Sensoren für die Prozess- und Fabrikautomation: Funktion - Ausführung - Anwendung (German Edition)

Das inhaltlich erweiterte und in der Praxis gut aufgenommene Buch bietet einen umfassenden Überblick über physikalische Grundlagen, Funktionen und Applikationen von Sensoren in der Prozess- und Fabrikautomation. Es ist nach Aufgabenfeldern von Sensoren gegliedert und zeigt anhand vieler typischer Einsatzbeispiele anschaulich deren Wirkungsweise und Anwendung. Dazu gehören auch Einsatzfälle in der Robotik. Für wichtige Fachbegriffe der Sensorik wird die englischsprachige Übersetzung angegeben. In einer lexikalischen Sammlung werden 250 Fachtermini der Sensorik erklärt. Eine Auflistung von Suchbegriffen soll den Leser bei Internetrecherchen unterstützen. Vorwort 5 Vorwort zur 5. Auflage 5 Inhaltsverzeichnis 6 1 Sensoren – Sinnesorgane der Technik 10 1.1 Was sind Sensoren? 10 1.2 Einteilung und Begriffe 16 1.3 Aufgaben und nutzbare Effekte 22 1.4 Einsatz und Auswahl 26 2 Sensoren zur Positionserfassung 30 2.1 Elektromechanische und elektrische Positionserfassung 30 2.2 Pneumatische Positionserfassung 33 2.3 Induktive Positionserfassung 36 2.4 Kapazitive Positionserfassung 47 2.5 Magnetinduktive Positionserfassung 52 2.5.1 Hallsensor 52 2.5.2 Magnetschalter 56 2.5.3 Magnetisch steuerbare Widerstände 58 2.5.3.1 Feldplattensensor 59 2.5.3.2 Sättigungskernsonde 61 2.5.3.3 Magnetoresistive Metall-Dünnschicht-Sensoren 63 2.6 Positionserfassung mit Ultraschall 64 2.7 Optoelektronische Positionserfassung 71 2.7.1 Allgemeine Grundlagen 71 2.7.2 Einweg-Lichtschranke 78 2.7.3 Reflexlichtschranke 84 2.7.4 Reflexlichttaster 87 2.7.5 Lichtgitter 93 2.7.6 Faseroptische Sensoren 98 2.7.7 Positionsempfindliche Fotoelemente 102 2.7.8 Unterscheidung farbiger Objekte 104 2.7.9 Lasersensoren 107 2.8 Positionserfassung mit Mikrowellen 116 2.9 Positionserfassung mit Kernstrahlung 117 2.10 Füll- und Grenzstandsmessung 119 2.10.1 Allgemeine Grundlagen 120 2.10.2 Optische Füllhöhenbestimmung 121 2.10.3 Füllhöhenbestimmung mit Schwimmern 123 2.10.4 Elektromechanische Füllhöhenbestimmung 125 2.10.5 Druckabhängige Füllhöhenbestimmung 127 2.10.6 Konduktive Füllhöhenbestimmung 130 2.10.7 Kapazitive Füllhöhenbestimmung 131 2.10.8 Absorptionsabhängige Füllhöhenbestimmung 133 2.10.9 Reflexionsabhängige Füllhöhenbestimmung 134 2.10.10 Kalorimetrische Füllstandserfassung 139 2.11 Sensoren zur Bahnführung von Schweißrobotern 140 2.12 Sensoren für Autonome Mobile Roboter 145 2.13 Sensoren in der Endeffektortechnik 156 3 Sensoren zur Erfassung mechanischer Größen 162 3.1 Messung von Kräften 162 3.2 Messung von Drehmomenten 179 3.3 Messung von Beschleunigungen 185 3.4 Bestimmung von Massen 189 3.5 Geschwindigkeitsmessung 194 3.6 Erkennen von Bewegungen 201 4 Sensoren zur Erfassung fluidischer Größen 203 4.1 Druckmessung 203 4.1.1 Allgemeine Grundlagen 204 4.1.2 Magnetoelastische Messung 207 4.1.3 Kapazitive Messung 209 4.1.4 Piezoelektrische Messung 212 4.1.5 Piezoresistive Messung 215 4.1.6 Galvanomagnetische Messung 218 4.1.7 Druckmessung mit akustischen Oberflächenwellen 219 4.2 Durchflussmessung 220 4.2.1 Volumetrische Messung 223 4.2.1.1 Verdrängungsverfahren 223 4.2.1.2 Volumenzähler mit Messflügel 223 4.2.1.3 Schwebekörper-Durchflussmesser 225 4.2.2 Wirkdruckverfahren 226 4.2.3 Magnetisch-induktive Durchflussmessung 227 4.2.4 Coriolis-Durchflussmessung 229 4.2.5 Durchflussmessung mit Ultraschall 231 4.2.6 Kalorimetrische Durchflussmessung 234 4.2.7 Wirbelfrequenz-Durchflussmessung 239 4.3 Feuchtemessung 241 4.3.1 Allgemeine Grundlagen 241 4.3.2 Feuchtesensoren 244 4.3.2.1 Taupunkthygrometer 244 4.3.2.2 Faserhygrometer 246 4.3.2.3 Kapazitive Feuchtesensoren 246 4.3.2.4 Feuchtesensoren in SAW-Technologie 248 4.3.2.5 Mikrowellen-Feuchtesensor 249 4.3.2.6 Elektrolysehygrometer 250 4.3.2.7 Aspirationshygrometer (Psychrometer) 250 5 Sensoren zur Erfassung der Temperatur 252 5.1 Allgemeine Grundlagen 252 5.2 Kontaktthermometrische Sensoren 254 5.2.1 Thermoresistive Temperaturmessung 254 5.2.2 Thermoelektrische Temperaturmessung 262 5.3 Strahlungsthermometrie 268 6 Sensoren zur Erfassung von Wegen und Winkeln 279 6.1 Allgemeine Grundlagen 279 6.2 Analoge Messverfahren 282 6.2.1 Tauchanker und Differentialtransformator 282 6.2.2 Potenziometer 284 6.2.3 Kapazitive Weg- und Winkelmessung 285 6.2.4 Induktive Wegund Winkelmessung 288 6.2.5 Magnetische Wegmessung 290 6.2.6 Resolver 291 6.2.7 Inductosyn 292 6.3 Digitale Messverfahren 294 6.3.1 Optisch-inkrementale Wegund Winkelmesssysteme 294 6.3.2 Codelineale und Codescheiben 298 6.3.3 Magnetische Längenmesssysteme 302 6.3.4 Längenmessung mit Interferometer 303 6.3.5 Interferenzielle Längenmessung 304 6.4 Distanzmessung mit Triangulation 305 6.5 Distanzbestimmung mit Laufzeitmessung 309 6.6 Distanzbestimmung mit Phasenmessung 312 6.7 Magnetostriktive Wegmessung 316 6.8 Neigungsmessung 318 7 Abbildung und Erkennung von Objekten 322 7.1 Allgemeine Grundlagen 322 7.2 Optisch-visuelle Bildaufnahme 327 7.2.1 Höhenprofilschnitt 327 7.2.2 Objekterkennung mit CCD-Zeile 327 7.2.3 Objekterkennung mit Lichtschnittverfahren 328 7.2.4 Objekterkennung mit CCD-Matrix 330 7.2.5 Objekterkennung durch Schattenbildauswertung 339 7.2.6 Bilderfassung mit stereoskopischem Prinzip 346 7.2.7 Beleuchtungstechnik 348 7.3 Nichtoptische Abtastsysteme 350 7.4 Erfassung codierter und nichtcodierter Informationen 353 7.4.1 Elektromechanische Erfassung 353 7.4.2 Optische Erfassung 359 7.4.3 Elektronische und elektromagnetische Erfassung 365 8 Erfassung chemischer und biologischer Stoffgrößen 368 8.1 Messung von Gaskonzentrationen allgemein 368 8.2 Sauerstoffmessung 374 8.3 Messung der elektrolytischen Leitfähigkeit 376 8.4 Messung des pH-Wertes 378 8.5 Gasanalyse durch Wärmeleitfähigkeitsmessung 380 8.6 Erfassung biologischer Substanzen 382 8.7 Explosionsschutz bei Sensoren 384 9 Sensorvernetzung 387 9.1 Allgemeine Grundlagen 387 9.1.1 Netzwerktopologien 387 9.1.2 Buszugriffsverfahren 388 9.1.3 Telegramme 389 9.2 Bussysteme zur Sensorvernetzung 390 9.2.1 Aktor/Sensor-Interface (AS-I) 390 9.2.2 Profibus 392 9.2.3 Interbus 394 9.2.4 HART-Protokoll 395 9.2.5 CAN-Bus 396 9.3 Ausblick 397 10 Fachbegriffe 400 Internet-Suchbegriffe 428 Literatur und Quellen 430 Sachwortverzeichnis 434 Front Matter....Pages I-X Sensoren – Sinnesorgane der Technik....Pages 1-20 Sensoren zur Positionserfassung....Pages 21-152 Sensoren zur Erfassung mechanischer Größen....Pages 153-193 Sensoren zur Erfassung fluidischer Größen....Pages 194-242 Sensoren zur Erfassung der Temperatur....Pages 243-269 Sensoren zur Erfassung von Wegen und Winkeln....Pages 270-312 Abbildung und Erkennung von Objekten....Pages 313-358 Erfassung chemischer und biologischer Stoffgrößen....Pages 359-377 Sensorvernetzung....Pages 378-390 Back Matter....Pages 391-432