Klassifizierung und Grundparameter von Messgeräten von Haupt- und Softwaregeräten

Jedes automatische Steuersystem zur Messung der Abweichung des Regelwertes vom stationären Wert verfügt über ein Messorgan, das nicht nur die Größe und das Vorzeichen der Abweichung messen, sondern diese Abweichung auch in eine für die weitere Verwendung im System geeignete Form umwandeln kann zur automatischen Steuerung.

Die physikalische Natur der regulierten Größen ist sehr vielfältig, daher sind auch die Messorgane vielfältig. In den meisten Fällen wird das Messgerät jedoch entweder eine mechanische Größe (Weg, Kraft) oder eine elektrische Größe (Spannung, Strom, elektrischer Widerstand, Kapazität, Induktivität, Phasenverschiebung usw.) ausgeben.

An Messgeräte, die in automatischen Steuerungssystemen eingesetzt werden, werden folgende Anforderungen gestellt:

• Zuverlässigkeit im Betrieb unter allen Bedingungen, die in einem kontrollierten technologischen Prozess auftreten können,

• die nötige Sensibilität

• zulässige Abmessungen und Gewicht,

• erforderlicher Schwung,

• geringe Empfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen,

• hat keinen Einfluss auf den technologischen Prozess und auf den Messwert,

• eindeutige Hinweise,

• Stabilität im Laufe der Zeit,

• Anpassen von Eingangs- und Ausgangssignalen an andere Signale Automatisierungselemente.

Elektrische Größen sind am einfachsten zu messen, daher wird in vielen Fällen bei der Messung nichtelektrischer Größen zusammen mit dem Messkörper ein spezielles Gerät (Wandler) ausgeführt, das die nichtelektrische Größe am Eingang des Messkörpers umwandelt an seinem Ausgang in eine elektrische Größe umgewandelt. Solche Messgeräte nennt man Sensoren.

In der Regel wird nicht zwischen den Begriffen Messelement, Sensor und empfindliches Element unterschieden (der letzte Name findet sich auch häufig in der Literatur zur automatischen Steuerung).

Am gebräuchlichsten sind elektrische Sensoren, also Messgeräte mit der Umwandlung einer gemessenen nichtelektrischen Größe in eine elektrische. Der Aufbau dieser Sensoren hängt von der physikalischen Natur der Messgröße und dem Prinzip zur Messung ihrer Abweichung ab.

Die Einteilung der Messgeräte erfolgt nach der Bezeichnung des von ihnen gemessenen Wertes: Messgeräte für Füllstand, Druck, Temperatur, Geschwindigkeit, Spannung, Strom, Durchfluss, Beleuchtung, Luftfeuchtigkeit usw.

Sensoren werden klassifiziert: erstens nach dem Namen des Messwerts und zweitens nach dem Parameter, in den die Signale des Messgeräts umgewandelt werden, zum Beispiel kapazitive Füllstandsensoren, induktive Drucksensoren, Rheostat-Temperatursensoren usw.

Der Einfachheit halber wird bei der Verwendung der betrachteten Klassifizierung in der Regel einer der Namen weggelassen, da mit demselben Sensor unterschiedliche nichtelektrische Größen gemessen werden können.

Grundparameter der Sensoren

Die wichtigsten Parameter des Messkörpers (Sensors), die ihn charakterisieren, sind:

• Empfindlichkeit

• Trägheit.

Die Sensorempfindlichkeit wird als Änderungsverhältnis der gesteuerten Variablen Δy zur Änderung der Eingangsgröße Δx bezeichnet:

K = Δg /ΔNS

In automatischen Steuerungssystemen wird dieses Verhältnis auch als System- oder Link-Verstärkung bezeichnet (sofern eine Verbindung berücksichtigt wird).

Somit entspricht die Empfindlichkeit des Messelements seiner Verstärkung.

Die Trägheit des Messkörpers (Sensors) bestimmt auch die Einsatzmöglichkeiten in Automatisierungssystemen, da sie zu einer gewissen Verzögerung bei der Messung des Wertes des gesteuerten Parameters zu einem bestimmten Zeitpunkt führt. Die Verzögerung kann durch die Masse der Teile, thermische Trägheit, Induktivität, Kapazität und andere Elemente des Sensors selbst verursacht werden.

Bei der Untersuchung der dynamischen Eigenschaften eines automatischen Steuerungssystems spielt die Trägheit des Messkörpers die gleiche Rolle wie die Trägheitseigenschaften jedes anderen Elements des Automatisierungssystems. Daher muss bei der Auswahl eines Sensors nicht nur auf seine Empfindlichkeit, sondern auch auf seinen Impuls geachtet werden.