Funktionsweise TF Messverstärker

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 TF-Messverstärkers:
 

Funktionsweise:
Der Oszillator generiert eine i.d.R. 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 betrachtet 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) ?

 

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