Mechanische grootheden gemeten

Afstanden meten met wervelstromen

Testopstellingen voor het meten van mechanische grootheden zijn vaak complexe vlechtwerken van diverse mechatronische disciplines. Niet alleen komt er een stuk meet- en sensortechniek bij kijken, maar is ook de software en uiteraard de mechanische opbouw van essentieel belang. Hierbij zijn de meettechniek en de te gebruiken sensoren belangrijke onderdelen. Welke sensor moet immers gebruikt worden en hoe moet het uitgangssignaal verwerkt worden om tot een goede meting te komen? Voor het beantwoorden van deze vragen is de nodige kennis vereist – kennis die vaak opgedaan wordt uit ervaring. In dit verhaal wordt een aantal ervaringen met wervelstroomsensoren met u gedeeld.

Wervelstroomsensoren worden in diverse applicaties gebruikt. Veelal gaat het hierbij om aanwezigheidsdetectie, maar met een analoge sensor kunnen ook afstanden en daarmee ook verplaatsing en trillingen gemeten worden. Hierbij kan men rekenen op metingen in het nanometerbereik waardoor heel nauwkeurig gemeten kan worden. Daarbij hoeft de sensor zelf niet groter te zijn dan 2 mm doorsnede waardoor hij geschikt is voor zeer veel applicaties.

Werking
Een wervelstroomsensor bestaat uit een spoel, die een onderdeel vormt van een trillingskring waarin een wisselstroom loopt. Hierdoor ontstaat er rond de spoel een magneetveld dat door de opbouw van de sensor keurig netjes naar buiten gericht is. Wanneer er zich binnen het veld van de spoel een geleidend object bevindt, zal er in dit object een wervelstroom gaan lopen. De energie die dit vraagt, is afkomstig uit de stroom door de spoel. Deze wordt groter waardoor het lijkt alsof de impedantie van de spoel is afgenomen. Deze impedantieverandering is afhankelijk van de afstand tot het geleidende object en levert uiteindelijk het uitgangssignaal van de sensor op.
Zoals gezegd, treedt de impedantieverandering alleen op bij geleidende objecten. Niet geleidende objecten worden dan ook niet gedetecteerd. Het magneetveld gaat hier ongehinderd doorheen, hetgeen wil zeggen dat een geleidend object dat omsloten is door een isolator gewoon met de sensoren gedetecteerd kan worden.
Door gebruik te maken van speciale spoelen en bijbehorende spoelkernen kan het sensorelement zeer klein gehouden worden. Hierbij kan men voor de spoel draad gebruiken dat geschikt is voor hogere temperaturen waardoor het mogelijk is om kleine sensoren te maken die geschikt zijn voor temperaturen van ruim 300 °C. Bedenk daarbij dat ze ongevoelig zijn voor stof en vuil en afhankelijk van de opbouw van de sensor ook nog eens bestand zijn tegen vocht, olie en een hoge druk. Dit maakt dat ze zeer geschikt zijn om toe te passen in een industriële omgeving.
Voorbeelden van wervelstroomsensoren zijn te vinden in de eddyNCDT-serie van Micro-Epsilon. Deze zijn geschikt voor metingen tussen 0,4…80 mm met een resolutie van 0,09 mm.

Voor meer informatie www.micro-epsilon.de 

Voor het complete artikel klikt u hier

Auteur: Dipl.-Phys. Johann Salzberger, Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG