Digitalisierung von Sensoren

In vie­len Bere­ichen der Automa­tisierung, der Prozessin­dus­trie oder bei Forschungs- und Entwick­lungsauf­gaben ste­ht die Messtech­nik heute vor ein­er Zunahme an vielfälti­gen und kom­plex­en Mes­sauf­gaben. Die dabei wach­senden Daten­men­gen zu inter­pretieren und zu bew­erten wird immer schwieriger. Zudem nehmen in fast allen Bere­ichen die Qual­itäts­stan­dards und der Bedarf an Zer­ti­fizierun­gen und Kalib­rierun­gen zu. Daneben ste­hen Fak­toren wie Kosten und Zeit. Die analoge Sen­sortech­nolo­gie stößt hier an ihre Gren­zen. Für die Inte­gra­tion erforder­lich­er Mess­werte in Daten­ver­ar­beitungssys­teme ist eine Dig­i­tal­isierung der zu erfassenden Mess­werte uner­lässlich. Die Umwand­lung analoger, physikalis­ch­er, chemis­ch­er oder elek­trisch­er Werte in dig­i­tale For­mate begin­nt am besten im Anschlusssteck­er. Damit behält die gesamte Mess­kette die größte Flexibilität.

Kom­pak­te Messtech­nik für alle Anwendungen
Bere­its in den frühen 1990er Jahren und davor erkan­nte das Fam­i­lienun­ternehmen den Wert flex­i­bler Anschlussmöglichkeit­en durch die Tren­nung von Elek­tron­ik zwis­chen Mess­gerät und Sen­sor. Mit der Ein­bindung eines EEPROMs/Speicherbausteins in den Anschlusssteck­er und ein­er pro­gram­mierten Füh­lererken­nung ent­stand das paten­tierte Steck­er­sys­tem. Die Möglichkeit­en für Lösun­gen messtech­nis­ch­er Auf­gaben stiegen damit um ein Vielfach­es. Der Sen­sor wird über vor kon­fig­uri­erte oder frei pro­gram­mier­bare Steck­er automa­tisch nach Ansteck­en vom Mess­gerät erkan­nt. Nach dem Wech­sel der Sen­soren ist am Gerät keine Ein­stel­lung notwendig und der Mess­wert wird sofort angezeigt. Die Tech­nik ist für ein­fache Mes­sauf­gaben bis hin zur autarken Mess­daten­er­fas­sung mit indi­vidu­ellem Mes­sauf­bau möglich. Neben messtech­nis­chen Stan­dar­d­auf­gaben kön­nen auch kom­plexe, kun­den­spez­i­fis­che Son­der­lö­sun­gen real­isiert werden.

Die Intel­li­genz sitzt im Anschlussstecker
Die For­ten­twick­lung des Anschlusssteck­ers führte zu dig­i­tal­en Lösun­gen im Bere­ich der Sen­sortech­nik. Durch leis­tungs­fähigere Mikro­prozes­soren kon­nten völ­lig autarke dig­i­tale Füh­ler geschaf­fen wer­den, die selb­st wie ein Mess­gerät funk­tion­ieren. Die Intel­li­genz der dig­i­tal­en Sen­soren sitzt dabei im Anschlusssteck­er. Neben der zusät­zlich gewonnenen Flex­i­bil­ität eines dig­i­tal­en Sen­sors kön­nen im Anschlusssteck­er auch indi­vidu­elle Sen­sor­pa­ra­me­ter wie Lin­earisierun­gen, Skalierung, Dämp­fung, Mit­tel­w­ert­bil­dung, Mess­rate oder län­gere Kom­mentare unter anderem für eine über­sichtliche Zuord­nung der Sen­soren zu den Mess­plätzen gespe­ichert wer­den. Beson­ders inter­es­sant ist die Möglichkeit, Sen­soren völ­lig unter­schiedlich­er Her­steller über den Steck­er zu digitalisieren.

Kalib­rierung, kostengün­stig und schnell
Die Dig­i­tal­isierung von Sen­soren ermöglicht es, Mess­gerät und Sen­sor bei ein­er rück­führbaren Erst- oder Rekalib­rierung getren­nt zu betra­cht­en. Bei der Kalib­rierung muss das Gerät selb­st nicht mehr berück­sichtigt wer­den. Jed­er dig­i­tale Sen­sor bildet eine abgeschlossene, kalib­ri­er­fähige Mess­kette. Das bedeutet, die Füh­ler kön­nen zeit- und geldsparend unab­hängig vom Messsys­tem kalib­ri­ert wer­den, wobei das Mess­gerät keinen Unsicher­heits­fak­tor mehr darstellt. Um eventuelle Prozessstill­stände oder hohen Instal­la­tion­saufwand zu ver­mei­den, ist lediglich ein weit­er­er Sen­sor als Ersatz notwendig. Zudem kön­nen mehrere Kalib­rierun­gen an ver­schiede­nen Füh­lern eines Sys­tems gle­ichzeit­ig durchge­führt wer­den, was zu ein­er erhe­blichen Reduzierung der Gesamtkalib­ri­erzeit führt. Im hau­seige­nen, akkred­i­tierten Kalib­ri­er­la­bor wird während der Kalib­rierung von Tem­per­atur und Druck­sen­soren in jedem Kalib­ri­er­punkt die Füh­ler­a­b­we­ichung ermit­telt und auf Wun­sch des Kun­den für jeden Kalib­ri­er­punkt als Kor­rek­tur­w­ert im intel­li­gen­ten Anschlusssteck­er gespe­ichert. Im Kalib­ri­erz­er­ti­fikat sind dann die Mess­werte für den somit mehrpunk­tjustierten Füh­ler einge­tra­gen. Die aus­gewiese­nen Füh­ler­a­b­we­ichun­gen gehen gegen Null. Mes­sun­gen inner­halb des kalib­ri­erten Inter­valls kön­nen dann in kleineren Unsicher­heit­en durchge­führt werden.

Gren­zen in Anwen­dungs­ge­bi­eten über­winden, vom Einzel­gerät zum Messsystem
Diese Dig­i­tal­tech­nolo­gie bietet die Möglichkeit, Geräte unter­schiedlich­er Her­steller wie Waa­gen, Zen­trifu­gen, Par­tikelzäh­ler oder eben zahlre­iche Sen­soren mit analoger oder dig­i­taler Schnittstelle und auch andere Kom­mu­nika­tion­spro­tokolle an die Daten­log­ger anzu­binden. Nach erfol­gter Anpas­sung wer­den allein durch das Ansteck­en des Steck­ers in das Mess­gerät alle Dat­en und Sen­sor­pa­ra­me­ter automa­tisch erkan­nt, sofort visu­al­isiert und zen­tral oder dezen­tral erfasst. Aus bish­er schw­er zu imple­men­tieren­den Mess­geräten wer­den hochflex­i­ble messtech­nis­che All­t­agshelfer, ohne Pro­gram­mier­aufwand, Para­me­terum­stel­lung oder Softwareabgleich.

Die Vorteile liegen auf der Hand
Durch die dig­i­tale Sig­nalüber­tra­gung sind am dig­i­tal­en Sen­sor beliebige Kabel­län­gen möglich. Elek­tro­mag­netis­che Störun­gen bleiben aus­geschlossen und Messsig­nale kön­nen stör­sich­er über weite Streck­en über­tra­gen wer­den. Der Aus­tausch dig­i­taler Sen­soren geschieht ohne Ver­lust von Kalib­ri­er­dat­en. Eine hohe Mess­geschwindigkeit, hohe Präzi­sion und Auflö­sung sowie sta­bile Mess­werte sind Kennze­ichen dig­i­taler Sen­soren. Die Tren­nung ein­er elek­tro­n­is­chen Wand­lung analoger in dig­i­tale Sig­nale vom Sen­sor und die Unter­bringung der Dig­i­tal­tech­nolo­gie im Anschlusssteck­er eröffnet eine Vielzahl weit­er­er, messtech­nis­ch­er Vorteile. So bietet ein dig­i­taler Steck­er Platz für 10 Mess- und Rechenkanäle. Die Darstel­lungs­bere­iche im Mess­gerät kön­nen bei Ver­wen­dung dieser neuar­ti­gen Steck­er auf 200.000 Dig­its erweit­ert wer­den. Die gerä­te­un­ab­hängige Darstel­lung der Sen­sor­pa­ra­me­ter und auch die Kon­fig­u­ra­tion des Sen­sors erfol­gt über das paten­tierte Sen­sor­menü. Durch die nun mögliche Anbindung von Fremd­sen­soren aller Her­steller kann die beste­hende Messtech­nik immer wieder beliebig erweit­ert werden.