Blick in die Zukunft der Messtechnik

Neue Sensortechnologie für mehr Konnektivität und Flexibilität

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12.09.2019 Mit der Digitalisierung wird die Zahl der benötigten Sensoren exponentiell zunehmen. Aber ist das automatisch auch Messtechnik, wie sie teilweise bereits seit Jahrzehnten zum Einsatz kommt? Mit dem Projekt „Digitale Freiform Multisensorik“ (DFM) geht Jumo neue Wege, um den Anforderungen nach mehr Konnektivität und Flexibilität gerecht zu werden – zum Beispiel bei Rohranlegefühlern.

Entscheider-Facts

  • Mit der Digitalisierung steigt nicht nur die Zahl an eingesetzten Sensoren – auch die Anforderungen an die Messtechnik in Sachen Konnektivität und Flexibilität verändert sich.
  • Auf Grundlage einer neuen Technologie, bei der die Sensoren im Spritzgussverfahren mit Kunststoff ummantelt werden, will Jumo mit einer neuen Multisensorik diesen Anforderungen gerecht werden.
  • Diese Technik soll unter anderem bald bei Rohranlegefühlern zum Einsatz kommen.

1 Abb_JUMO_DFM_Foto

Die Sensormodule fassen verschiedene Messgrößen zusammen. Bilder: Jumo

Ausgangspunkt der Neuentwicklung ist die Plastosens-Technologie. Bei diesem patentierten Verfahren werden die Sensoren nicht wie bisher üblich in einem Metallrohr vergossen, sondern im Spritzgussverfahren mit Kunststoff ummantelt. Das größte Plus bei Sensorik aus Kunststoff ist die völlige Formfreiheit. Die Messgeräte passen sich an die jeweilige Einbausituation an. So lässt sich zum Beispiel ein Temperatursensor komplett in eine Kunststoff-Rohrleitung integrieren. Oder er ist rund, spiralförmig und hat einen Winkel – die Möglichkeiten sind vielfältig.

Diese neue Art der Messtechnik kommt bereits jetzt in Motorenwicklungen oder in weißer Ware zum Einsatz und kann dort weitere Vorteile wie Wasserdichtigkeit oder Vibrationsfestigkeit ausspielen. Doch das ist erst der Beginn einer Entwicklung, die weit über herkömmliche Sensortechnik hinausgehen könnte. Das DFM-Projekt blickt ein Stück weit in die Zukunft der Messtechnik in einer digitalisierten Welt. Im Mittelpunkt steht hier ein Modulbaukasten, in dem Sensorik für diverse Messgrößen in einem Kunststoffgehäuse verbaut wird.

Verschiedene Messgrößen zusammenfassen

Verschiedene Messgrößen wie Temperatur, Druck, Feuchte oder Kraft lassen sich in sogenannten Multi-Sensorknoten zusammenfassen. Da ebenfalls ein Microcontroller in das Gehäuse integriert ist, ist sowohl der Einsatz von digitalen als auch von analogen Sensoren möglich. Der Vorteil: Es müssen nicht mehr verschiedene Sensoren an der Messstelle verbaut werden, sondern nur noch ein platzsparendes Gehäuse.

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Das Konzept ermöglicht ganz neue Sensor-Lösungen.

Doch was tun, wenn diese Einbaustelle schwer zu erreichen ist? Oder wenn es sich nur um eine temporäre Messung während der Inbetriebnahme einer Anlage handelt? In diesem Fall lässt sich die oft aufwendige Verkabelung einsparen, indem man den Sensorknoten eine drahtlose Übertragung ermöglicht. DFM nutzt hierfür die sogenannte „Bluetooth Low Energy“-Technologie (BLE), die im Bereich des Internet of Things an Bedeutung zunimmt. Es handelt sich hierbei um eine Funktechnik, mit der Geräte über eine Distanz bis 50 m miteinander kommunizieren können. Im Gegensatz zur klassischen Version von Bluetooth verbraucht BLE deutlich weniger Energie, und auch die Herstellungskosten für einen entsprechenden Chip sind geringer. Dank des etablierten BLE-Protokolls ist die Technologie sehr gut für den Einsatz in Sensornetzwerken geeignet. Bei der DFM ermöglicht sie eine regelmäßige und effiziente Überwachung physikalischer Größen ohne aufwendige und wartungsintensive Kabelinstallationen.

Module versorgen sich selbst mit Energie

Trotz des niedrigen Energieverbrauchs: Ganz ohne Strom geht es natürlich dennoch nicht. In den Sensorknoten ist deshalb eine Knopfzelle als Akku integriert. Auch hier kommt eine Zukunftstechnologie zum Einsatz: Mittels Energie-Harvesting können sich die Module selbst mit Energie versorgen. Unter Energy-Harvesting versteht man das „Ernten“ kleiner elektrischer Energiemengen aus der Einbauumgebung. Dabei kann es sich beispielsweise um thermale, solare oder induktive Energie handeln, die über einen Energiewandler die Knopfzelle auflädt. Es reicht also beispielsweise schon die Abwärme eines Rohres oder die Vibration eines Maschinenteils aus, um die Strommenge zu erzeugen, die der Sensorknoten benötigt.

Viele Anbindungsmöglichkeiten

Auch in Sachen Konnektivität ist die neue Messtechnik für das digitale Zeitalter gerüstet. Bis zu 16 Sensormodule lassen sich mit einem Gateway-Empfänger verbinden Geht man rein rechnerisch einmal von drei Messgrößen pro Sensorknoten aus, so lässt sich ohne jeden Verkabelungsaufwand ein Sensornetzwerk für 48 Messstellen realisieren. Die Anbindung des Gateway-Empfängers an ein übergeordnetes System ist auf vielfältige Weise möglich: Neben Profibus, Profinet, CAN, Ethernet, LAN, Modbus TCP, IO-Link unterstützt das System auch den OPC-Standard und ermöglicht damit eine Cloud-Anbindung.

3 Abb_DFM_Beispiel

So könnte ein Plastosens-Rohranlegefühler in einer DFM-Variante aussehen.

Die Konfiguration der Sensorknoten erfolgt ebenfalls via Bluetooth über einen PC oder ein Notebook. Der Echtzeit-Export von Messdaten in eine (CSV-)Logdatei ist genauso möglich wie die Anzeige und Ausgabe von Messdaten eines oder auch mehrerer Sensorknoten im Parallelbetrieb.

Rohranlegefühler in Vorbereitung

Als erste Entwicklung mit der DFM-Technologie ist aktuell die Erweiterung eines Rohranlegefühlers um ein DFM-Modul in Vorbereitung. Jeweils bis zu drei Rohranlegefühler könnten sich dann ohne Hilfsenergie mit einem Modul betreiben lassen, welches die Messsignale drahtlos überträgt.

K 2019 Halle 10 – H34

Heftausgabe: Oktober/2019
Michael Brosig ist Pressesprecher von Jumo

Über den Autor

Michael Brosig ist Pressesprecher von Jumo
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