein auf Hall-Sensorik basierender Sensor misst Ströme von 10¿50000 A nach dem Differenzmessprinzip. Mit Hall-Sensoren arbeitet auch eine dreidimensionale Messvorrichtung um Magnetfelder von Dauermagneten zu ermitteln. Es soll zur Optimierung magnetischer Systeme beitragen.

Auch die optische Messtechnik ist in Nürnberg gut vertreten. Farbmesstechnik als Beispiel. Hier gibt es sowohl so genannte True-Colour-Sensoren, die per Taste geschult werden können, als auch Farbsensoren, die auf die Erkennung von Farbunterschieden getrimmt sind. Letzteres ist z.B. wichtig bei der Selektion von LEDs für Anzeigen.

Messköpfe zur Bestimmung der Laserleistung messen von µW bis 3 W und hocheffiziente Photonenzählwerke bringen es mittlerweile auf Dunkelzählraten unter 10 cps (Counts per Second).

Bei Fahrerassistenzsystemen geht es weniger um Licht oder Photonen. Ein so genannter Automotive Motion Analyzer nutzt sowohl GPS als auch Inertialsensorik, um zu jeder Zeit die Position und Höhe des Fahrzeugs zu bestimmen. Die Aktualisierungsrate erreicht mehrere 100 Hz. So können bis auf wenige Zentimeter genaue Streckendaten und Höhenprofile mit den übrigen Messdaten bei Fahrversuchen verknüpft werden.

Worauf wir hier nicht eingegangen sind ist das große Angebot auf der SENSOR+TEST, das sich an die Hersteller von Sensoren selbst richtet. Hier finden sich jede Menge spezieller Komponenten, wie ASICS, Magnete, Glasdurchführungen, gestanzte Platinen bis hin zu Anlagen zum Laserschweißen.

Schlusssatz

Zum Abschluss dieses Berichts erneut ein Hinweis auf das Sonderforum zum diesjährigen Thema der Messe: "easy to use". Dort finden die Fachleute unter anderen Ausstellern ein Beratungsunternehmen für die Entwicklung intuitiver Bedienoberflächen. Auch das, was man heute neudeutsch Usability nennt, kann einen Kauf entscheidenden Unterschied zu den Produkten der Mitbewerber ausmachen. Denn nichts ist so kompliziert, als dass man die Schnittstelle zum Menschen nicht noch einfacher machen könnte.

Am ersten Messetag ist das komplette Forumsprogramm in Halle 12 dem diesjährigen Leitthema "easy to use" gewidmet. Mit dabei sind u.a.: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Peekel Instruments GmbH, National Semiconductor GmbH, measX GmbH & Co. KG und National Instruments Germany GmbH.

Für alle, die mit Sensorik, Mess- und Prüftechnik zu tun haben, gibt es auch in diesem Jahr keine Ausrede, um vom 7. bis 9. Juni nicht nach Nürnberg auf die SENSOR+TEST, zu den Ausstellern und Foren oder einen der parallel stattfindenden Kongresse zu kommen. Weitere Infos finden Sie unter http://www.sensor-test.de.

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