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42 messtechnik 4 0 smart factory 2020 ● www computerautomation de Zwischen analog und digital Beim Messen mit piezoelektrischen Sensoren ist der Ladungsverstärker ein unverzichtbares Glied in der Messkette Mit fortschreitender Automatisierung durchläuft dieses Bauteil seine eigene Evolution von analog zu digital Bilder Kistler Wenn es darum geht Druck Kraft Drehmoment oder Beschleunigung exakt zu erfassen sind hochsensible piezoelektrische Sensoren in vielen Industrien die Technik der Wahl Die Erfindung des analogen Ladungsverstärkers im Jahr 1950 setzte den Grundstein für den Erfolg des Quarzsensors Erst der Ladungsverstärker übersetzt die minimale elektrische Ladung die die Quarzkristalle abgeben in gängige Messgrößen Mit zunehmender Automatisierung und Digitalisierung rücken Sensoren in der Fertigung immer mehr ins Rampenlicht da sie zwingend erforderlich sind für eine zuverlässige Datenlage in der Industrie 4 0 Als zentrales Bauteil der Messkette müssen auch die Ladungsverstärker an neue Bedingungen und Anforderungen angepasst werden Daher gibt es neben rein analogen Lösungen erste digitale Ladungsverstärker Die direkte Übersetzung der analogen Messsignale in digitale Daten ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur durchgängig smarten Messkette Aber Während es bei manchen Anwendungen auf einen breiten Messbereich ankommt sind in anderen Bereichen grundlegende Parameter wie etwa die Größe oder das Gewicht des Bauteils entscheidende Faktoren und alle erfordern verlässliche MessErgebnisse Digitale Lösungen erzielen hier meist deutliche Verbesserungen im Vergleich zur analogen Technik Doch mit den Fortschritten an Schnelligkeit und Präzision insbesondere in den letzten Jahren sind auch die Ansprüche der Anwender an digitale Lösungen weiter gewachsen Digitalisierte Prozesse sollen zu möglichst 100 % akkurat und in einem Bruchteil der Zeit erledigt werden die rein analoge Technik benötigt hätte Auch bei Ladungsverstärkern weisen digitale Lösungen Vorteile gegenüber der analogen Technik auf Zum einen ermöglichen sie mit weniger Hardware einen durchgängigen Datenaustausch mit übergelagerten Systemen Zum anderen entfallen bei digitalen Signalen die im analogen Betrieb üblichen Störgrößen durch induktive oder kapazitive Einkopplungen da die Digitalisierung des analogen Rohsignals bereits im Verstärker erfolgt Vielen Anwendern ist jedoch kaum bewusst dass die Digitalisierung auch spezielle Herausforderungen mit sich bringt Eine solche Herausforderung mit der sich Messtechniker konfrontiert sehen betrifft die Datenübertragungsrate Hier lautet die entscheidende Frage Wie schnell muss es sein? Steht die Geschwindigkeit im Fokus der Anwendung? Herausforderung Übertragungsrate In der Tat ist es schwierig die analoge Technik zu übertreffen wenn es um die Kategorie Übertragungsgeschwindigkeit geht nichts lässt sich so schnell übertragen wie ein analoges Messsignal Das Problem ist dass Abstriche bei der Geschwindigkeit in einigen Bereichen keine Option sind etwa dann wenn es um die Übertragungsrate bei der Prozessregelung geht Ein Beispiel aus dem Kunststoffspritzguss zur Verdeutlichung Wollen Anwender den Umschaltpunkt analysieren und optimieren müssen sie Prozesse in Echtzeit überwachen können Denn wichtig ist der optimale Umschaltpunkt von geschwindigkeitszu druckgeregeltem Einspritzen weil sich damit die Qualität der produzierten Bauteile nachhaltig verbessern lässt Voraussetzung dafür ist jedoch diesen Punkt präzise bestimmen und ohne Zeitverzögerung in den Prozess eingreifen zu können Auch bei Störungen im Messkanal ist Zeit ein zentraler Faktor Je schneller das System kritische Parameter erkennt desto schneller kann es korrigierend eingreifen Den Entwicklern bei Kistler war es angesichts des zentralen Faktors Geschwindigkeit beim ersten digitalen Ladungsverstärker wichtig dass ihre Lösung einer analogen Übertragung in industriellen Systemen Analog digital sowie digital mit IO-LinkTechnologie und mit der Möglichkeit zum analogen Betrieb sind die Ladungsverstärker von Kistler für unterschiedliche Anforderungen ausgelegt