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SENSOR+TEST 2017 Produktneuheiten

23.03.2017

SENSOR+TEST 2017 Produktneuheiten

SENSOR+TEST 2017

Europas größte Messtechnik-Messe – Ende Mai in Nürnberg

Die 24. internationale Messtechnik-Messe SENSOR+TEST findet vom 30. Mai bis zum 1. Juni 2017 auf dem Gelände der Messe Nürnberg statt. Für Entwickler, Konstrukteure und Anwender aus den Bereichen Sensorik, Mess- und Prüftechnik ist diese Innovations- und Kommunikationsplattform quer durch alle Branchen ebenso ein Muss wie für Studenten der Natur- und Ingenieurwissenschaften. Denn aktuelle Sensorik und Messtechnik sind grundlegend für die Zukunftsfähigkeit von Geräten, Maschinen, Systemen und Prozessen. Und ohne neueste Prüftechnik sind ständig steigende Anforderungen an die Zuverlässigkeit von Produkten und Prozessen nicht zu erfüllen. Vor allem aber die digitale Welt von Industrie 4.0, Industrial Internet und Internet of Things benötigt immer mehr und immer präzisere Daten aus den realen Prozessen um aus diesen Informationen Mehrwert zu ermitteln.

SENSOR+TEST 2017 Produktneuheiten

 

In Europa gibt es keine vergleichbare Plattform, auf der Anwender auf so viele innovative Anbieter von Sensorik, Mess- und Prüftechnik aus aller Welt treffen können. Der AMA Verband für Sensorik und Messtechnik e.V. als Träger und die AMA Service GmbH als Veranstalter rechnen in diesem Jahr mit rund 600 Ausstellern und über 9.000 Besuchern.

Sonderthema 2017: Vernetzte Messtechnik für mobile Anwendungen
Mit diesem Sonderthema trägt die SENSOR+TEST der wachsenden Bedeutung von Sensoren, Mess- und Prüfsystemen für die moderne, vernetzte Welt Rechnung. Die Spanne reicht dabei von tragbaren Systemen zur Messung an Menschen über instrumentierte Kraftfahrzeuge und mobile Maschinen bis hin zur Luftfahrt. Daten liefern entweder selbst messende Sensoren oder Sensornetzwerke mit einer Vielzahl von Sensoren. Der wesentliche Fortschritt in der vernetzten Welt von morgen liegt in der globalen Verfügbarkeit lokaler Messergebnisse. Entscheidend für die Effizienz solcher Systeme ist deshalb, welchen Nutzen der Betreiber aus den Daten ziehen kann und in welchem Kontext sie verwendet werden sollen. Viele dieser Anwendungen sind auf der Aktionsfläche im Einsatz zu sehen – inklusive der dazugehörigen sicheren Datenübertragung an den Messestand des Anbieters. Im Fokus des Forums in Halle 5 zum Sonderthema der SENSOR+TEST 2017 stehen neue Lösungen und Konzepte zu den damit verbundenen Fragestellungen, wie z.B. Datensicherheit und weltweite Vernetzung, verteilte und lückenlose Datenerfassung, benutzerfreundliche Software für mobile Anwendungen, Vernetzung von Testaufgaben im Internet of Things oder auch Datenmanagement mit Sensorik.

Bereits zum zehnten Mal in Folge gehört die SENSOR+TEST zum Kreis jener internationalen Leitmessen, die vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie für die spezielle Förderung der Messebeteiligung junger innovativer Unternehmen ausgewählt wurden. Gezielt bezuschusst wird die Teilnahme am Gemeinschaftsstand "Innovation Made in Germany".

Anlässlich der SENSOR+TEST 2017 wird zum siebzehnten Mal der AMA Innovationspreis verliehen. Er zählt zu den renommiertesten Preisen in der Sensorik und Messtechnik und wird jährlich vom AMA Verband für Sensorik und Messtechnik e.V. ausgelobt. Der AMA Innovationspreis ist mit einem Preisgeld von 10.000 Euro dotiert, das direkt an das Entwicklerteam vergeben wird und nicht an deren Unternehmen und Institute. Zusätzlich wird ein Preis für das beste junge Unternehmen im Wettbewerb vergeben. Die wichtigsten Beurteilungskriterien für die Jury, die sich aus Vertretern von Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Firmen zusammensetzt, sind der Grad der Innovation und der deutliche Anwendungsnutzen. Alle akzeptierten Einreichungen werden mit einer Kurzbeschreibung der Innovation in der Broschüre ‚AMA Innovationspreis 2017 – Die Bewerber‘ veröffentlicht, die kostenfrei online heruntergeladen werden kann.

Produktübersicht zur SENSOR+TEST 2017
Der folgende Text beruht auf den bis Mitte Februar 2017 beim Veranstalter, der AMA Service GmbH, von den Ausstellern eingegangenen Vorabinformationen. Er gibt eine Voraussicht auf Produkte, Dienstleistungen und Trends, die auf der diesjährigen SENSOR+TEST vom 30. Mai bis 1. Juni 2017 präsentiert werden. Die Struktur orientiert sich an der Nomenklatur der Messe.

Themenübersicht:
Sonderthema 2017: Vernetzte Messtechnik für mobile Anwendungen
Geometrische Größen
Mechanische Messgrößen
Dynamische Messgrößen
Thermische Messgrößen
Klimatische Messgrößen
Optische Sensoren / Schallmessungen
Chemische Sensoren
Mess- und Prüftechnik
Sonderthema Sensoren in mobilen Anwendungen
Komponenten für Sensorik und Messtechnik
Kalibriersysteme
Schlusssatz

Geometrische Größen
Die Ermittlung von Abstand, Weg, Position, Winkel, Neigung, Lage und Füllstand gehört zu den häufigsten Messaufgaben in ganz unterschiedlichen Anwendungen, angefangen vom Smartphone über die Fahrzeugtechnik mit Prüfständen und Assistenzsystemen bis zu Werkzeugmaschinen und Robotern. Aussteller zeigen ein breites Angebot der unterschiedlichsten Sensorprinzipien. Standard-Dehnungsstreifen, gekapselt in Konstantan-Folie mit Phenolharz als Trägerwerkstoff, sind auf der SENSOR+TEST genauso vertreten wie Dehnungsmessstreifen mit Faser-Bragg-Gittern, Sonderanwendungen mit glasfaserverstärktem Polyamidträger für Unterwassermessungen oder Messungen in großen Höhen.

Ein glasfaserbasiertes Temperatur- und Dehnungsmesssystem überwacht maximal 50 km lange Messstrecken in einer räumlichen Auflösung von bis zu 20 cm. Das System arbeitet mit einer Genauigkeit von 2 Microstrain bei einer maximalen Dehnung von ± 3 %. Das Dehnungsmesssystem eignet sich für die Ermüdungs- und Struktur-Überwachung von Brücken, Tunnel, Hochwasser¬dämmen, Pipelines, Hochspannungsleitungen und Bahnstrecken.

Faser-Bragg-Gitter sind in Lichtwellenleiter eingeschriebene optische Interferenzfilter, die die Wellenlängen innerhalb der Filterbandbreite reflektieren. Ein belgischer Hersteller bietet für präzise Dehnungsmessungen und die Überwachung von Krümmung und Form spezielle Faser-Bragg-Gitter an, bei denen mehrere unabhängige optische Faserkerne innerhalb einer Sensorstruktur untergebracht sind. Diese Kombination macht es möglich, multiaxiale Spannungen zu messen. Aus zwei übereinander gestapelten Silizium-Fotodioden und optischen Dünnschichtfiltern entwickelte ein Forschungsinstitut spektral sensitive Detektoren für Spezialanwendungen auf der Basis von Faser-Bragg-Gittern. Die schmalbandigen Filter detektieren hierbei Wellenlängenverschiebungen mit einer Genauigkeit im Picometerbereich.

Laser-Triangulationssensoren messen berührungslos und verschleißfrei Weg, Abstand und Position. Dank der zusätzlichen Messbereiche von 100 bzw. 200 mm können sie für Messaufgaben eingesetzt werden, bei denen ein großer Messbereich gefordert ist. Dreistrahl-Interferometer eignen sich zur simultanen Bestimmung von Position und Verkippung mit einer Genauigkeit im Nanometerbereich. Sie haben einen äußerst kompakten Aufbau und lassen sich problemlos an unterschiedliche Messaufgaben anpassen wie der Vermessung von Führungen, Mess- und Mikroskoptischen, der Kalibrierung von Mess- und Werkzeugmaschinen oder der genauen Messung von Dimensionsänderungen sowie der hochpräzisen Nick- und Gierwinkelkorrektur bei Mehrkoordinatenmessungen. Ein rumänischer Hersteller zeigt auf der SENSOR+TEST ein Laserinterferometer, dessen kohärentes Licht zu einem kontrastreichen Speckle-Muster führt. Die Winkelverteilung des Lichtfelds lässt sich linear auf einen Sensorarray in der Fourierebene abbilden. Anhand der Bildverschiebung kann man die verschiedenen Winkelbewegungen in einer (1D) oder zwei (2D) Richtungen von Maschinenteilen und Mikrokomponenten für beliebig geformte Gegenstände messen. Neue Sensoren auf der Basis des tunnelmagnetoresistiven Effekts (TMR) haben eine hohe Temperaturstabilität und einen bis zu 100-fach niedrigeren Energieverbrauch als vergleichbare Sensoren. Ein deutscher Hersteller entwickelte zwei TMR-Produktfamilien für die Längen-, Positions- und Winkelmessung.

Induktive Wegaufnehmer haben einen hohlen Spulenkörper mit streng symmetrisch gewickelten Spulen und einer magnetischen Abschirmung mit hoher Permeabilität. Durch den Spulenkörper bewegt sich ein NiFe-Stößel und verändert die Induktivität der beiden Spulenhälften gegensinnig. Die Messlänge reicht bis 20 mm. Bei geringem Einbauraum können die induktiven Taster mit Push-Pull-Steckverbindern eng aneinandergereiht montiert werden. Andere Wegaufnehmer erfassen die absolute Position des Stößels mit einem Resonator-Messsystem. Dieses besteht aus einer Erregerspule, die einen am Stößel befestigten Resonanzschwingkreis zu Schwingungen anregt. Dieser erregt wiederum die im Gehäuse fixierten Empfangsspulen auf einer Platine. Eine eingebaute Elektronik setzt diese Signale wegproportional um. Die Messlänge reicht von 75 bis 500 mm bei einer Genauigkeit von 0,05 %.

Mit einem kompakten Doppler-Radarmodul mit zwei Antennen lassen sich einfache Bewegungsmelder realisieren. Der Doppler-Signal-Prozessor errechnet die FFT aus dem Dopplersignal und wertet die Ergebnisse hinsichtlich Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit aus. Mit einer Baugröße von 25x25x6 mm3 kann das Modul in Lampen oder in automatischen Türöffnern eingebaut werden. Für Geschwindigkeitsmessungen steht es auch für industrielle Applikationen zur Verfügung.

Zertifizierte Neigungssensoren erfassen die Neigung von Schiffen, Turmdrehkranen, Windkraftanlagen, Kraftwerksschornsteinen oder Klappbrücken im Gravitationsfeld kapazitiv mittels MEMS-Sensoren. Digitalisierung und Linearisierung erfolgen durch integrierte Controller. Die Sensoren erfüllen SIL2-Anforderungen (Performance-Level d) und kommunizieren über Profisave über die Profinet-Schnittstelle. Vom selben Hersteller ist auch ein SIL2-zertifizierter Drehgeber verfügbar. Der in Zweikammerbauweise gefertigte Drehgeber erreicht durch seinen robusten Aufbau eine hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit und bietet Schutzarten bis IP69K. Er liefert neben einem sicheren Positionswert auch ein sicheres Geschwindigkeitssignal.

Neue Hallsensoren ermöglichen redundante, präzise Winkel- und Positionsmessungen für sicherheitskritische Automobil- und Industrie-anwendungen wie die Erfassung der Kupplungsposition, das Motor-Luft-Management bei der Abgasrückführung oder die Erfassung der Drosselklappenstellung und der Turbolader-Aktuator. Jeder Sensor enthält zwei Silizium-Dies (nackte Waferstückchen), die im SOIC8-Gehäuse übereinander verklebt sind und das gleiche Magnetfeld messen. Ursprünglich für Anwendungen im Motorsport lassen sich die hoch vibrationsbeständigen Winkelsensoren eines britischen Herstellers auch in industriellem Umfeld bei besonders rauen Umgebungsbedingungen einsetzen. Der hochgenaue Hallsensor im nur 8 mm hohen IP68-Gehäuse arbeitet berührungslos mit einem separat montierten Magneten.

Ein französischer Hersteller zeigt Linearantriebe, die auf Wartungsfreiheit bei mehreren Jahren Dauerbetrieb und einen extrem langen Lebenszyklus ausgelegt sind. Verwendet werden feste Spulen- und Magnetausführungen ohne lose elektrische Kabel und ein kontaktfreies Lagerdesign. Ein fester Aluminium-Kühlkörper leitet die Wärme der Wicklung effizient zu den Gehäuseschnittstellen ab. Derselbe Hersteller bietet kontaktlose, induktive, magnetische Sensoren zur Positionsmessung im Zentimeterbereich. Abhängig von verschiedenen Parametern wie verfügbare Leistung, Sensorgenauigkeit und Abmessung können die verschiedenen Sensorstrukturen Detektionsbereiche bis zu 40 mm erreichen. Eingesetzt werden die Sensoren u.a. in LKW- und Autoreifen, um den Reifenverschleiß aus dem Abstand zwischen Stahlgewebe und Gummi zu messen.

Ein Messkopf für die magnetische Positionsmessung basiert auf einer Polteilung von 80 μm. In einer Leseentfernung bis zu 240 μm lesen die Messköpfe diese Polteilung und erreichen Systemgenauigkeiten von 5 μm und besser. Damit rücken die magnetischen Encoder fast auf Augenhöhe mit optischen Messlösungen, sind aber unempfindlicher gegenüber Verschmutzungen. Neue magnetische Positionsgeber für Servomotoren haben eine Auflösung von 17 Bit und sind sehr robust. Ein speziell in den USA gefertigter magnetischer Draht wirkt als Energy-Harvesting-System, indem er aus der Drehbewegung heraus so energiereiche Spannungsimpulse liefert, um den Rotationszähler und die dazugehörige Elektronik ständig zu aktivieren.

Ein chinesischer Hersteller bietet einen optisch modulierten Füllstandsensor mit einer Impulszeit von 5 oder 20 μs und einem Temperaturbereich von -40 bis 125 °C an. Ein portabler Wägeindikator hat ein 2,4" LC-Display, das die erfassten Signale numerisch oder graphisch anzeigt. Mit einer Sampling-Rate von 1 kHz eignet sich der Sensor besonders für dynamische Anwendungen. Ein italienischer Hersteller bietet eine industrielle Baugruppe im 19“-Rack zur Programmierung von magnetoresistiven NXP-Sensoren an. Piezoresistive Füllstands- und Pegelsonden messen hysteresefrei den hydrostatischen Druck proportional zur Höhe einer Flüssigkeitssäule und in Abhängigkeit zum Umgebungsdruck. Ein Schweizer Hersteller liefert sie mit digitalem oder analogem Ausgang, mit Datenlogger oder GSM-Modul. Ein chinesischer Hersteller bietet einen intelligenten Zwei-Draht-Füllstandsmesser mit einem 4-20 mA- oder einem RS485 / HART-Ausgang an.

Mit einem neuen Evaluation-Kit können Anwender Erfahrungen mit magnetoresistiver Sensortechnik zur Umsetzung von Positionieraufgaben sammeln. Das Kit enthält neben der Elektronik zur Signalverarbeitung noch Polringe und Linearmaßstäbe in verschiedenen Polteilungen und die dazu passenden FreePitch- und FixPitch-Sensoren. Mit ihnen können verschiedene Messanordnungen am Wellenende, am Wellenumfang oder Linearmessungen realisiert werden.

Mechanische Messgrößen
In diesem Abschnitt sind erste Berichte von Ausstellern zusammengefasst, die sich mit Messgrößen wie Druck / Differenzdruck, Kraft / Gewicht, Drehmoment oder Dichte beschäftigen. Einerseits lässt sich auf der SENSOR+TEST eine große Vielfalt an Standardaufnehmern finden, andererseits ist genau hier der Platz, um Spezialitäten und das nicht Alltägliche kennenzulernen.

Druck, Differenzdruck
Die eingesetzten Technologien reichen von piezoresistiven Siliziumsensoren für Druckmessung in flüssigen und gasförmigen Medien bis zu Dünnschicht-Dehnungsmessstreifen, bei manchen Sensoren sind zusätzlich Temperatur-sensoren integriert.

Ein amerikanischer Hersteller liefert Bluetooth-fähige MEMS-Drucksensoren sowie vorgefertigte Sensormodule und Keramiksensoren für Automobil-, Industrie- und Consumer-Anwendungen und Sensoren für Luftverdichter- und Wasser-aufbereitungs¬anwendungen an. Sensoren für Absolutdruckmessungen mit Kantenlängen von einem Millimeter bietet ein anderer Hersteller an. Die eingebetteten Piezowiderstände haben eine Empfindlichkeit von 20 μV/hPa bei Messgenauigkeiten von bis zu 0,001 hPa. Durch die hohe Auflösung eignen sie sich für die Navigation in Innenräumen oder für Überwachungsaufgaben wie etwa die Sturzerkennung von Patienten. Ein Drucktransmitter auf der Basis der Micro Fused Technology misst Flüssigkeits- oder Gasdruck auch in schwierigen Medien wie verunreinigtem Wasser, Dampf, etc. Der Wandler-Druckhohlraum ist aus einem massiven Stück Edelstahl gefertigt. Die Drucktransmitter eines chinesischen Herstellers haben Genauigkeiten zwischen 0,25 und 0,5%, 4-20 mA-Ausgänge und sind in Schutzart IP65 und im Edelstahlgehäuse lieferbar.

Miniaturisierte Drucktransmitter im kompakten Metallgehäuse messen verschiedene Druckarten wie Absolut-, Relativ- und Differenzdruck im Druck-bereich von 50 mbar bis 10 bar. Im robusten Metallgehäuse können die Sensoren in pneumatischen Systemen geringe differenzielle Druckänderungen bei hohem Systemdruck messen. Eingesetzt werden die 35x25x25 mm³ großen Sensoren in der Medizintechnik zur Gasstromüberwachung oder als Füllstandanzeiger in Flüssigkeitstanks oder zur Druckmessung in Reinräumen. Der weltweit kleinste digitale Differenzdrucksensor misst nur 5x8x5 mm3 und erlaubt damit neue Anwendungsmöglichkeiten u.a. zur Messung von Massendurchfluss in der Medizintechnik oder in der Konsumgüterindustrie. Hier noch ein nach Herstellerangaben kleinster Drucktransmitter, der sich mit der I2C Schnittstelle hervorragend zur einfachen Integration in Mikrocontroller basierte Systeme eignet. Mit einem extrem niedrigen Stromverbrauch und RFID-Schnittstelle bietet er sich für batteriebetriebene Geräte an. Und noch ein Hersteller bietet den kleinsten, programmierbaren 2-Draht-Drucksensor mit HART-Schnittstelle an. Er ist vollverschweißt und wird zur Überwachung von Relativdruck in Gasen, Dämpfen, Flüssigkeiten und Stäuben eingesetzt.

Kundenspezifische Drucksensoren für Prüfstände, Sondermaschinen und Fahrversuche stellt ein britischer Hersteller her. Durch die hermetisch verschweißten, ölfreien Edelstahlmembranen sind die Drucktransmitter mit nahezu allen Medien kompatibel und machen eine interne Dichtung überflüssig. Piezoresistive Sensorzellen lassen sich auch in bestehende Anwendungen wie Druckschalter oder Druckregler integrieren. Entsprechend des Platzbedarfes stehen verschiedene mechanische Befestigungskriterien wie Einschrauben, Einschweißen, Einstecken und Verklemmen zur Verfügung. Ein chinesischer Hersteller liefert piezoresistive MEMS-Drucksensoren in einem Bereich von -100 kpa bis 60 Mpa. Neue Hochleistungsdruckwandler mit geringem Stromverbrauch eignen sich für den Einsatz in HLK- und Kältesystemen. Sie sind medienresistent gegenüber vielen HFC- und GWP-Kältemitteln, erfassen einen Druckbereich von 1 bis 50 bar, sind kälteresistent und haben eine hohe elektromagnetische Verträglichkeit sowie Schock- und Schwingungstoleranz. Derselbe Hersteller bietet auch hochgenaue Drucksensoren für geringen Luftdurchsatz zur Messung der barometrischen Höhe für Drohnen und Wetterballons, der Luftströmung in HLK-Kanälen oder des Atemluftstroms in medizinischen Systemen an. Die Druckbereiche reichen von 1,6 mbar bis 10 bar.

Entwickler in der Automobil-, Luftfahrt- und Maschinenbauindustrie setzen auf unverfälschte Messergebnisse. Ein Schweizer Präzisionsspezialist entwickelte ein Taschenmessgerät, das zuverlässig Drücke bis zu 100 bar mit einer Genauigkeit von 0,5 Prozent Gesamtfehler über einen Temperaturbereich von -40 bis 125 °C misst. Das robuste Edelstahlgehäuse und der Überdruckwiderstand halten auch harten Bedingungen stand. Drucktransmitter im spritzwassergeschützten Polycarbonat-Gehäuse (IP65) wandeln einen anliegenden Druck in ein analoges, elektrisches Normsignal, linearisieren die Messkurve und kompensieren die Temperaturschwankungen. Über eine integrierte USB-Schnittstelle können die Geräte konfiguriert oder die Messwerte ausgegeben werden. Vom selben Hersteller kommt ein Druckmessgerät mit zwei Messbereichen und Auto-Range-Funktion, das speziell für den mobilen Einsatz entwickelt wurde. Neue Differenzdrucksensoren in CMOS-Technik zeichnen sich durch sehr gute Wiederholgenauigkeit und eine Messgeschwindigkeit bis zu 2 kHz aus. Die vollständig kalibrierten und temperaturkompensierten Sensoren unterscheiden sich nur hinsichtlich Druckbereich, pneumatischem Anschluss und Ausgangssignal.

Ein italienischer Sensorhersteller entwickelte einen ratiometrischen Druckaufnehmer ursprünglich für den Automobilsektor, bei dem es auf besonders unverfälschte Ergebnisse ankommt. Jetzt wird der gleiche Sensor auch im industriellen und biomedizinischen Sektor angeboten. Der Druckaufnehmer nutzt eine piezoresistive, chemisch geätzte Keramikmembran und misst die Änderung des spezifischen Widerstandes mit einer Wheatstone-Brücke. Ein rumänischer Hersteller zeigt Differenzfeindrucksensoren mit piezoresistiven Silizium¬membranen in einer Größe von 1 mm2, der Gesamtchip ist 3x3 mm2. Die Druckbeaufschlagung erfolgt auf beiden Seiten der Membran. Damit kann der Sensor sowohl als Messfühler als auch als Differenzdruckmesser verwendet werden.

Leiterplattenbasierte Drucksensoren haben ein extrem rauscharmes, analoges Ausgangssignal, eine hohe Auflösung und eine schnelle Abtastrate. Möglich wird dies durch ein Zwei-Chip-System, bestehend aus einem MEMS-Sensorchip und einem Signalkonditionierungschip. Anwendungsgebiet sind Highend-Messgeräte für die nicht-invasive Blutdruckmessung. Der Standardmessbereich der Sensoren liegt zwischen 0 und 250 mbar bzw. 0 und 12 bar. Mit der Einpunkt-Druckschwell-werterkennung erhält man einen sehr kleinen und kostengünstigen Druckschalter. Leckagen in Gasleitungen können mit einem 100 mbar-Drucktransmitter erkannt werden, der mit einer Hochleistungsbatterie, einer SIM-Karte und einer integrierten Antenne ausgestattet ist. Die Messungen erfolgen im Fünf-Minuten-Takt und werden mehrmals täglich an die Leitstelle übermittelt. Jedes Material kann einer Magnetostriktion unterworfen werden. Beim inversen magnetostriktiven Effekt ändert sich die magnetische Permeabilität eines ferromagnetischen Materials in Abhängigkeit von seiner internen mechanischen Spannung. Mit diesem Messprinzip kann ein Sensor die mechanischen Spannungen in Kabeln messen, die in Kabelbaumbrücken liegen.

IO-Link ist ein zukunftsweisendes Kommunikationssystem zur Anbindung intelligenter Sensoren und Aktoren an Automatisierungssysteme. Die Standardisierung umfasst sowohl die elektrischen Anschlussdaten als auch ein digitales Kommunikationsprotokoll, über das die Sensoren und Aktoren mit einem Automatisierungssystem in Datenaustausch treten. Jetzt stattet ein deutscher Hersteller seine Druck- und Temperatursensoren mit dieser Schnittstelle aus.

Kraft, Gewicht, Drehmoment
Miniaturwägezellen in einem Edelstahlgehäuse mit integrierter Verkabelung haben eine Genauigkeit von 0,15 bis 0,25 % und messen sowohl auf Druck und Zug. Aufgrund ihrer kompakten Größe können sie leicht in Arbeitsschächte von Maschinenprüfsystemen integriert werden, um Kräfte auf einer angetriebenen Welle zu messen. Im Rahmen eines Forschungsprojektes wurden hochempfindliche Dehnungsmessstreifen aus funktionalen Dünnschicht-Sensormaterialien entwickelt, die unempfindlich gegenüber Temperatur¬änderungen sind. Sie eignen sich für Kraft-, Druck-, Drehmoment- und Gewichtsmessungen.

Rotierende, digitale Drehmomentsensoren erleichtern Anwendern die Drehmomentmesstechnik durch einen schnellen elektrischen Messaufbau. Im Sensor sind alle Kalibrierungsdaten hinterlegt, die für die Konfiguration von der Messsoftware ausgelesen werden können. Als Anzeige- und Auswerteeinheit genügt ein handelsüblicher Rechner mit USB-Anschluss. Die Messrate beträgt bis zu 2.500 Messungen pro Sekunde. Ein deutscher Hersteller fertigt Drehmomentflansche für hochgenaue, dynamische Drehmomenterfassung. Dabei korrigiert ein Sensorsignalverstärker in Echtzeit die Nullpunkttemperaturablagen in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur an der Messstelle und veredelt so Serienbauelemente zu hochgenauen Drehmomentmessgliedern. 6-Achsen-Sensoren messen die Kräfte und Momente in den drei Richtungen des Raums. Auf diese Weise können sie die Greifkraft von Roboterzangen und vielen Anwendungen in der Robotik und Fertigungstechnik bestimmen. Ausgewertet werden sie von einem achtkanaligen Messverstärker, der mehrere Kanäle über der Zeitachse (y-t-Diagramm) oder über einer x-Achse (x-y-Diagramm) aufzeichnet. Ein rumänischer Hersteller entwickelte ein robotisches Mikromanipulationssystem mit MEMS-Mikrogreifern für Zellmanipulationen, in die Mikrosensoren für die Positionsmessung und Kraftrückkopplung integriert sind.

Siliziumbasierte MEMS-Sensoren können sicherheitsrelevante Schraubverbindungen im Maschinenbau, in der Fördertechnik und in Windkraftanlagen kontrollieren. Der neue Sensor wird dabei auf dem Schraubenkopf appliziert und misst dessen Verformung aufgrund der Schraubenvorspannkraft, die zwischen Gewinde und Schraubenkopf auf die zu verbindenden Werkstücke wirkt. Intern sind dazu vier piezoresistive, dehnungsempfindliche Messwiderstände über eine Wheatstonesche Brücke verschaltet. Die aktive Fläche ohne die elektrischen Anschlüsse beträgt nur 200x200 μm² bei einer Dicke von 10 μm.

Dynamische Messgrößen
Für Fahrzeugentwickler ist die SENSOR+TEST die herausragende Plattform mit ihren Beschleunigungsaufnehmern, Vibrations-, Schwingungs- und Schallanalysesystemen. Und nicht zu vergessen die Vielfalt von Drehzahl- oder Durchflusssensoren, bei denen die Mikrosystemtechnik (MEMS) die Entwicklung vorantreibt.

Geschwindigkeit, Beschleunigung, Schwingung
Light Detection and Ranging ist eine dem Radar sehr verwandte Methode zur optischen Abstands- und Geschwindigkeitsmessung. Ein Lidar-basierter Sensor ermittelt durch Laufzeitmessung die Position und die Geschwindigkeit von vorausfahrenden Fahrzeugen. Integriert in moderne Systeme entstehen daraus adaptive Geschwindigkeitsregelungen oder Laserpistolen für die Geschwindig-keits¬kontrollen der Polizei. Als Sender werden Impulslaserdioden verwendet, die bei 905 nm Spitzenleistungen bis zu 650 W haben. Das reflektierte Signal wird von Si-PIN- oder Si-Avalanche-Photodioden eingefangen.

Triaxiale Beschleunigungssensoren sind ideal für Industrieumgebungen, bei denen Vibrationen in allen drei Raumachsen gemessen werden müssen. Diese finden sich in der Regel in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Landwirtschaft sowie im Berg- und Straßenbau. Untertauchbare triaxiale Miniaturbeschleunigungssensoren sind hermetisch abgedichtet und haben eine umspritzte Gummimanschette am Kabelausgang. Damit erreicht der Sensor einen wasserdichten Schutz nach IP68, der einem Wasserdruck von bis zu 12 bar standhält. Der 500 g-Sensor hat eine Empfindlichkeit von 10 mV/g; der 50 g-Sensor eine Empfindlichkeit von 100 mV/g. Derselbe Hersteller bietet einen triaxialen Vibrationssensor in einem robusten, wasserdichten Edelstahl-Gehäuse nach IP66 mit einem Montageloch in der Mitte. Eine interne Elektronik minimiert das Rauschen und erhöht die Stabilität der Vorspannung. Wer elektrisch isolierte IEPE-Miniaturbeschleunigungssensoren sucht, findet sie auch mit einer innen schwarz eloxierten Aluminiumhülle. Würfelförmige Beschleunigungsaufnehmer lassen sich unkompliziert mit einem M3-Gewinde oder einem Kunstsstoffclip befestigen und eignen sich aufgrund ihrer Messeigenschaften besonders für die Modalanalyse. Sie haben Empfindlichkeiten 10 und 100 mV/g.

SIL2-Schwingungs- und Vibrationssensoren auf MEMS-Basis erfassen die einwirkende dynamische Beschleunigung. Die Daten werden digitalisiert und stehen dann für viele Funktionen zur Verfügung. Durch Filter 11. Ordnung können bevorzugte Frequenzbänder herausgefiltert werden, beispielsweise die 0,1 bis 2 Hz für Turmschwingungen von Windkraftanlagen. Laservibrometer können Materialeigenschaften, Fehler oder charakteristische Eigenschaften bei den unterschiedlichsten Prüflingen anhand des Schwingverhaltens sehr genau bestimmen. Sie ermöglichen die berührungslose Schwingungsmessung an Oberflächen beliebiger Rauheit im Bereich von 0 bis 5 MHz bei einer Auflösung im Subnanometerbereich. Der Arbeitsabstand kann durch ein eingebautes Objektiv zwischen einigen Zentimetern und einigen Metern stufenlos eingestellt werden.

Eine neue Generation von Schwingungsanalysatoren lässt sich für vielfältige hochdynamische Impulsmessungen und winkelbezogene Auswertungen nutzen, um Drehschwingungen an Antriebssträngen zu untersuchen oder Torsions-schwingungen an Turbomaschinen zu überwachen. Der Triggerschwellwert ist leicht anzupassen und ermöglicht das automatische Nachführen bei sich ändernden Messbedingungen. Ein mobiles Messsystem für die Schwingungsdiagnose nach VDI 3834 analysiert im Messbereich von 0 bis 10 Hz Eigenfrequenzen, Gondelschwingungen, Rotationen, Unwuchten und Flügelfehlstellungen von Windkraftanlagen oder sehr niederfrequente Schwingungen an Maschinen und Bauwerken. Das Überschreiten von Grenzwerten und Warnschwellen wird über verschiedene Funktechnologien gemeldet. Ein belgischer Hersteller entwickelt Vibrations-, Neigungs- und Drucksensoren für Windkraftanlagen, die Getriebe, Gehäuse, Turm und Rotorblätter überwachen und seismische Aktivitäten erkennen. Porenwasserdrucksensoren überwachen die Verankerung des Turmfundamentes im Meerboden.

Hochauflösende Neigungssensoren basieren auf einem sehr genauen und robusten Pendelsystem aus hochreinem Silizium. Durch eine Beschleunigung, Neigung oder Vibration in Messrichtung bewegt sich das Pendel mit der Prüfmasse. Die zweikanaligen Neigesensoren messen Verschiebungen mit einer Auflösung bis zu 0,002 und die Beschleunigungssensoren messen Beschleunigungen von ±2 g bis ±18 g bei Auflösungen von 0,002 %. Mit einem Mehrkanalsystem können bei Vibrationstests an großen Strukturen Prüfling und Schwingerreger zuverlässig und unabhängig von den Messdaten überwacht und geschützt werden. Die Kanäle messen die Antwortsignale vor, während und nach dem Vibrationstest unabhängig vom Schwingregelsystem in Echtzeit und vergleichen sie mit den nutzerdefinierten Warn- und Abbruchgrenzen.

Durchfluss
Ein neues Inline-Durchflussmessgerät nutzt akustische Oberflächenwellen, die sich nur planar auf der Oberfläche ausbreiten (SAW-Technologie). Bei dieser patentierten Technik gibt es keine Einbauten oder Verengungen im Messrohr und die Messung findet ohne Kontakt von Sensorelementen zum Medium statt. Deshalb kann die Rohrinnenseite in der gleichen Oberflächengüte hergestellt werden wie die restliche Rohrleitung. Neben Durchfluss und Temperatur kann der Sensor auch Dichte und Massendurchfluss messen.

Ein flexibel einsetzbarer Durchflussmesser misst direkt Normvolumen und Massenstrom in Luft, Stickstoff, Sauerstoff, Argon, Kohlendioxid, Methan oder Wasserstoff. Verschiedene Prozessanschlüsse ermöglichen Durchflussmessung von DN 15 bis DN 1000 und Medientemperaturen bis 185 °C. Ein mobiles Durchflussmessgerät besitzt einen USB-Anschluss für die bidirektionale Kommunikation und die Spannungsversorgung. Eine prozessorgesteuerte Linearisierung gestattet fünf wählbare Einheiten, eine neunstufige Dämpfung und die Messung von sechs verschiedenen Gasstandards. Derselbe Hersteller liefert auch einen portablen Massendurchflussmesser nach dem kalorimetrischen Messprinzip mit oben genannten Eigenschaften im robusten Aluminiumgehäuse.

Thermische Messgrößen
Auf der SENSOR+TEST 2017 stehen rund 600 Temperatur-Sensorelemente zur Auswahl, mit dem Schwerpunkt auf Pt-, NTC- oder KTY-Typen. Dies fängt an mit kundenspezifischen Bauformen für die Medizintechnik, den Rennsport, die Energietechnik oder ganz allgemein für die Mess- und Regelungstechnik und die Gebäudeautomation. Die pyroelektrischen Infrarotsensoren sind für den Einsatz in der berührungslosen Temperaturmessung, Gasanalytik, Spektroskopie, Umweltmesstechnik und Sicherheitstechnik konzipiert. Durch moderne Ionenstrahlätztechnologien werden hier inzwischen sehr hohe Werte der spezifischen Detektivität D* erreicht.

Temperaturfühler
Aus China kommen Thermoelementdrähte in den unterschiedlichsten Temperaturbereichen als Rollenware für Messaufgaben, Temperatursensoren, Verlängerungs- oder Kompensationsdraht. Platinbasierte RTDs mit stabilen und schnellen Linearausgängen sind in verschiedenen Widerstandsbereichen und in einer Vielzahl von Gehäusen und Größen erhältlich. Bei einem PT-Temperatursensor für erhöhte Temperaturen bis zu 250 °C wird die Platinstruktur des Messwiderstands durch eine eingebrannte Hochtemperatur-Glasschicht abgedeckt. Der Sensor ist somit optimal gegen Umgebungseinflüsse geschützt und kann damit auch in Heizern, Infrarot-Strahlern oder für kalorimetrische Messungen verwendet werden. Ein kompakter Infrarotsensor hält Betriebstemperaturen bis 180 °C stand und kann so die Temperaturen von Carbon-Bremsscheiben messen. Ein PT1000-Ausgang misst mit hoher Genauigkeit die Innentemperatur des Sensors. Damit erhält man die Ziel¬temperatur in Abhängigkeit von der Signalausgabe und der Umgebungs¬temperatur. Derselbe Hersteller liefert auch einen schockgeschützten Infrarotsensor für die Messung der Bremsscheibentemperatur in rauer Umgebung und einen Temperaturbereich von 50 bis 800 °C.

Die klassische Methode der Online-Temperaturerfassung mittels Tauchspule und einem NTC als Temperaturfühler (Essertsche Methode) versagt bei hohen Belastungen wie sie im PKW-Kolben auftreten. Deshalb entwickelte ein deutscher Hersteller ein robustes, achtkanaliges Temperaturerfassungssystem, das online die Temperaturen an wichtigen Punkten im Kolben erfasst. Der bis 200°C temperaturfeste Sensortelemetrieverstärker im Kolben scannt pro Kolbenhub die Temperaturmessstellen und überträgt die Messwerte an eine stationäre Auswerteeinheit.

Ein taiwanesischer Hersteller liefert berührungslos messende Infrarot-Temperaturfühler auf MEMS-Basis mit einer temperaturempfindlichen Fläche von 8x8 bzw. 16x16 Pixeln. Die Module haben einen geringen Platzbedarf und eignen sich für eine intelligente HLK-Steuerung, als Präsenzmelder für die Haussicherheit, als Gestensteuerung für interaktive Geräte oder als Einbruchserkennung. Um das Johnson-Rauschen zu begrenzen, hat ein Sensor einen Thermistor, der auf die Umgebungstemperatur referenziert. Die 116 Thermoelemente sind auf einer schwimmenden Mikromembran angeordnet und messen im Spektralband von 5 μm bis 14 μm. Sie werden im medizinischen Bereich als Stirn- oder Ohrthermometer eingesetzt. Der weltweit erste oberflächen-montierbare Thermopile-Array-Sensor in SMD-Bauform verfügt über 64 Thermopile-Elemente, die in einer 8x8 Matrix mit integrierter Siliziumlinse angeordnet sind. Die äußerst präzisen Messwerte können über die I2C-Schnittstelle einmal pro Sekunde ausgelesen werden. Der Sensor kann die tatsächliche Temperatur und Temperaturgefälle messen, Wärmebilder bereitstellen oder Bewegungsrichtungen identifizieren.

Anschlussköpfe aus Aluminium mit Kabelanschlussmuttern aus vernickeltem Stahl und Gummi oder Silikon als Dichtungsmaterial sowie Messumformer und Klemmsockel liefert ein deutscher Hersteller.

Temperaturmessgeräte, -kameras
Industrielle Prozesse können mit einer Kamera überwacht werden, die eine Auflösung von 640x480 Bildpunkten für langwellige Infrarotanwendungen hat. Eine Hochtemperaturkamera in einem Aluminium-Kompaktgehäuse (IP54) oder einem robusten Edelstahl-Industriegehäuse (IP65) mit Luftspülung, Schutzfenster und optionaler Wasserkühlung hat eine Auflösung von 512x384 Pixel und einen durchgängigen Messbereich von 600 bis 1.500 °C bzw. 1.400 °C bis 3.000 °C. Sie arbeitet im nahen Infrarotbereich (NIR) bei Wellenlängen von 0,8 μm bis 1,1 μm. Neben stationären Infrarotkameras bietet derselbe Hersteller nach eigenen Angaben die weltweit erste portable und robuste Infrarotkamera zur kurzwelligen Messung hoher Temperaturen. Das Gerät misst online Wärmebilder mit einer Auflösung von 480x360 Bildpunkten, einer Bildfrequenz von 25 Hz und einem durchgängigen Messbereich von 600 °C bis 1500 °C.

Ein neues digitales Pyrometer besitzt neben dem sehr langen Temperaturbereich einen speziellen Betriebsmodus, der einen sanften und automatischen Übergang von Einkanalmessung zur Zweikanalmessung ermöglicht. Es deckt die Messbereiche zwischen 100 und 2.000 °C ab. Im unteren Bereich bis 250 °C arbeitet das Gerät einkanalig; von 250 bis 280 °C findet automatisch ein kontinuierlicher Übergang von einkanaliger zu zweikanaliger Messung statt, während im Temperaturbereich zwischen 280 und 2.000 °C zweikanalig im Quotienten-Modus gemessen wird. Dieser lange Messbereich gestattet nach Herstellerangaben das Beobachten von Prozessen wie Induktionserwärmung, Härten, Anlassen/Glühen, Löten, Sintern, Vakuumverfahren, Beschichten und Laserwärmebehandlung. Eine äußerst robuste Wärmebildkamera für Feuerräume hat einen sehr großen und durchgängigen Messbereich von 600 °C bis 1.800 °C. Die motorisch fokussierbare Boreskop-Optik mit Saphir-Schutzfenster ist in einem wassergekühlten Edelstahl-Sondenkühlmantel untergebracht. Die Kamera arbeitet im nahen Infrarotbereich bei Wellenlängen um 1 μm. In Zementdrehrohröfen wird die IR-Brennraumkamera zur Online-Temperatur¬überwachung in der Sinterzone eingesetzt, um Regelgrößen für die Brennersteuerung abzuleiten. Beim Einsatz in Glasschmelzöfen dient die Spezialkamera zur Temperaturmessung der Glasschmelze und zur Überwachung der Ausmauerung.

Ein System aus schwenkbaren thermischen und optischen Bildaufnehmern gestattet eine automatisierte, kontinuierliche Überwachung von Trafostationen und kritischen Industrieanlagen. Das System besteht aus einer 640x480 Pixel Infrarotkamera mit einem Teleobjektiv in einem Edelstahlgehäuse und kann optional mit Wärmebildköpfen und festen Einpunkt-Infrarot-Pyrometern erweitert werden, um auch Komponenten zu überwachen, die nicht im Blickfeld der Infrarotkamera sind. Neue portable Strahlungsthermometer für die Glas- und Metallindustrie können auch mit Arbeitsschutzkleidung und dicken Handschuhen einfach bedient werden. Sie sind für Temperaturmessungen zwischen 200 °C und 2.500 °C ausgelegt und arbeiten bei kurzen Wellenlängen. Alle Pyrometer besitzen eine Standard-Variooptik mit einem Distanzverhältnis bis zu 200:1 und Messentfernungen zwischen 0,65 m und 12 m.

Ein deutscher Hersteller bietet verschiedene x-InGaAs-Photodioden an. Das Standardprodukt hat eine Peakwellenlänge bei 1,75 μm und ist ideal für Anwendungen, die mit dem regulären InGaAs spektral nicht mehr erfüllt werden können. Es hat einen Chipdurchmesser von einem Millimeter im TO-46-Gehäuse. Eine Heterostruktur-Photodiode auf InAs-Substrat hat einem relativ breiten Peak bei 2,8 μm. Ein anderer Detektor mit 0,5 mm Chip ist konzipiert für ungekühlten Betrieb und einen Spektralbereich bis zu 3,5 μm. Hilfe bei der Auswahl von IR-Detektoren bietet ein Development-Kit mit pyroelektrischen Detektoren und ungekühlten PbSe-Detektoren samt passenden Strahlungsquellen. Das Entwicklungskit enthält einen Einplatinenrechner sowie die dazugehörigen Sende- bzw. Empfangsmodule.

Ungekühlte Mikrobolometerkameras richten sich vorrangig an preisbewusste Nutzer mit universellen Mess- und Prüfaufgaben. Dank leistungsstarker Detektoren im Format von 640×480 IR-Pixeln und lichtstarken Wechselobjektiven erhalten Anwender hochwertige Messinstrumente, die sich für die Kontrolle technischer Anlagen, die Bauthermografie sowie für Anwendungen aus dem Bereich der Forschung und Entwicklung eignen.

Klimatische Messgrößen
In diesem Abschnitt geht es vorrangig um eine Kombination aus Feuchte- und Temperaturmessung. Auf der SENSOR+TEST 2017 sind außerdem auch Sensoren für barometrischen Luftdruck, atmosphärische Gaskonzentrationen, Rauch, Staub oder z.B. für Solarstrahlung zu finden.

Ein hochempfindlicher Gassensor erfasst selektiv mehrere flüchtige organische Verbindungen, einschließlich Formaldehyd und Ethanol. Eine 3,0x3,0x0,7 mm3 große Silizium-Mikroheizplatte mit nanostrukturiertem Sensormaterial ermöglicht eine hochempfindliche Gasmessung. Mit dem zugehörigen ASIC kann man den Chip in verschiedene Endgeräte wie Mobiltelefone, Wearables und andere Geräte einbauen. An einen neuen Mehrkanalanalysator für mindestens drei unterschiedliche Messgasbestandteile können WLD-, NDIR- und YSZ-Gas-sensoren angeschlossen werden. Interne Berechnungsmöglichkeiten entsprechend der thermodynamischen Gesetze bieten eine große Anzahl an Variationsmöglichkeiten.

Nichtdispersive Infrarot-Gasmesskomponenten auf Basis einer Zweikanal-Thermosäule messen gleichzeitig CO2, CH4, und CO. Zwei Infrarot-Schmalband-passfilter vor dem Sensor liefern das Gasabsorptions- und das Referenzsignal. Die Ausgangssignalspannung ist dabei direkt proportional zur einfallenden Infrarotstrahlung. Feuchtigkeit von Gasen wird häufig mit pyroelektrischen Sensoren bei den Wellenlängen 1,94 μm und 2,9 μm geprüft. Doch hier überlagern die Absorptionswellenlängen von CO2 das Signal. Mit den richtigen Filtern und dem passenden Licht ist auch mit einfachen NDIR-Messgeräten eine zuverlässige Messung möglich. Die neuen Filter sind in ihren Zentralwellenlängen so gewählt, dass man Methan (CH4) bei 7,91 μm, Alkoholmischungen bei 9,50 μm und Feuchtigkeit (Wasserdampf) bei 5,78 μm messen kann. Filter für den nahen (NIR), mittleren (MWIR) und fernen Infrarotbereich (FIR) inkl. von IR-Kantenfilter, Langpass-(LP) und IR-Antireflexion (AR)-Filter liefert ein chinesischer Hersteller.

Die Zeiten, als man bei jedem Wetter täglich von Messstelle zu Messstelle laufen musste, um den Wasserstand/Füllstand oder die installierten Datenlogger abzulesen, sind definitiv vorbei. Mit einem sehr schnell zu installierenden GSM-2-Modul können die Messdaten per E-Mail oder per SMS direkt ins Büro geschickt werden. Die von den Messstellen versendeten Daten werden von einem Datenmanager fortlaufend eingelesen, abgelegt und zur permanenten Überwachung der Geräte angezeigt. Umgebungsüberwachungssysteme mit einer Reichweite von drei Kilometern zwischen den drahtlosen Sensoren und dem Gateway können Temperatur und Feuchtigkeit überwachen. Bis zu 100 Funksensoren können in ein Netzwerk eingebunden werden. Das Überschreiten von definierten Warnschwellen wird per SMS oder E-Mail gemeldet. Ein finnischer Hersteller entwickelte ein vollautomatisches Messsystem, das auf einem sich selbstorganisierenden drahtlosen Netzwerk aufgebaut ist. Das Mess- und Überwachungssystem kann mit einem Webbrowser oder mit der mobilen App genutzt werden. Verfügbare physikalische Größen sind beispielsweise Temperatur, Feuchtigkeit und Raumluft-Kohlendioxid-Niveau.

Ein komplettes Fühlersystem mit je einem kapazitiven Feuchtigkeitsfühler und einem Bandlücken-Temperaturfühler sowie der analogen und digitalen Signalverarbeitung passt in ein 1,3x0,7x0,5 mm3 Flip-Chip-Gehäuse. Damit sind Trageerkennungen möglich, mit denen man feststellen kann, ob ein Gerät am menschlichen Körper getragen wird oder nicht. Dies erlaubt ein smarteres Batteriemanagement, das der individuellen Nutzung batteriebetriebener Geräte wie Kopfhörer, Fitness-Tracker, intelligente medizinische Geräte, VR-Brillen usw. entspricht.

Für hochpräzise laserinterferometrische Messungen muss man die Laserwellenlänge in der Luft korrigieren. Voraussetzung dafür sind genaue Umweltdaten von Temperatur und Luftdruck. Ein Hersteller bietet eine Laborklimamessstation für Kalibrierinterferometer, die aber auch als separate Klimastation für andere Anwendungen zur Verfügung steht. Die Messstation erfasst die Umweltgrößen Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchte mit höchster Genauigkeit und verwendet digital kalibrierbare Sensoren, die entweder drahtgebunden oder per Funk kommunizieren. Zusätzlich stehen ein hochauflösender Luftdrucksensor und ein relativer Feuchtefühler zur Verfügung.

Optische Sensoren / Schallmessungen
Anwendungsgebiete optischer Sensoren gibt es reichlich: Gas- und Partikel-messtechnik, Fluoreszenz- und Analysenmesstechnik, Spektroskopie, Temperatur-messung, Bewegungsmelder, hochauflösende Positioniersysteme usw. Zu den wichtigsten Parametern zählt neben der Empfindlichkeit, bezogen auf die Wellenlänge, immer das Signal/Rausch-Verhältnis. Neben der Sensorik kommen in diesen Anwendungsbereichen auch spezielle Lichtquellen zum Einsatz.

Ein Hersteller bietet eine breite Palette von pyroelektrischen Infrarot-Detektoren für digitale Bewegungs- und Präsenzerkennung. Die Detektoren haben einen großen Erfassungsbereich bei einer Empfindlichkeit von 1,8 V und werden eingesetzt in IP-Kameras und Systemen für drahtlose Einbruchalarme. Ein anderer Hersteller von optischen Messlösungen bietet Systeme in den Bereichen UV, VIS, NIR und MIR für die industrielle Prozesskontrolle und analytische Laboranwendungen. An NIR- und SWIR-Prozessspektrometern können im Multi-Channel-Betrieb neun Messköpfe parallel angesteuert werden. Bevorzugte Anwendungsbereiche der PSS-Systeme sind die Messung des Feuchte-, Protein- und Fettgehalts, die Analyse der Produktausbeute und -qualität in der Agrar-, Futter- und Lebensmittelindustrie sowie in der chemischen Industrie und Kunststoffherstellung.

Um Gase in besonders kleiner Konzentration sehr schnell messen zu können, ist eine äußerst hohe Empfindlichkeit des Detektors notwendig. Hier kommen vielfach PbSe-Detektoren zum Einsatz. Der Widerstandswert von polykristallinen Bleisalzdetektoren ist abhängig vom einfallenden Licht. Wenn infrarotes Licht auf einen Bleiselenid- oder einen Bleisulfid-Detektor trifft, so verringert sich ihr Widerstand. Um eine höhere Performance und einen größeren Spektralbereich von 1 bis 5,2 μm zu erhalten, werden sie ein- oder zweistufig gekühlt. Für die Gasmessung gibt es eine Version mit vier PbSe-Chips und je einem Filter in einem TO-8- oder TO-39-Gehäuse. Diese sind jetzt auch in einer Mehrkanalvariante verfügbar.

Auf der SENSOR+TEST sind FT-IR-Spektralsensoren für den nahen Infrarotbereich zu sehen, die mit 70x50x25 mm³ kaum größer sind als eine Streichholzschachtel. Ermöglicht wird die kleine Bauform dadurch, dass ein FT-IR-Aufbau mit einem Michelson-Interferometer in MEMS-Technologie und einem IR-Einzeldetektor gekoppelt wird. Photomultiplier (PMT) weisen ein sehr geringes Rauschen auf und ihre Empfindlichkeit ist um mehrere Größenordnungen besser als die anderer Detektoren im UV- oder VIS-Bereich. Ein britischer Hersteller bietet PMTs mit Endfenster mit blau-grün-empfindlicher Bialkali-Photokathode und zehn hochverstärkenden SbCs-Dynoden im linear fokussierten Design. Die kompakten PMTs eignen sich besonders für Szintillationsanwendungen. Derselbe Hersteller bietet auch kompakte Photodetektormodule mit einem Durchmesser von 25 oder 30 mm in rechteckiger oder zylindrischer Form an. Eine Hochgeschwindigkeitselektronik kombiniert mit einem schnellen PMT mit niedrigen Dunkelgraden ermöglicht einen breiten Dynamikbereich. Entsprechende Hochspannungsversorgungen bis 2.000 V und HV-Stecker mit verschiedenen Durchmessern sind auch lieferbar.

Kurzwellige UV-LEDs werden in Phototherapie, Analytik, Drucktechnik, der Katalyse sowie für die Wasser-, Luft- und Oberflächensterilisation eingesetzt. Ein japanischer Hersteller entwickelte jetzt eine Hochleistungs-LED im UV-B-Bereich mit einer optischen Leistung von 45 mW bei einem Betriebsstrom von 350 mA und einer Wellenlänge von 285 nm. Der LED-Chip ist gemeinsam mit einer Schutzdiode in einem 3,5x3,5 mm2 SMD-Gehäuse unter einem Quarzglas hermetisch dicht verschlossen. Aus Deutschland kommt eine leistungsstarke UV-C LED mit einer schmalen Bandbreite bei 278 nm und einer optischen Ausgangsleistung von 30 mW bei einem Betriebsstrom von 350 mA in einem 6x6 mm2 SMD-Gehäuse. Ein Forschungsinstitut entwickelt neue multispektrale UV-Lichtquellen für Fluoreszenz- und Absorbanz-Messungen, mit denen Hersteller von Messgeräten für die Bioanalytik und Medizintechnik deutlich kleinere Systeme bauen können. Beispiele dafür sind Gleichlicht-Beleuchtungsmodule mit drei UV-LEDs in den Wellenlängen 245, 265 und 280 nm für die Absorbanz-Messung an DNA-Proben. Für die Tumordiagnostik entwickelten die Forscher ein miniaturisiertes Kurzimpuls-UV-Modul mit einer Pulsdauer von 1 ns für die Anregung der Fluoreszenz bei 370 nm.

Ein monolithischer Mikrochip, basierend auf vier integrierten Fotodioden in einem 3D-strukturierten Siliziumsubstrat, kann die Lichteinfallsrichtung auf wenige Grad genau bestimmen. Anwendungsgebiete sind die Steuerung moderner Beleuchtungstechnik, die Strahlführung in der Lasertechnik oder smarte Displays. Ein neuer optischer Sensor wertet universell einsetzbar Oberflächeneindrücke sehr präzise und in Höchstgeschwindigkeit aus. Damit können die mit dem Chargenwechsel verbundenen Anpassungen optischer Sensoren direkt am Rechner in der Prozessüberwachungszentrale oder aber auf dem Tablet oder Smartphone, prozessnah durch den Anlagenfahrer durchgeführt werden.

Schmalbandige ECL (External Cavity)-Laserdioden haben eine sehr kleine Linienbreite, eine sehr gute Wellenlängenstabilität und sehr geringes Rauschen. Eingesetzt werden diese in der optischen Kommunikation oder Fasersensorik mit integriertem Bragg-Gitter u.a. zur Detektion von Schall- oder seismischen Wellen. Ein interferometrischer Sensor ermöglicht die simultane Erfassung von Positionsschwankungen von bis zu drei Targets mit einer Positionsauflösung von 10 bis 12 m bei einer Bandbreite von 10 MHz. Der Sensor erreicht Arbeits¬abstände von kleiner als 20 Metern und Zielgeschwindigkeiten von bis zu 2 m/s. Durch seine dreiachsige Konstruktion kann er Winkelvariationen und Tilt-Effekte eines Ziels messen. Ein Webserver und verschiedene Schnittstellen ermöglichen die Integration in industrielle Netzwerke.

Bei Laser-Abstandsmessgeräten, die nach dem Prinzip der Phasenverschiebung arbeiten, werden bislang Laserdioden mit sehr hoher Modulationsbandbreite im roten Spektralbereich eingesetzt. Allerdings ist der grüne Spektralbereich für das menschliche Auge um Faktoren besser sichtbar. Ein Hersteller bietet jetzt eine 515 nm Laserdiode für Nivellier- und Abstandsmessgeräte an. Zur Fokussierung der Laserstrahlung werden normalerweise sphärische Linsen verwendet. Je kürzer die Fokuslänge, desto stärker tritt aber dann der Öffnungsfehler auf. Abhilfe schaffen asphärische Linsen mit mindestens einer Freiformfläche, die mit CNC-Politurtechniken gefertigt werden. Linear variable Filter im Infrarotbereich werden für eine Vielzahl von Zeilendetektoren und anderen Anwendungen verwendet, wie z.B. für tragbare Mini-Spektrophotometer, Multi-Gas-Detektoren oder verschiedene wissenschaftliche Analysatoren, die vielfach Messwerte im Bereich zwischen 0,9 bis 5 μm benötigen. Derselbe britische Hersteller bietet auch optische Filter für Sensorsysteme im sichtbaren Spektralbereich von 0,3 bis 1 μm und Infrarotfilter im Spektralbereich von 1 bis 6 μm u.a. für Gassensoren. Ein chinesischer Hersteller zeigt IR-Filter für die Gasanalyse und die Thermografie sowie AR/VR Polarisationsfilter als Strahlenteiler.

Auch für optische Sensoren geht der Trend zur Hochgeschwindigkeitsverarbeitung und zur Miniaturisierung. So können beispielsweise Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistoren MESFETs und Transistoren mit hoher Elektronenmobilität HEMTs innerhalb von Piko- oder Nanosekunden auf das eingehende Lichtsignal reagieren. Potentielle Anwendungen sind ultraschnelle optische Schalt- und passive optische Bauelementanwendungen. Die lasersynthetisierten Produkte verwenden neue Organometallverbindungen unter Einsatz von Zwei-Photonen-Absorption auf der Basis von Azoverbindungen, Ferrocenen und Acridinen, die in optische Hochgeschwindigkeitsschaltgeräte integriert werden können. Dotierte Borphosphat-Glaskörper können als Nanopulver oder nanostrukturierter Dünnfilm mit hohen optischen und magnetischen Eigenschaften für die Herstellung schneller optomagnetischer Schalter und Faraday-Isolatoren verwendet werden. Der Arbeitsbereich liegt zwischen 603 und 663 nm.

Ein französischer Hersteller entwickelt Aktivitäts-Sensing-Module für den Einsatz in Smart Buildings. Ein Infrarot-Detektions-Array detektiert die von den Menschen emittierte Wärme und liefert die Echtzeitdaten, die für die Automatisierung der Gebäude benötigt werden, unter Berücksichtigung der Privatsphäre der Nutzer. Mit einem Demo-Kit desselben Herstellers kann man die Präsenz/Abwesenheit testen, Personen zählen oder deren Position und Trajektorien bestimmen. Das Kit enthält einen Prototyp des Produkts in einem Kunststoffgehäuse für Deckenmontage sowie eine Stromversorgung und ein Wi-Fi-Kommunikations¬modul. Der Sensor kann mit einer sichtbaren Kamera kombiniert werden, mit der die Genauigkeit der gemessenen Daten über ein eigenes Web-Interface überprüfen werden kann.

Auch die Industrielle Bildverarbeitung benötigt Sensoren und Systeme, die auf der SENSOR+TEST präsentiert werden. Um ihre Bedeutung hervorzuheben, gibt es auch auf der SENSOR+TEST 2017 wieder einen Themenstand „Sensoren und Systeme für die Bildverarbeitung“, auf dem Unternehmen und Institute sich mit interessanten Produkten und Lösungen präsentieren.

Schallmessungen
3D-Ultraschallsensoren erkennen und verfolgen Menschen und Objekte in Echtzeit. Diese Sensoren sind klein, energieeffizient, robust und schützen die Privatsphäre der Menschen, da sie sie nicht identifizieren. Sie können verwendet werden, um verschiedene Umgebungen wie Büros, Tagungsräume, Einzelhandelsgeschäfte, öffentliche Verkehrsmittel etc. zu überwachen. Zudem können sie zur Vermeidung von Kollisionen für autonome Fahrzeuge in der Automobilbranche oder der Logistik und Robotik eingesetzt werden. Mit einer implementierten Gestensteuerung steuern sie Smartphone, TV und Roboter. Um dies in Produkte überzuführen, bietet ein deutscher Hersteller ein Evaluation Kit an. Es beinhaltet einen 3D-Ultraschallsensor und eine grafische Plug- & Play-Oberfläche.

Aus akustischen Emissionen kann man bei rotierenden Maschinen auf zyklische Ermüdungsrisse, Reibung, Turbulenz, Materialverlust, Kavitation, Leckage usw. schließen und so die vorausschauende Wartung optimieren. Intelligente Schallsensoren sind in der Lage, Daten für Vorverarbeitung, Schwellwert¬vergleiche und Vorhersage-Algorithmen zu aufzubereiten. Ein PTB-zugelassener Schallpegelmesser für den Arbeits- und Umweltschutz ist mit 1/1 und 1/3 Oktavanalyse (Terzanalyse) verfügbar und trotz der hohen Funktionalität leicht zu bedienen. Derselbe Hersteller zeigt ein Vibro-Akustik-Messsystem in den Abmessungen einer USB-Festplatte mit bis zu 16 Messkanälen. Eine besonders geringe Stromaufnahme ermöglicht den Betrieb mit einem Tablet-PC. Eine Software misst, analysiert und speichert Schwingungs- und Schalldaten. Kern des Analyzers ist eine leistungsfähige SQL-Datenbank, die große Datenmengen zuverlässig speichert und ein vielfältiges Daten- und Berichtsmanagement ermöglicht.

Chemische Sensoren
Sensoren zur Bestimmung der Konzentration von brennbaren bzw. explosiven, toxischen oder anderen Gasen gehört mit unterschiedlichen Technologien seit Jahren zu den Schwerpunkten der SENSOR+TEST. In den Vorberichten der Aussteller stehen auch in diesem Jahr optische Verfahren im Vordergrund. Darüber hinaus ist neben katalytischen Sensoren ein breites Angebot an nasschemischen Sensoren, etwa für den pH-Wert, die Sauerstoffkonzentration oder die Leitfähigkeit zu erwarten.

Ein modulares Online-Analysesystem überwacht automatisch die wichtigsten Analyseparameter in der Trinkwasseraufbereitung. Die Basisversion stellt Sensor-Cubes für fünf Messwerte zur Verfügung: pH-Wert, Redoxpotenzial, Leitfähigkeit, Chlor und Trübung. Der Chlordioxid-Sensor-Cube enthält eine membranbedeckte, amperometrische MEMS-Messzelle und kann überall dort eingesetzt werden, wo Desinfektions- bzw. Oxidationsmittel für die Wasserbehandlung zugesetzt werden.

Sensoren in Weltraumumgebungen unterliegen Hochvakuumbedingungen und dürfen deshalb nur sehr wenig ausgasen. Das patentierte „Silver Window“ für Hochtemperaturanwendungen macht Sensoren bei Raumtemperatur dicht, erlaubt den Aufnehmern aber bei hohen Temperaturen, Sauerstoff zu atmen, um Sauerstoffverluste der Keramik oder des Kristalls zu vermeiden. Vom selben Hersteller kommt ein Mehrkanal-Überwachungssystem für bis zu 150 °C heiße Öle. Der Debris-Sensor erkennt kontinuierlich magnetischen Metallabrieb als Hinweis auf Verschleiß sowie Partikel als Hinweis auf Ausfall in Hydraulik- und Schmierölsystemen und entfernt diese auch.

Luftqualität
Ein rumänischer Hersteller entwickelt einen nicht-invasiven Atemtest zur Früherkennung von tropischen Krankheiten wie Hydatidose, Leishmaniasis und Dengue. Dabei wählt er aus einem Pool von Gold-Nanopartikeln, Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder halbleitenden Nanotubes diejenigen mit hoher Affinität zu den identifizierten VOCs aus und untersucht sie mit komplementären chemischen Sensortechniken wie Mid-Infrared Quantum Cascade Laserspektroskopie oder verschiedene Arten von chemischen Gassensoren.

Jedes Gas hat eine selektive Absorption von Strahlung im UV- und IR-Spektralbereich. Damit sind Gasmesssysteme in der Lage, verschiedene Gase im unteren ppm-Bereich zu erfassen. Typische Anwendungen sind die Messung von SO2 und NO2 im Abgas, SO2 und CO2 als Emission und CO und NO in Verbrennungsmotoren/Gasgeneratoren. Die Module haben eine geringe Leistungsaufnahme, eine kleine Baugröße und eine störsichere Datenübertragung über CANopen. Ein kompaktes NDIR-CO2-Sensor-Modul verwendet zwei Detektoren für Absolutmessungen. Im Gegensatz zu den Einzelelementsensoren, die den relativen CO2-Gehalt messen, kann das Modul auch in Umgebungen eingesetzt werden, in denen die CO2-Grundkonzentration hoch ist, wie etwa in Krankenhäusern, Bibliotheken und öffentlichen Einrichtungen. Jedes Sensormodul ist einzeln kalibriert und mit einer UART- und I2C-Digitalschnittstelle ausgestattet. Eine intelligente Kohlendioxid-IR-Sonde misst den CO2-Gehalt in Bioinkubatoren, Kühlhäusern, Gewächshäusern und Schwimmbädern, in denen zuverlässige und genaue Messungen des prozentualen CO2-Gehalts erforderlich sind. Intelligente NDIR-Infrarot-Gassensoren messen die Gaskonzentration von CO2, CO, CH4, CH2O und flüchtigen organischen Verbindungen (VOC). MEMS-Sensoren für Kohlendioxid und Methan bestimmen die Leitfähigkeit von Gasmolekülen, die aufgrund von Chemisorption und kalorimetrischen Effekten an der Oberfläche der sensitiven Schicht nachzuweisen sind. Das integrierte Heizelement unter der aktiven Sensorfläche besteht aus einer Polysiliziumschicht. Aufgrund ihrer Empfindlichkeit im ppm-Bereich und der Stabilität sind die Sensoren für Messungen der Luftverschmutzung und zur Gasleckdetektion für Handys, Computer und andere Anwendungen der Unterhaltungselektronik prädestiniert.

Ein Marktführer im Bereich Partikelmessung erweitert seine Reihe der Aerosolmonitore um drei weitere Modelle. Sie basieren auf internationalen und europäischen Emissionsstandards wie MCERTS u.a. und bilden das Rahmenkonzept für die Qualitätsanforderungen. Alle Systeme sind in einem kompakten, wetterfesten Gehäuse untergebracht. Durch die Nutzung eines beheizten Einlasses sind längere Laufzeiten und eine zuverlässige Messgenauigkeit bei unterschiedlichen Temperaturen und wechselnder Luftfeuchtigkeit möglich. Ein laserbasierter Partikelsensor verwendet das Lichtstreuungsverfahren, um Partikel im Konzentrationsbereich von 1 bis 1.000 μg/m3 in Echtzeit zu detektieren und zu zählen. Der Partikelsensor gibt Auskunft über die Partikelkonzentration für einen gegebenen Partikel-konzentrations¬bereich. Auch ein chinesischer Hersteller zeigt einen laserbasierten Partikel¬sensor, der Partikelkonzentrationen PM10, PM2.5 und PM1.0 detektieren kann und auch Temperatur und Feuchtigkeit in Echtzeit erfasst. Um Nanopartikel (ENP) in kosmetischen Produkten, Lebensmitteln und Getränken zu erkennen, braucht man eine effiziente Probenvorbereitung und Extraktion der ENPs aus diesem komplexen Materialgemisch. Eine analytische Instrumentierung kombiniert zwei komplementäre Transduktionprinzipien, die auf optische und elektrochemische Sensoren zurückgreifen. Die erhaltenen Signalmuster werden dann mit chemometrischen Verfahren ausgewertet.

Ein Überwachungsmodul überwacht gleichzeitig Schadstoffe, Ölrückstände, brennbare Gase sowie den Wassergehalt von Luft. Damit kann es Kompressoren zur Befüllung von Atemgasflaschen genauso überwachen wie die Raumluft. Bis zu acht Gasbestandteile sowie Öl und Wasser können dabei gleichzeitig gemessen werden. Ein Sauerstoffmesssystem bestimmt den absoluten Sauerstoffgehalt, also den Sauerstoffpartialdruck im Abgas. Mit diesen Daten können sowohl die Verbrennung im Kessel optimiert und der Wirkungsgrad erhöht als auch Gasgemische in inerten oder angereicherten Prozessen in Leitungen oder Gehäusen überwacht werden. Ein Schweizer Hersteller zeigt einen extrem widerstandsfähigen Sauerstoffsensor und eine universelle Messelektronik für elektrochemische Gassensoren.

Ein Überwachungssystem auf der Basis der photoakustischen Spektroskopie misst die Gesamtkonzentration von SF6-Gasen in einer gasisolierten Schaltanlage, um eventuelle Leckagen zu ermitteln. Der Monitor ist flexibel einsetzbar und kompensiert automatisch Schwankungen von Temperatur, Luftdruck und Wasserdampfkonzentration. Das System kann auf bis zu 24 Messstellen erweitert werden. Eine NDIR-Gas-Messbank desselben Herstellers misst die Konzentrationen nahezu aller gängigen Kühlmittel in der Umgebungsluft von Kühlanlagen. Ohne die Hardware zu verändern, kann die Messung kostengünstig an alle Fluorkohlenwasserstoffe oder Mischungen von Freonen angepasst werden. Das System basiert auf der erprobten Technologie der Multigas-Sensoren und kann gleichzeitig drei Gase im Infrarotbereich und zwei mit elektrochemischen Sensoren messen. Zweikanaldetektoren im TO46-Gehäuse mit einer Aperturöffnung von 6 mm2 eignen sich zur Gasanalyse- und Leckageortung in stationären und mobilen Geräten von der Medizin bis zur Sicherheitstechnik. Die IR-Filter befinden sich direkt über dem pyroelektrischen Element im Zentrum der Detektoren. Dadurch können die optischen Kanäle nah beieinanderliegen, was den optischen Durchsatz und den Signal-Rausch-Abstand erhöht. Ein Feuchte-, Wasserstoff- und Temperaturtransmitter überwacht kontinuierlich Änderungen im Hochspannungstransformator-Isolieröl und liefert damit genaue Echtzeitmessungen und Online-Trenddaten, Transformatorfehler schnell zu diagnostizieren, bevor weitere Schäden entstehen.

Ein japanischer Hersteller zeigt auf der SENSOR+TEST einen ultrakompakten elektrochemischen Kohlenmonoxid-Sensor mit einem Durchmesser von 13,9 mm und einer Dicke von 5,0 mm. Derselbe Hersteller entwickelte auch einen Luft¬güte-sensor mit dem nach eigenen Angaben weltweit niedrigsten Energieverbrauch von 15 mW. Der kleinste Metalloxid-Indoor-Luftgütesensor hat eine Größe von 3,2x2,5x0,99 mm3 eine hohe Empfindlichkeit gegenüber gasförmigen Luftverunreinigungen und kann in Luftfiltern, Klimaanlagen und Brandmelde-anlagen eingesetzt werden. Aufgrund der Miniaturisierung des Sensorchips kann der Sensor in einem Standard-Aufputzgehäuse untergebracht werden und eignet sich für Massenproduktion.

Mess- und Prüftechnik
Die Angebotspalette reicht hier von komplexen Messsystemen für Prüfstände, über die dezentrale Überwachung von Bauwerken, Maschinen und Anlagen bis zu Handmessgeräten oder Geräten zur Prozessinstrumentierung. Nicht zu vergessen die mobile Messtechnik, hauptsächlich für den Einsatz in der Fahrzeugentwicklung. Letztere können Besucher auch live auf Versuchsfahrten im Außenbereich des Messegeländes kennenlernen.

An ein digitales, busfähiges Messsystem kann man elektrochemische Messzellen, Pellistoren und optische Infrarot-Messzellen sowie für Temperatur-, Feuchte- und Druck-Sensoren anschließen. Diese Sensoren sind tauschbar und digital vorkalibriert. Das Analysemodul erkennt den jeweiligen aufgesteckten Sensor und liest entsprechend des jeweiligen Messprinzips die Daten aus. Das Ausgabemodul unterstützt sowohl analoge als auch digitale Ausgänge sowie verschiedene Busanbindungen.

Prüfsysteme für Permanentmagnete auf der Basis der patentierten Magnetfeld-Kameratechnik können sowohl in der Entwicklung als auch bei der Qualitätskontrolle von Highend-Magneten und Magnetsystemen für Motoren und Generatoren sowie für medizintechnische und biotechnologische Anwendungen eingesetzt werden. Die Hochgeschwindigkeitsportal-Scanner messen und analysieren mit einer integrierten MiniCube1D- bzw. MiniCube3D-Magnetfeld-Kamera die Magnetfeldverteilung von jeweils flachen Magneten und Magnetbaugruppen bis 300x300 mm sowie Permanentmagnet-Rotoren. Ein Magnetmesssystem vermisst vollautomatisch und hochpräzise Magneten und magnetische Bauteile. Dabei kann das System individuell auf die Geometrie der magnetischen Elemente angepasst werden. Mit Zusatzkomponenten können Gewicht und Geometrie vermessen werden. Der Messbereich liegt zwischen 0,1 und 5 Am2 bei einer Genauigkeit von ±0,5°.

Mit Lock-In-Verstärkern lassen sich genauere und schnellere Messungen über einen großen Impedanzbereich durchzuführen als mit herkömmlichen Impedanzanalysatoren. Ein weiterer Vorteil ist die kurze Messzeit von 20 ms pro Messpunkt bei einer typischen Grundgenauigkeit von 0.05 %. Anwendungs-bereiche sind die Charakterisierung von Halbleiterbauteilen und -materialien, Solarzellen, die dielektrische Spektroskopie, Bioimpedanz-Anwendungen und mikrofluidische Systeme.

Der kleinste Power Analyzer für vernetzte, verteilte und mobile Anwendungen eröffnet neue Möglichkeiten für die Online-Leistungsberechnung, die Berechnung von mehrphasigen Maschinen und für die Anbindung an Prüfstände. Das System erfasst lückenlos elektrische Parameter wie Wirk-, Blind-, Scheinleistung, Leistungsfaktor und Effizienz, mechanische Parameter wie Drehzahl, Drehmoment, etc. sowie Umgebungsparameter wie Innen- und Außentemperatur, Wicklungs- und Lagertemperatur. Es ist eine Lösung für komplexe mess¬technische Aufgaben im Bereich der Fahrzeugentwicklung, der Tests im Labor und bei realen Fahrversuchen.

An einen mobilen Datenlogger mit bis zu 16 Eingangskanälen kann eine Vielzahl von Sonden und Signalleitungen angeschlossen werden. Die robusten Datenlogger zeichnen sich durch eine besonders niedrige Stromaufnahme aus, sodass batteriebetriebene Langzeitaufzeichnungen über mehrere Jahre durchgeführt werden können. Neben der Bedienung über Touchscreen steht eine leistungsfähige Software für die Datenaufnahme und Auswertung zur Verfügung. Mit 16-Bit-Auflösung und CAN-Ausgang bietet ein neuer 16-Kanal-Analog-zu-CAN-Wandler eine nahtlose Integration in bestehende oder neue elektrische Systeme. Vier verschiedene Konfigurationen sind werksseitig lieferbar: eine 8-Kanal-Wheastone-Brücke, 16-Kanal-Analogeingänge, 6-Kanal-Analog¬eingänge oder 8-Kanal-Analog- und 8-Kanal-PT1000-Eingänge. Ein mobiler, robuster Datenrekorder ist besonders geeignet für raue NVH (Noise, Vibration, Harshness)-Messungen. Er zeichnet synchron vier analoge Messkanäle mit bis zu 40 kHz Bandbreite sowie die Signale von zwei Videokameras, CAN- und GPS-Daten und die Drehzahl auf. Als Speichermedium dienen schnelle CFast- oder SDHC-Karten.

An ein Zweikanal-Ethernet-Sensor-Interface können Sensoren mit den Ausgangssignalen mV/V, ±5 V, ±10 V und 0/4-20 mA angeschlossen werden. Durch eine Messrate von bis zu 2.500/s sind auch hochdynamische Messungen realisierbar. Mit dem robusten Aluminium-Druckgussgehäuse ist es auch für den Einsatz in der Schwerindustrie geeignet. Eine CompactPCI-Multifunktionskarte bietet maßgeschneiderte Ausstattungsvarianten mit einem simultanabtastenden 18-Bit-Analog-Eingangsteil und bis zu 32 Digital-I/Os. In Abhängigkeit von der Anzahl aktiv genutzter Kanäle können zwischen 200 kS/s und 1 MS/s synchron abtastet werden. Neben vordefinierten Standardsignal¬formen können auch Arbiträrsignale für Hardware-in-the-Loop-Anwendungen generiert werden. Eine Online-Spektralanalyse von breitbandigen Sensorsignalen mit integrierten Vorverstärkern für Spannungs-, Strom-, DMS-, piezoelektrischen ICP-, induktiven LVDT- und kapazitiven Sensoren eignet sich für alle Messaufgaben, bei denen hohe Präzision und/oder hohe Signalbandbreiten erforderlich sind. Die 24 Bit-gewandelten Daten können mit bis zu 4 MHz-Abtastrate pro Kanal kontinuierlich erfasst, gespeichert und zum PC übertragen werden.

Aus riesigen Messdatenbeständen können wertvolle Erkenntnisse gewonnen werden. Eine Software zur Datenindizierung durchforstet diese Datenbestände und legt die Ergebnisse in einer Indexdatenbank ab, aus der die Daten dann einfach per Datenabfrage abgerufen werden können. Ein einfach zu bedienendes Analysetool für Datenrekorder zeigt Messdaten als Zeitdiagramm, Frequenzspektrum, Leistungsspektrum, Leistungsspektraldichte, Frequenzgang, Kreuzspektrum, Spektraldichte, Autokorrelation, Kreuzkorrelation, Spektrogramm, Oktavanalyse und Digitalmultimeter an und erlaubt verschiedene Trigger¬optionen. Eine neue Version der Datenanalyse- und Grafiksoftware wurde hinsichtlich der Benutzerfreundlichkeit und der Unterstützung für HTML-Dialoge mit JavaScript verbessert. Externe Applikationen wie Kartendienste, LIMS-Systeme oder webbasierte Datenbanksysteme können über Standardtechnologien eingebunden werden.

Entwickler stehen vor der Aufgabe, immer kleinere Bauteile und Leiterbahnen auf einer immer geringeren Leiterplattengrundfläche unterzubringen. Eine Alternative zu Kupferstromkreisen bietet eine neue Silber-Tintentechnologie in Verbindung mit einem modernen Druckverfahren ohne aggressive Chemikalien. Damit können extrem feine Leiterbahnen auf PET aufgebracht werden. Mit einem UV-aushärtenden Kapselungsmittel zum Schutz der Lötverbindungen sind die Verbindungen schwingungsbeständig und stoßfest. Hochminiaturisierte und energieautarke Funksensorknoten lassen sich künftig in verschiedenste Baugruppen einbetten, um sich miteinander oder mit der Produktions- und Anwendungsumgebung zu vernetzen. Die intelligenten Sensorknoten unterstützen Fertigungsabläufe, speichern Betriebsparameter für intelligente Wartungs-konzepte, liefern einen wirksamen Plagiatsschutz und eine sichere Vernetzung mit der für die Peripherie erforderlichen Daten. Mit einem Gateway mit vorinstallierter SIM-Karte und wahlweiser Datenflatrate können heterogene Messsysteme und Sensoren einfach und schnell in ein gemeinsames Netzwerk integriert werden. Ein MQTT-Broker liefert die Möglichkeiten zur individuellen Datenverarbeitung. Datenexport-Moduls, Feeds, Ansichten und eine Benutzerverwaltung ergänzen die Cloud-Plattform.

Qualitätssicherung in der laufenden Fertigung oder im Prüflabor kann vielfältig, speziell, komplex und flexibel sein. Dem Messen und Prüfen kommt hierbei eine zentrale Rolle zu. Ein deutscher Hersteller bietet eine branchenunabhängige Software-Plattform für das Messen, Auswerten und Verwalten von Messaufgaben an. Ein breites Spektrum an Funktionsbausteinen erleichtert dabei die Optimierung der Qualitätssicherung. Die Nachfrage nach kompetenter Produktqualifizierung gemäß DIN EN ISO 17025 steigt auch in der Automobilindustrie. Ein deutscher Hersteller bietet in seinem neuen Prüfzentrum vielfältige Umweltsimulationen, wie Klimaprüfung, Vibrations- und mechanische Schockprüfung, Salzsprühnebelprüfung, elektrische Prüfung sowie diverse System- und Funktionstests an. Ergänzt wird die Ausstattung durch eine Staubkammer und eine 160 kN-Schock-Schwinganlage mit Temperatur¬überlagerung.

Überwachungsaufgaben
Die Mess- und Prüftechnik wird immer mehr zum Steuerungsinstrument der Fertigung. Denn anstatt Fehler einfach zu detektieren, trägt die Messtechnik immer stärker dazu bei, diese auch zu vermeiden. Dabei sind Digitalisierung und die damit verbundene Datenerhebung, -sammlung und -auswertung sowie die Einbindung der Mess- und Prüfdaten in übergeordnete Systeme wie ERP- und Fertigungsplanung bereits weit vorangeschritten. Werden alle Parameter eingehalten, können Unternehmen den Unsicherheitsspielraum im Fertigungs-prozess voll ausschöpfen, was mitunter Investitionen in präzisere Bearbeitungs-maschinen spart. Damit Koordinatenmessgeräte ihre höchste Präzision erzielen, müssen Temperaturen, Temperaturschwankungen sowie Luftfeuchtigkeit innerhalb bestimmter Grenzwerte liegen. Ein Temperatur¬überwachungs¬system eines großen Messsystemherstellers ermittelt mit neun im Raum verteilten Sensoren nicht nur die Temperatur bis auf 25 mK genau, sondern erfasst auch automatisch das Raumtemperaturprofil und gibt in Echtzeit verschiedene Temperaturgradienten an.

GSM-2 ist die Vereinigung eines autonomen Datenloggers und einer Fernübermittlungseinheit in einem Gerät. Verbunden mit einem Drucktransmitter oder einer Pegelmesssonde ermittelt das Modul selbständig die aktuellen Messwerte für Druck und Temperatur (optional auch Leitfähigkeit) und übermittelt diese Messdaten wahlweise per SMS, E-Mail oder FTP über das GSM-Mobilfunknetz. Die Fernübermittlungseinheit GSM-2 wird typischerweise in der Hydrologie oder Hydrogeologie zur Aufzeichnung von Pegelständen eingesetzt oder dient der Baubranche zur Druckprüfung. Gateways mit global einsatzfähigen SIM-Karten spielen bei der Betriebsüberwachung und Instandhaltung weltweit installierter Maschinen eine wichtige Rolle und bilden die Grundlage ganz neuer Geschäftsmodelle. Ein Gateway kann in einstellbaren Zeitzyklen Signale weltweit von Datenquellen aller Art wie Diagnosemeldungen großer Maschinen oder Pegelstände von Gewässern über Mobilfunk und Ethernet an das eigene Portal übertragen. Die Daten stehen dort berechtigten Nutzern zum Abruf durch baugleiche Gateways oder direkt über internetfähige Geräte bereit oder werden automatisch an einen festen Empfängerkreis gesendet.

Ein tragbares Datenerfassungssystem mit 8 bis 32 Kanälen und zwei Modul-schächten für Signaleingangskarten bietet sämtliche Funktionen für Aufzeichnung, Wiedergabe und Analyse von Daten in einem einzigen Messgerät. Es eignet sich für alle zeit- und ortsunabhängigen Datenaufzeichnungen. Vom selben Hersteller kommt ein Datenerfassungssystem mit Smartphone-Kompatibilität, drahtloser Internetkonnektivität, Stapel- und Netzwerkfähigkeit sowie leistungs¬fähiger Datenerfassungsfunktionalität. Es kann einzeln für Entstörungs- und Wartungsarbeiten und im Stapelbetrieb zum Messen einer Vielzahl von Kanälen oder über ein Netzwerk zusammen mit zahlreichen anderen Geräten zur synchronisierten Datenerfassung in verteilten Netzwerkanwendungen eingesetzt werden.

Sonderthema: Vernetzte Messtechnik für mobile Anwendungen
Moderne Cloud-Technologien können zur Speicherung, Auswertung, Darstellung und Integration von Daten genutzt werden. Dies gilt besonders für mobile Arbeits- und Nutzmaschinen, bei denen Robustheit genauso wie Zuverlässigkeit und Langzeitverfügbarkeit gefordert sind. Hier schaffen Vernetzung und Datenmanagement über Mobilfunk- oder WLAN-Technik die Voraussetzungen zum Mitschreiben der Daten von Sensoren und Messsystemen, zur Vorverarbeitung und Weiterleitung an Server mit Datenbanken über Internetverbindungen. Durch die lückenlose Verfügbarkeit von Sensordaten aus Maschinen und Anlagen können Rückschlüsse auf Zustände und Nutzung gezogen werden. Die Informationen können am PC, Tablet oder Smartphone abgerufen werden.

Auch auf dem Sonderforum „Networked Measuring for Mobile Applications" in Halle 5 können sich die Besucher gezielt über neue Produkte und Entwicklungen aus dem Bereich der vernetzten, mobilen Messtechnik informieren. So zeigt beispielsweise ein Hersteller mobile Schwingungssensoren und Messsysteme: Sie erkennen Änderungen des Schwingungsverhaltens rechtzeitig, bevor Schäden eintreten. Die Sensoren messen in drei Achsen Beschleunigung, Neigung, Winkel oder Magnetfeld. Mit einer Messfrequenz von 6,6 kHz und einem integrierten 16-Bit-A/D-Wandler erreichen sie eine Auflösung von bis zu 0,00002 g und analysieren so geringste Vibrationen. Sich selbstkonfigurierende Funkknoten basieren vollständig auf Standards und kommen ohne jegliche manuelle Konfiguration aus. Sie nutzen die SmartMesh-Funktechnik, um Sensoren und Aktoren per Plug-and-Play automatisch zu erkennen und in das Low-Power-Funknetzwerk zu integrieren. Das auf 6LoWPAN basierende SmartMesh IP-Netzwerk bietet die gleiche Zuverlässigkeit wie drahtgebundene Netzwerke und ermöglicht Mesh-Funknetze mit ultrageringem Energiebedarf. Das ermöglicht im rauen industriellen Umfeld den sicheren Einsatz batteriebetriebener IoT-Sensoren mit einer Batterielaufzeit von über zehn Jahren.

Messtechnik in mobiler Hydraulik ist besonders harten Umweltbedingungen ausgesetzt. Ein Hersteller präsentiert einen Druckmessumformer, der speziell für den Einsatz in Land- und Forstmaschinen, Baumaschinen oder Spritzgussanlagen entwickelt wurde. Er verfügt über die für die Straßenzulassung benötigte ECE-Typgenehmigung und ist in Schutzarten bis zu IP69K verfügbar. Er ist in variablen Messbereichen von 100 bis 1.000 bar Relativdruck und für Messstofftemperaturen von -40 bis +125 °C erhältlich.

Ein mobiles Frontend misst mehrkanalig Schwingungen und Schall, analysiert dynamisch Signale und übernimmt vielfältige Datenerfassungs- und Überwachungs¬aufgaben für Schwingungen und Schall, Modalanalyse sowie für die experimentelle Spannungs- und Dehnungsanalyse, Motortests und Funktions-tests. Zahlreiche analoge I/O-Karten erlauben die Hochgeschwindigkeits-Datenerfassung, simultanes Abtasten, die Signalkonditionierung für Spannungs-eingänge, die Einbindung von IEPE-Sensorelektronik und Brückenmessungen.

Energiesparende Sensoren für Vibration, Neigung und Schock im offenen Wi-Fi-Standard nach IEEE 802.11 b/g/n und einen integrierten Datenlogger für bis zu fünf Millionen Datenpunkte zeigt ein weiterer Hersteller auf der SENSOR+TEST. Die Sensoren erfüllen alle Anforderungen für IoT-Anwendungen (Internet of Things) und geben die Daten mittels MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)-Protokoll weiter. Eine App-Box ermittelt, überträgt, analysiert, alarmiert und übergibt die Daten direkt aus dem Schaltschrank an Geschäftsprozesse, an Mobilgeräte oder in existierende Sensor-Clouds. Damit wird der Weg von Maschinen- bzw. Sensordaten dramatisch verkürzt. Programmierkenntnisse oder Sensor-Knowhow sind nicht mehr erforderlich.

Mit einem hochgenauen GNSS-Empfänger können Fahrerassistenzsysteme ungeschützte Verkehrsteilnehmer (VRU) wie Fußgänger und Fahrradfahrer erfassen und verfolgen sowie feste Objekte als Parklücken identifizieren. Die erzielbare Positionsgenauigkeit liegt bei ±2 cm. Das System mit 240 Kanälen nutzt dabei alle sechs GNSS-Systeme wie GPS, Glonass, BeiDou, Galileo, QZSS und SBAS und verfolgt und verarbeitet deren Signale.

Lidar-Systeme zur Atmosphärenmessung senden Laserimpulse aus und detektieren das aus der Atmosphäre zurückgestreute Licht. Aus der Laufzeit der Signale wird die Entfernung zum Ort der Streuung – also Wolken oder Aerosolschichten – berechnet. Ein chinesischer Hersteller bietet sein Lidar-System für die Drohnen- und Smart-Device-Industrie an. Besonders attraktiv sind der Einsatz in der Höhen-, Gelände- und Entfernungsmessung. Im Gegensatz zu herkömmlichen Höhenmesslösungen wie GPS, Barometer und Ultraschall kann das Modul den Abstand zwischen einer fliegenden Drohne und Pflanzen auf dem Boden in Echtzeit mit einer Frequenz von 500 Hz erkennen und aktualisieren. Es stellt auch sicher, dass die Drohne in einer stabilen Höhe mit einer Genauigkeit im Zentimeterbereich fliegen kann. Das Modul arbeitet unabhängig von Temperaturänderungen, Umgebungslichtwechsel und Luftströmungen.

Ein französischer Hersteller bietet ein Rollwinkelgerät auf Basis einer integrierten 6-Achsen-Bewegungseinheit. Es wurde für die Winkelmessung für Motorrad-anwendungen entwickelt und besitzt einen 6-Achsen-Trägheitssensor mit hoher Genauigkeit und eine integrierte Rollwinkelberechnung sowie ein CAN-Interface mit programmierbarer Baudrate. Das System kann auf der Motorradachse montiert werden, aber auch mit angepassten kinematischen Modellen für andere Winkel-, Gier- oder Nick-Messungen bei PKWs, Seilbahnen oder unbemannten Flugobjekten eingesetzt werden.

Komponenten für Sensorik und Messtechnik

Kalibriersysteme

Ergänzend zur vielfältigen Sensorik sowie Mess- und Prüftechnik ist auf der SENSOR+TEST auch ein breites Angebot an Kalibriergeräten zu finden.

Eine Datenmanagementlösung für Kalibrier- und Prüflabore standardisiert den Kalibrierprozess und erstellt Kalibrierscheine auf Knopfdruck. Die Software arbeitet konform zu den Anforderungen der DIN EN ISO/IEC 17025, ILAC und der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS). Ein deutscher Messgerätehersteller erweiterte seine DAkkS-Akkreditierung auf die Kalibrierung von Temperatur-anzeigegeräten. Als externer Kalibrier-Dienstleister erfüllt er auch die strengen Anforderungen der CQI-9 für die Automobilindustrie beziehungsweise der AMS 2750 für die Luftfahrtindustrie. Der akkreditierte Temperaturbereich für die Kalibrierung von Temperaturanzeigegeräten liegt zwischen -270 °C bis +2.500 °C. Die kleinste angebbare Messunsicherheit liegt – je nach simuliertem Sensortyp – zwischen 0,03 K und 0,60 K.

Eine Lösung für die automatische Kalibrierung und den funktionalen Leitungstest für lineare magnetische Positionssensoren bietet ein italienischer Hersteller. Modulare Druckregler sind eine einfache und wartungsfreundliche Lösung zum Kalibrieren einer breiten Produktpalette von Druckmessgeräten und Sensoren. Ein Hersteller zeigt jetzt den ersten vollautomatischen, akkubetriebenen Druckkalibrator mit eingebauter Pumpe und automatischer Druckregeleinheit für die Vorort-Kalibrierung. Das Gerät im Handheld-Format hat eine hohe Genauigkeit, ein geringes Gewicht und einen Touchscreen. Ein Stand-alone-Gerät desselben Herstellers kann zwei bis fünf Druckmodule gleichzeitig verwalten und bietet eine schnelle und stabile Druckregelung mit einer Genauigkeit von 0,001 %.

Bei Produkten, die in der EU nach Länge verkauft werden, muss die Vermessung auf geeichten Maschinen erfolgen, basierend auf der Europäischen Messgeräterichtlinie 2014/32/EU. Diese definiert die Anforderungen an Messgeräte und Datenhaltung vor dem Hintergrund der Messgenauigkeit sowie der Sicherheit und Integrität der Messdaten. Für Produzenten die nach dieser Richtlinie fertigen und liefern, bietet ein Hersteller ein System an, welches Länge und Geschwindigkeit mit Laserpräzision misst und dabei auch Richtungsänderungen und Stillstand erkennt.

Dies ist jedoch nur ein kleiner Ausschnitt des Angebots auf der SENSOR+TEST, denn jede Spezifikation von Produkteigenschaften setzt die Kalibration der Standards voraus.

Schlusssatz
Mit rund 600 Ausstellern ist die SENSOR+TEST die bedeutendste Messtechnik-Messe in Europa. Vom 30. Mai bis 1. Juni 2017 werden auf dem Nürnberger Messegelände parallel zur Messe die AMA Kongresse SENSOR 2017 und IRS² 2017 stattfinden, zwei Fachforen mit Firmenpräsentationen in Halle 1 und Halle 5, das Forum Innovative Testing und am 30. Mai in Halle 5 das Vortrags-Forum zum Sonderthema „Vernetzte Messtechnik für mobile Anwendungen“. An allen drei Messetagen sind Live-Vorführungen und Probefahrten der Anbieter von mobiler Messtechnik auf der Aktionsfläche im Außenbereich geplant. Für die Recherche nach Themen, Produkten und Anwendungen sowie für die Übersicht der vielfältigen Programmangebote stehen Angebote im Internet (www.sensor-test.com), für mobile Endgeräte (m.sensor-test.com) und in den Social Media (www.facebook.com/sensorplustest, www.twitter.com/sensorplustest) zur Verfügung. Verfolgen Sie die aktuellen Informationen der Veranstalter und Aussteller während der Messe mit dem Hashtag #sensortest auf Twitter.



Text & Bild: sensor-test.de

 

 

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