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Bei der Auswahl eines Kraftsensorverstärkers müssen kleine Änderungen messbar bleiben und zugleich die größten möglichen Signale unverfälscht erfasst werden. Zu geringe Verstärkung nutzt den Eingangsbereich des Empfängers schlecht aus; zu hohe Verstärkung begrenzt Signale aus Vorlast, Nullpunktversatz oder einer Kraftspitze. Beginnen Sie mit dem tatsächlichen Brückensignal und der erforderlichen Messgeschwindigkeit und beurteilen Sie anschließend Verstärker und Erfassungseingang gemeinsam.
Berechnen Sie das Signal, bevor Sie die Verstärkerspezifikationen vergleichen
Bei einer Dehnungsmessstreifenbrücke ergibt sich das nominale Ausgangssignal bei Nennlast in Millivolt aus der Empfindlichkeit in mV/V multipliziert mit der Speisespannung in Volt. Verwenden Sie die Empfindlichkeit der bestellten Nennlast, keinen angenommenen Wert für die gesamte Baureihe.
Die MV-LC0190 Spezifikation nennt 0.5 ±0.1 mV/V für 1 kg und 1.0 ±0.2 mV/V für die Ausführungen mit 5, 20 und 50 kg. Der empfohlene Speisespannungsbereich beträgt 4-12 VDC. Verwenden Sie zum Einstellen des endgültigen Skalierungsfaktors die Kalibrierdaten des gelieferten Sensors.
Als Rechenbeispiel ergibt die Ausführung mit 1 kg bei 8 V Speisung nominal 4 mV bei Nennlast. Eine Änderung um 1% der Nennlast erzeugt nominal nur 40 Mikrovolt. Dies ist eine Signalrechnung, kein Nachweis, dass das Gesamtsystem diese Änderung genau messen kann. Rauschen, Nullpunktdrift und Einflüsse der eingebauten Mechanik müssen für die beabsichtigte Entscheidung hinreichend klein sein.
Kraftsensorverstärker auswählen: Aussagekräftige Kennwerte vergleichen
| Prüfpunkt | Anzufordernde Daten | Einfluss auf das Ergebnis |
|---|---|---|
| Eingangsbereich | Positive und negative Differenzsignalgrenzen einschließlich Reserve für Nullpunktversatz | Ein Zug-/Drucksignal oder eine Vorlast kann einen Bereich überschreiten, der nur für positive Nennlast gewählt wurde. |
| Rauschen | Eingangsbezogenes Rauschen mit Bandbreite und Messkonvention | Ohne Angabe des Frequenzbereichs lässt sich ein Rauschwert nicht verlässlich mit dem kleinsten nutzbaren Signal vergleichen. |
| Ansprechverhalten | Bandbreite, Einschwingverhalten und aktivierte Filtereinstellungen | Eine stabile Anzeige kann eine nicht erfasste Spitze oder eine verzögerte Steuerungsreaktion verdecken. |
| Brückenspeisung | Spannung, Belastbarkeit der Brückenspeisung und Anordnung der Senseleitungen | Das Sensorsignal hängt von der tatsächlich an der Brücke anliegenden Spannung ab. |
| Ausgang | Bereich, Belastbarkeit, Bezugspotenzial und Grenzen des empfangenden Eingangs | Das Signal muss sowohl im Verstärker als auch im Erfassungsgerät gültig bleiben. |
Eingangsbezogenes Rauschen beschreibt das Verstärkerrauschen als äquivalentes Signal am Eingang. Beurteilen Sie es bei festgelegter Bandbreite; vergleichen Sie keinen RMS Wert direkt mit einer anders ermittelten Spitze-Spitze-Angabe. Die Bitzahl des Wandlers allein beschreibt nicht die nutzbare Kraftauflösung.
Reserve für das Signal lassen, das die Tara nicht entfernt
Vorrichtungsgewicht und Vorlast erzeugen auch nach dem Nullstellen der Kraftanzeige weiterhin ein Brückensignal. Klären Sie, an welcher Stelle der Nullwert abgezogen wird. Erfolgt dies nach der analogen Verstärkerstufe, kann es deren Sättigung nicht verhindern.
Prüfen Sie neben dem Differenzsignalbereich auch den Gleichtaktbereich des Eingangs. Eine kleine Spannungsdifferenz zwischen den Signalleitungen bedeutet nicht, dass die einzelnen Spannungen nahe am Bezugspotenzial des Verstärkers liegen. Verdrahtung und Versorgung müssen beide Spannungen innerhalb der dokumentierten Betriebsgrenzen halten.
Bestätigen Sie bei bidirektionaler Kraft, dass die gesamte Messkette beide Polaritäten verarbeitet. Für negative Kraft benötigt ein unipolarer Empfangseingang eine geeignete Umsetzung. Dokumentieren Sie die Vorzeichenkonvention und prüfen Sie diese mit bekannter Belastungsrichtung, statt sie informell in nachgelagerter Software zu korrigieren.
Das Ansprechverhalten nach dem Ereignis wählen, nicht nach der Anzeige
Eine langsame Haltekraftmessung und ein kurzer Pressvorgang stellen unterschiedliche Anforderungen an die Elektronik. Spezifizieren Sie Ereignisdauer und benötigtes Ergebnis: eingeschwungene Kraft, Spitze, Schwellenübertritt oder Kraftverlauf. Fordern Sie anschließend das Ansprechverhalten des Verstärkers mit den vorgesehenen aktivierten Filtern an.
Prüfen Sie das Erfassungsgerät mit der vorgesehenen Abtastrate und geeigneter Anti-Aliasing-Filterung. Ein schneller ADC kann keine Spitze wiederherstellen, die ein langsamer Signalaufbereiter bereits entfernt hat. Umgekehrt kann zu große Bandbreite Rauschen zulassen, das für eine langsame Messung unerheblich ist.
Bei einem begrenzten Signalverlauf sind Informationen verloren. Flacht die Kurve an einem festen Wert ab, prüfen Sie die unverarbeiteten Ein- und Ausgangsbereiche, bevor Sie eine gemeldete Spitze akzeptieren. Verstärken Sie nicht die digitale Mittelung, um eine Signalbegrenzung wie ein stabiles Kraftplateau aussehen zu lassen.
Kraftverstärker und einfach nutzbaren Wägemessumformer unterscheiden
Ein Wägemessumformer kann für langsame Messungen geeignet sein. Sein Ausgangsformat belegt jedoch keine Eignung für eine Kraftprüfung. Beispielsweise verfügt MV-WI0014 über einen veröffentlichten Empfindlichkeitseingangsbereich von 1-3 mV/V. Dieser deckt das nominale Signal von 0.5 mV/V der MV-LC0190 Ausführung mit 1 kg nicht ab.
Betrachten Sie dieses Beispiel nicht als kompatible Kombination und setzen Sie nicht voraus, dass ein nicht spezifizierter Abgleich die Abweichung behebt. Der Vergleich von Wägemessumformern beschreibt die dokumentierten Grenzen der verfügbaren Messumformer. Sind Bandbreite für Kraftvorgänge oder Rauscheigenschaften nicht dokumentiert, fordern Sie diese vor der Auswahl an.
Fragen zur Verstärkerspezifikation
F1. Ist die höchste Verstärkung die empfindlichste Einstellung?
Sie erhöht die Ausgangsänderung bei gleichem Eingang, verringert aber zugleich die Aussteuerungsreserve und verstärkt Nullpunktversatz und Rauschen. Wählen Sie die Verstärkung nach Berechnung des gesamten möglichen Eingangsbereichs und prüfen Sie die kleinste nutzbare Kraftänderung mit den tatsächlichen Erfassungseinstellungen.
F2. Kann eine Kalibrierung eine andere Filtereinstellung abdecken?
Der Skalierungsfaktor bei stationärer Last kann weiterhin gelten, während sich die zeitabhängige Messung ändert. Prüfen Sie Einschwingen, Spitzenerfassung oder Zeitpunkt des Schwellenübertritts erneut, sobald Filter das von der Maschine verwendete Ergebnis beeinflussen.
F3. Welche Angaben gehören zu einer Verstärkeranfrage?
Nennen Sie Sensormodell und kalibriertes Ausgangssignal, erforderliche Speisung, Vorlast, größte und kleinste nutzbare Kraft, Ereignisdauer, Kabellänge und Empfangseingang. Senden Sie nach Möglichkeit einen repräsentativen Kraftverlauf über die METRAVON Kontaktseite; damit lassen sich Bereichs- und Ansprechprobleme unterscheiden.
Zusammenfassung
Berechnen Sie zuerst Eingangssignal und Aussteuerungsreserve und vergleichen Sie dann Rauschen und Ansprechverhalten unter festgelegten Bedingungen. Prüfen Sie den Kraftvorgang im eingebauten Zustand bis zum Empfangsgerät. Weder hohe Verstärkung noch hohe ADC Bitzahl belegen, dass das erforderliche Ergebnis der Kraftmessung verfügbar ist.
