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Signalkonditionierer – innovativ und unerlässlich in der Messtechnik

Signalkonditionierer – innovativ und unerlässlich in der Messtechnik

Neue Maßstäbe in der industriellen Prozesskontrolle

Was ist eigentlich ein Signalkonditionierer? Sie spielen eine wesentliche Rolle, wenn es um die Themen Datenerfassung und Steuerungsprozesse geht. Als Messmodul wandelt der Signalkonditionierer ein elektrisches oder mechanisches Eingangssignal in ein Ausgangssignal um. Der Zweck besteht darin, das Signal zu verstärken und in eine leicht lesbare und kompatible Form zur Datenerfassung oder Maschinensteuerung umzuwandeln. Darüber hinaus übernehmen sie auch eine Vielzahl weiterer Funktionen und sind daher für eine exakte Datenerfassung und Maschinensteuerung unerlässlich. Lesen Sie in folgendem Beitrag, wie Signalkonditionierer funktionieren, was sie auszeichnet und für welche Applikationen sie prädestiniert sind.

Signalkonditionierer übernehmen führen eine Vielzahl von Funktionen aus und leisten einen wesentlichen Beitrag in der präzisen Produktionssteuerung und -fertigung. Um die Funktionsweise besser zu verstehen, erläutern wir zunächst das Prinzip der Signalumwandlung. Die Hauptfunktion eines Signalkonditionierers besteht darin, das Signal aufzunehmen und in ein höheres elektrisches Signal umzuwandeln. Die Signalumwandlung wird häufig von industriellen Anwendungen verwendet, die eine Vielzahl von Sensoren zur Durchführung von Messungen verwenden. Aufgrund der verschiedenen verwendeten Sensoren müssen die erzeugten Signale möglicherweise konvertiert werden, damit sie für die Instrumente, mit denen sie verbunden sind, verwendet werden können. Jedes Sensorsignal kann in ein beliebiges Standardprozesssignal umgewandelt werden.

Linearisierung für eine höhere Genauigkeit

Bestimmte Signalkonditionierer können eine Linearisierung durchführen, wenn die von einem Sensor erzeugten Signale keine geradlinige Beziehung mit der physikalischen Messung haben. Dies ist der Prozess der Interpretation des Signals von der Software und es ist üblich für Thermoelementsignale. Diese Methode wird verwendet, um eine höhere Genauigkeit zu erreichen, da jeder Sensor nicht vollständig linear ist. Die Parameter für die Linearisierung werden während der Sensorkalibrierung ausgewertet und im Kalibrierprotokoll des Sensors angegeben.

Signalverstärkung zur Verarbeitung oder Digitalisierung

Der nächste Schritt ist die Signalverstärkung und der Prozess der Erhöhung des Signals zur Verarbeitung oder Digitalisierung. Es gibt zwei Möglichkeiten, die Signalverstärkung durchzuführen. Durch…

  • Erhöhen der Auflösung des Eingangssignals oder
  • Erhöhen des Signal-Rausch-Verhältnisses.

Die Signalkonditionierung verwendet eine Reihe von verschiedenen Verstärkern für verschiedene Zwecke, einschließlich Instrumentenverstärkern, die für die Verwendung mit Gleichstromsignalen optimiert sind und sich durch hohe Eingangsimpedanz, hohes Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR) und hohe Verstärkung auszeichnen. Ein anderes Beispiel eines zur Verstärkung verwendeten Signalkonditionierers wäre ein Trennverstärker, der dazu ausgelegt ist, hohe Gleichspannungspegel von der Vorrichtung zu isolieren, während ein kleines Wechselstrom- oder Differenzsignal durchgelassen wird.

Filtern blockiert Rauschen

Eine andere wichtige Funktion eines Signalaufbereiters ist das Filtern. Hier wird das Signalfrequenzspektrum gefiltert, um nur die gültigen Daten einzuschließen und jegliches Rauschen zu blockieren. Die Filter können entweder aus passiven und aktiven Komponenten oder aus einem digitalen Algorithmus bestehen. Ein passiver Filter verwendet nur Kondensatoren, Widerstände und Induktivitäten mit einer maximalen Verstärkung von eins. Ein aktiver Filter verwendet zusätzlich zu aktiven Komponenten wie Operationsverstärkern und Transistoren passive Komponenten. Signalaufbereiter auf dem Stand der Technik verwenden digitale Filter, da sie einfach einzustellen sind und keine Hardware erforderlich ist. Ein digitaler Filter ist ein mathematisches Filter, das verwendet wird, um ein Signal zu manipulieren, wie z. B. Blockieren oder Passieren eines bestimmten Frequenzbereichs. Sie verwenden Logikkomponenten wie ASICs, FPGAs oder in Form eines sequentiellen Programms mit einem Signalprozessor.

Evaluierung und Smart-Funktionen

Um dem Anwender und dem Prozess weitere Vorteile zu bieten, verfügen moderne Signalaufbereiter über zusätzliche Funktionen zur Signalauswertung und Messdatenvorverarbeitung. Dies hilft, Warnungen und Alarme über einen elektrischen Schaltausgang schnell zu überwachen und auszuwerten. Zusätzliche Smart-Funktionen wie ein intern berechneter Kanal können mathematische Funktionen wie das Hinzufügen von Sensorsignalen bis hin zu technologischen Operationen wie einem PID-Regler übernehmen. Diese Funktionen helfen, ein schnell reagierendes System zu erhalten und die Belastung der Maschinensteuerung zu reduzieren.

Schnittstellen und Protokolle

Signalkonditionierer müssen die Sensorsignale über Standardschnittstellen und Protokolle an die Maschinensteuerung übertragen. Diese Schnittstellen können analog oder digital sein. Übliche analoge Schnittstellen sind Spannungs- (+/- 10V) oder Stromsignale (+/- 20mA), die einfach zu handhaben sind, aber jedes Signal benötigt eine separate Verdrahtung. Moderne digitale Schnittstellen sind als Ethernet-basierte Busschnittstellen (Profinet, Ethercat, Ethernet / IP) konzipiert und erlauben die Verbindung mehrerer Komponenten mit nur einem Draht. Dies reduziert die Verkabelung und ermöglicht auch die Übertragung zusätzlicher Informationen wie z.B. Diagnoseinformationen der Komponenten, was sehr wichtig ist, um Ausfallzeiten zu reduzieren und die Wartung zu beschleunigen.

Signalkonditionierer von HBM

HBM ist Anbieter von Signalkonditionierern, die eine Vielzahl von Funktionen ausführen können. Zusammen mit den Sensoren von HBM bilden sie eine Lösung für die gesamte Messkette in der Produktionssteuerung und -fertigung. Seit Anfang des Jahres bietet HBM den besonders innovativen und präzisen Signalkonditionier ClipX an. Das Gerät setzt mit einer Genauigkeitsklasse von 0,01 und integriertem Kalibrierschein neue Maßstäbe in der industriellen Prozesskontrolle. Ob bei Ein-Kanal oder Mehr-Kanalanwendungen in Maschinen zur Fertigung, in Prüfständen oder zur Produktionsüberwachung, ClipX passt sich jeder Messaufgabe an. Das im Lieferumfang enthaltene Web Interface ist kinderleicht und ohne vorherige Softwareinstallation zu bedienen. Das Gerät kann hierüber parametriert werden und bietet weltweiten Zugriff auch per Remote Control.

Textquelle: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH

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Veröffentlicht von

Nicole Steinicke

Es gibt kaum ein Thema im Anlagen- und Maschinenbau, das mehr Brisanz erfährt als die Automatisierung in Prozess und Fertigung. Ob Industrie 4.0, Wireless Solutions oder Machine Learning – mit Gespür für die Themen von morgen bringe ich das Wesentliche auf den Punkt, kommuniziere nicht nur Trends, sondern auch mit Menschen, und bin vor Ort, wenn es interessant wird.

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