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Ratgeber

Neigungssensoren

Neigungssensoren messen ihre relative Lage im dreidimensionalen Raum. Bezugspunkte können beispielsweise die Schwerkraft, Magnete oder Teile von Maschinen sein. Sie gehören damit – ebenso wie Beschleunigungs-, Positions- und Winkelsensoren – zu den feinmechanischen beziehungsweise elektrischen Messgeräten. Wir geben Ihnen hier einen Überblick über Funktionen und Auswahlkriterien.



So funktionieren Neigungssensoren

Ein Neigungssensor misst den Winkel der Neigung beziehungsweise die Erhebungen oder Absenkungen eines Objekts. Als Bezugspunkt dient in der Regel die Richtung der Schwerkraft. Ein solcher Sensor wird häufig auch als Neigungsindikator, Neigungsmesser oder Inklinometer bezeichnet.

Ein wesentliches Kriterium für die Genauigkeit, die Flexibilität und den Messbereich der Anzeige ist die Anzahl der im Neigungssensor eingesetzten Achsen. Einfache Wasserwaagen mit nur einer Libelle und pendelbasierte elektronische Nivelliergeräte beispielsweise arbeiten lediglich mit einer Achse. Sie sind deshalb durch den engen Messbereich eingeschränkt. Zwei- und dreiachsigen Geräte bieten dagegen zahlreiche Vorteile. Durch die gleichzeitige Messung von zwei oder drei Neigungswinkeln entfällt zum Beispiel das mühsame Hin- und Herwechseln des Messsystems.

In industriellen Bereichen sind rein mechanisch funktionierende Neigungssensoren allerdings kaum noch zu finden. Bei der Kontrolle von Neigungswinkeln dominieren sogenannte MEMS-Sensoren. Die Abkürzung MEMS steht für das englische Micro-Electro-Mechanical System, es handelt sich also um Geräte, die elektromechanische Komponenten in kompletten Bauformen vereinen. Über eine relativ geringe Versorgungsspannung ermitteln diese Neigungssensoren Lageveränderungen und geben die Werte über Anschlussdrähte aus. Die Verarbeitung der Signale erfolgt dann beispielsweise über Mikrocontroller.



Varianten des Neigungssensors

Winkelsensoren

Winkelsensoren messen den Neigungswinkel des Sensors in Bezug zu einem Objekt. Die Messung erfolgt üblicherweise durch eine Induktionsspule. Der dafür nötige Magnet ist zum Beispiel am Maschinentisch angebracht, der Sensor erfasst die Neigung und ermöglicht damit sowohl die exakte Ausrichtung der Maschine als auch deren Lageüberwachung. Der Messbereich dieser Sensoren ist allerdings eingeschränkt und liegt in der Regel bei 180 Grad oder weniger.

Drehzahlsensoren

Drehzahlsensoren erfassen die Drehzahl der Welle in Motoren oder an schnell rotierenden Maschinen. Die Messprinzipien variieren, häufig zu finden ist aber die induktive Messung des magnetischen Flusses.



Auswahlkriterien für die Beschaffung

Je nach benötigtem Sensor ist vor allem die Wahl der passenden Montagemöglichkeiten ausschlaggebend.
So finden sich bei Neigungs- und Vibrationssensoren lediglich zwei Anschlussdrähte, Beschleunigungssensoren wiederum lassen sich mehrheitlich direkt auf die Platine montieren, Steck- und Schraubverbindungen herrschen bei Drehzahl- und Winkelsensoren vor.

Für die Weiterverarbeitung der vom Sensor gelieferten Signale stehen verschiedene Schnittstellen zur Verfügung. Dabei handelt es sich überwiegend um analoge Ausgangswerte, wahlweise für Spannung oder Strom.
Einige Beschleunigungsmesser stellen die Signale über die seriellen Datenbusse I2C und SPI zur Verfügung.



FAQ – häufig gestellte Fragen

Worauf ist bei der Montage des Sensors in rauer Umgebung zu achten? 

Wichtig ist hier die dem Sensor zugeteilte IP-Klasse. Die erste Zahl des Codes steht für den Schutz gegen das Eindringen von Fremdkörpern, die zweite den Schutz gegen den Einfluss von Wasser. In allen Fällen gilt: Je höher die Zahlen, desto besser ist der Schutz. So steht beispielsweise die Klasse IP44 für den Schutz vor festen Fremdkörpern mit einer Größe über einem Millimeter und vor allseitigem Spritzwasser. Die Schutzart IP65 dagegen bietet einen vollständigen Schutz vor Berührung, Staub und Strahlwasser aus beliebiger Richtung. Eine hohe Schutzklasse ist besonders wichtig, wenn es um den Schutz beweglicher Teile wie Motoren oder Getriebe geht.
 

Welche Einflüsse haben Beschleunigungskräfte – beispielsweise in Fahrzeugen – auf das Messergebnis eines Neigungssensors?

Gemessen wird der Winkel des Vektors der Erdbeschleunigung proportional zum Gegenstand in einer vertikalen Ebene. Kommen weitere Beschleunigungskräfte aus anderen Richtungen hinzu, zum Beispiel Bremsmanöver oder Kurvenfahrten, so weicht der resultierende Vektor vom Vektor der Erdbeschleunigung ab. Der Neigungssensor wird dann auf den resultierenden Vektor mit einem Messfehler reagieren. Sollte der Störvektor genau rechtwinklig zur Messebene liegen oder die Messebene quer verlaufen, wird der Störfaktor in der Regel nicht erfasst.

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