Digitalisierung von Sensoren

Die Messtechnik steht heute in vielen Bereichen der Automatisierung, der Prozessindustrie oder bei Forschungs- und Entwicklungsaufgaben vor einer Zunahme an vielfältigen und komplexen Messaufgaben. Die dabei wachsenden Datenmengen zu interpretieren und zu bewerten wird immer schwieriger. Zudem nehmen in fast allen Bereichen die Qualitätsstandards und der Bedarf an Zertifizierungen und Kalibrierungen zu. Daneben stehen Faktoren wie Kosten und Zeit. Die analoge Sensortechnologie stößt hier an ihre Grenzen. Für die Integration erforderlicher Messwerte in Datenverarbeitungssysteme ist eine Digitalisierung der zu erfassenden Messwerte unerlässlich. Beginnt die Umwandlung analoger, physikalischer, chemischer oder elektrischer Werte in digitale Formate schon im Anschlussstecker, behält die gesamte Messkette die größte Flexibilität.

Kompakte Messtechnik für alle Anwendungen

Bereits in den frühen 1990er Jahren und davor erkannte das Familienunternehmen Ahlborn den Wert flexibler Anschlussmöglichkeiten durch die Trennung von Elektronik zwischen Messgerät und Sensor. Mit der Einbindung eines EEPROMs/Speicherbausteins in den Anschlussstecker und einer programmierten Fühlererkennung entwickelte der Messtechnik-Hersteller das Almemo-Steckersystem. Die Möglichkeiten für Lösungen messtechnischer Aufgaben stiegen damit um ein Vielfaches. Das System ermöglicht es, dass ein einziges Messgerät oder ein Datenlogger für die Messung fast aller physikalischer, elektrischer oder chemischer Größen geeignet ist, nur der Sensor muss getauscht werden. Der Sensor wird über vorkonfigurierte oder frei programmierbare Stecker automatisch nach Anstecken vom Messgerät erkannt. Nach dem Wechsel der Sensoren ist am Gerät keine Einstellung notwendig, und der Messwert wird sofort angezeigt. Die Technik ist für einfache Messaufgaben bis hin zur autarken Messdatenerfassung mit individuellem Messaufbau möglich. Neben messtechnischen Standardaufgaben lassen sich auch komplexe und anwenderspezifische Sonderlösungen realisieren.

Intelligenz sitzt im Anschlussstecker

Die Fortentwicklung des intelligenten Anschlusssteckers führte letztendlich zu digitalen Lösungen im Bereich der Sensortechnik und wird bei Ahlborn bereits seit fast 10 Jahren realisiert. Leistungsfähigere Mikroprozessoren ermöglichen völlig autarke digitale Fühler, die selbst wie ein Messgerät funktionieren. Die Intelligenz der digitalen Sensoren sitzt dabei im Anschlussstecker. Neben der zusätzlich gewonnenen Flexibilität eines digitalen Sensors können im intelligenten Anschlussstecker Typ D7 und D6 auch individuelle Sensorparameter wie Linearisierungen, Skalierung, Dämpfung, Mittelwertbildung, Messrate oder längere Kommentare unter anderem für eine übersichtliche Zuordnung der Sensoren zu den Messplätzen gespeichert werden. Besonders interessant ist die Möglichkeit, Sensoren völlig unterschiedlicher Hersteller über den intelligenten Stecker zu digitalisieren und an Almemo-Messsysteme anzubinden.

Die Digitalisierung von Sensoren ermöglicht es, Messgerät und Sensor bei einer rückführbaren Erst- oder Rekalibrierung getrennt zu betrachten. Bei der Kalibrierung muss das Gerät selbst nicht mehr berücksichtigt werden. Jeder digitale Sensor mit entsprechendem Stecker bildet eine abgeschlossene, kalibrierfähige Messkette. Das bedeutet, die Fühler können zeit- und geldsparend unabhängig vom Messsystem kalibriert werden, wobei das Messgerät keinen Unsicherheitsfaktor mehr darstellt. Um eventuelle Prozessstillstände oder hohen Installationsaufwand zu vermeiden, ist lediglich ein weiterer Sensor als Ersatz notwendig. Zudem können mehrere Kalibrierungen an verschiedenen Fühlern eines Systems gleichzeitig durchgeführt werden, was zu einer erheblichen Reduzierung der Gesamtkalibrierzeit führt. Im hauseigenen, akkreditierten Kalibrierlabor ermittelt der Hersteller während der Kalibrierung von Temperatur- und Drucksensoren in jedem Kalibrierpunkt die Fühlerabweichung und speichert diese auf Wunsch des Anwenders für jeden Kalibrierpunkt als Korrekturwert im intelligenten Anschlussstecker. Im Kalibrierzertifikat sind dann die Messwerte für den somit mehrpunktjustierten Fühler eingetragen. Die ausgewiesenen Fühlerabweichungen gehen gegen Null. Messungen innerhalb des kalibrierten Intervalls sind dann in kleineren Unsicherheiten möglich.

Vom Einzelgerät zum Messsystem

Die flexible Digitaltechnologie bietet die Möglichkeit, Geräte unterschiedlicher Hersteller wie Waagen, Zentrifugen, Partikelzähler oder eben zahlreiche Sensoren mit analoger oder digitaler Schnittstelle und auch andere Kommunikationsprotokolle an die Datenlogger des Systems anzubinden. Nach erfolgter Anpassung werden allein durch das Anstecken des Steckers in das Messgerät alle Daten und Sensorparameter automatisch erkannt, sofort visualisiert und zentral oder dezentral erfasst. Aus bisher schwer zu implementierenden Messgeräten werden hochflexible messtechnische Alltagshelfer, ohne Programmieraufwand, Parameterumstellung oder Softwareabgleich.
Durch die digitale Signalübertragung sind am digitalen Sensor beliebige Kabellängen möglich. Elektromagnetische Störungen bleiben ausgeschlossen und Messsignale können störsicher über weite Strecken übertragen werden. Der Austausch digitaler Sensoren geschieht ohne Verlust von Kalibrierdaten. Eine hohe Messgeschwindigkeit, hohe Präzision und Auflösung sowie stabile Messwerte sind Kennzeichen digitaler Sensoren.

Die Trennung einer elektronischen Wandlung analoger in digitale Signale vom Sensor und die Unterbringung der Digitaltechnologie im Anschlussstecker eröffnet eine Vielzahl weiterer messtechnischer Vorteile. So bietet ein digitaler D7- oder D6-Stecker Platz für 10 Mess- und Rechenkanäle. Die Darstellungsbereiche im Messgerät können bei Verwendung dieser neuartigen Stecker auf 200.000 Digits erweitert werden. Die geräteunabhängige Darstellung der Sensorparameter und auch die Konfiguration des Sensors erfolgt über das Sensormenü. Durch die mögliche Anbindung von Fremdsensoren aller Hersteller lässt sich die bestehende Messtechnik immer wieder beliebig erweitern.