Trägerfrequenz–Messverstärker für induktive und resistive Sensoren in Halb- oder Vollbrückenschaltung erzeugen eine Wechselspannung zur Speisung der Messbrücke. Sie werten die an der Brücke abgegriffene Spannung aus und stellen den Messwert z. B. über eine standardisierte Schnittstelle zur Verfügung.
Typischer Aufbau eines Trägerfrequenz-Messverstärkers
Funktionsweise eines Trägerfrequenz-Messverstärkers
Der Oszillator generiert i.d.R. eine sinusförmige Wechselspannung mit einer Frequenz im Bereich von einigen Kilohertz. Diese wird der Messbrücke zugeführt und gleichzeitig als Referenz für das von der Messbrücke zurückgelieferte Signal verwendet.
Die Amplitude des Messsignals (A) wird vorverstärkt und im Verhältnis zur Referenzspannung (B) ausgewertet (ratiometrische Auswertung), so dass Fehler durch eine veränderte Speisespannung vermieden werden. Der nachfolgenden Filter eliminiert Störungen durch externe Einflüsse wie z.B. Thermospannungen, 50 Hz-Einkopplungen und hochfrequente Felder.
Mit dem Ausgangsverstärker wird das gefilterte Messsignal für die Weiterverarbeitung skaliert.
Bei induktiven Messbrücken ist zu berücksichtigen, dass zwischen der Speisespannung und dem Ausgangssignal Phasenverschiebungen auftreten können. Eine Phasendifferenz zwischen dem Messsignal und der Referenzspannung kann zu erheblichen (Amplituden-) Messfehlern führen. Gute TF-Messverstärker erlauben daher zusätzlich zur Skalierung des Ausgangssignals eine entsprechende Phasenkorrektur.
Hinweise
Bei der Auswahl eines geeigneten TF-Messverstärkers für induktive Wegaufnehmer (bzw. resistive Sensoren in Brückenschaltung) sollten folgende Punkte beachtet werden:
- Ist der Wegaufnehmer in Differentialdrossel- (Halbbrücke) oder in Differentialtransformator (LVDT)-Schaltung aufgebaut ?
Nicht alle Messverstärker auf dem Markt unterstützen z. B. Vollbrücken. - Welche Speisespannung und welche Trägerfrequenz benötigt der Wegaufnehmer ?
- Reicht die Dynamikbandbreite des Messverstärkers aus, wenn schnelle Bewegungen zu erfassen sind ?
- Kann die Empfindlichkeit des Messverstärkers auf das Nennausgangssignal des Wegaufnehmers angepasst werden ?
- Hat der induktive Wegaufnehmer eine nennenswerte Phasenverschiebung, die korrigiert werden muss ?
- Welche Versorgungsspannung steht zum Betrieb des Messverstärkers zur Verfügung ?
- Welches Ausgangssignal (z. B. Spannungs- oder Stromausgang) wird benötigt ?
- Wo soll der Messverstärker eingebaut werden (z. B. im Schaltschrank oder direkt an der Maschine) ?
TF-Messverstärker
TF- bzw. Trägerfrequenz-Messverstärker
- stellen dem induktiven Sensor die erforderliche Speisespannung zur Verfügung,
- verstärken das Ausgangssignal des Sensors und
- wandeln es in ein normiertes analoges Strom- oder Spannungssignal um.
DC-Messverstärker
DC-Messverstärker (aus dem Englischen "direct current") sind Gleichstrom-Messverstärker. Sie liefern die für den Betrieb von resistiven Sensoren (z.B. Dehn-Mess-Streifen) erforderliche Brückenspeisespannung in Form einer Gleichspannung
Trägerfrequenz / Brückenfrequenz
Induktive Wegaufnehmer sind passive Aufnehmer für deren Betrieb ein Messverstärker benötigt wird. Dieser liefert die zur Erzeugung des elektromagnetischen Feldes notwendige Speisespannung in Form einer Wechselspannung, bei MESSOTRON typischerweise mit einer Frequenz von 5 oder 10 kHz. Diese Frequenz wird als Trägerfrequenz bzw. Brückenfrequenz bezeichnet.
Speisestrom
Strom, mit dem der Sensor gespeist wird.
Stromausgang
Analoger Stromausgang des Messverstärkers:
typ. 4...20 mA für den Nennmessweg.
Spannungsausgang
Analoger Spannungsausgang des Messverstärkers:
a) typ. ±10 V bei symmetrischen Wegaufnehmern
b) typ. 0...10 V bei unsymmetrischen Wegaufnehmern
Dynamikbandbreite oder Grenzfrequenz
Die Dynamikbandbreite gibt an, mit welcher maximalen Frequenz sich das Ausgangssignal ändern darf (z.B. durch Positionsänderungen des Tauchankers), damit der Messverstärker es noch verarbeiten kann.
Genauigkeitsklasse
Die Genauigkeitsklasse eines Messgerätes gibt an wie stark der gemessene Wert vom tatsächlichen abweichen darf, wenn die Betriebsbedingungen ( Temperatur Frequenz Lage) eingehalten werden. Die Genauigkeitsklasse entspricht der prozentualen Abweichung: Genauigkeitsklasse 2,5 bedeutet z.B. eine maximale Abweichung von 2,5 Prozent.
Kalibrator
Der Kalibrator dient zur Erzeugung von definierten mV/V Signalen, um damit zum Beispiel die Messbereichseinstellung von Messverstärkern zu überprüfen oder die Eingangsempfindlichkeit zu ermitteln.
Simulator
Der Simulator dient zur stufenlosen Simulation von mV/V-Signalen. Damit kann zum Beispiel die Messbereichseinstellung von Messverstärkern überprüft werden oder die Eingangsempfindlichkeit ermittelt werden.
Temperaturkoeffizient
Der Temperaturkoeffizient (deutsch:Temperaturbeiwert) beschreibt die relative Änderung einer physikalischen Größe in Abhängigkeit von der Änderung der Temperatur gegenüber einer Bezugstemperatur. Im Allgemeinen liegt ein linearer Zusammenhang nur in einem begrenzten Temperaturintervall vor.
