Anwendungstipps: Methoden für die Sensorskalierung im PMX

Kurzbeschreibung

Diese Anleitung beschreibt verschiedene Methoden für die Sensorskalierung im PMX. Hierbei werden Daten aus unterschiedlichen Kalibrierverfahren benötigt. Generell geht es bei der Skalierung um den Bezug zwischen einer elektrischen Größe und einer physikalischen Größe „field value“ (z.B. mV/V) -> „process value“ (z.B. Newton). Für dieses Beispiel wurde ein nach DIN 51309 kalibrierter Drehmomentaufnehmer TB2/200N·m verwendet. Natürlich können diese Methoden auch mit allen anderen Sensortypen durchgeführt werden.

Die nun vorgestellten Methoden der Zweipunktskalierung, Wertetabelle, Polynom- und Geradengleichung unterscheiden sich hauptsächlich in Genauigkeit und Aufwand. Vor allem der mit Firmware 2.02 eingeführte Berechnungskanal „Polynom“ macht es möglich für positive und negative Eingangssignale zwei unterschiedliche Kennlinien zu generieren und diese ohne Umschalten durch Vorzeichenerkennung automatisch zu nutzen. Dies ist beispielsweise für Rechts- und Linksdrehmoment, oder auch Druck- und Zugkraft extrem hilfreich.

Wichtiger Hinweis:

Für alle Skalierungsmethoden, mit Ausnahme der Zweipunktskalierung, muss der benutzte Kanal auf Werkseinstellung gesetzt werden. Für diese gilt:

1. Punkt elektrisch: 0,0000000      
2. Punkt elektrisch: 1,0000000

1. Punkt physikalisch: 0,0000000       
2. Punkt physikalisch: 1,0000000

Nullwert: 0,0000000       
Zielwert für Null: 0,0000000

Zweipunktskalierung

Die „klassische“ Methode, um einen Sensor schnell und effektiv zu skalieren ist mit Hilfe zweier Punkte. Hierbei wird eine lineare Kennlinie generiert, die den Zusammenhang zwischen elektrischer und physikalischer Größe herstellt. Die Zweipunktskalierung erfolgt direkt in den Kanaleinstellungen des Sensors. Die einzutragenden Daten entnehmen Sie dem Datenblatt oder besser dem Kalibreierschein des Sensors.

Wertetabelle

Viele Kalibrierscheine beinhalten eine Wertetabelle, die den Bezug zwischen elektrischer und physikalischer Größe durch die Angabe einer Vielzahl von Punkten herstellt. Im Ausschnitt unten ist eine solche Wertetabelle abgebildet.

Erstellen Sie im PMX einen Berechnungskanal „Kennlinientabelle“ und übertragen Sie die Werte aus dem Kalibrierschein. Starten Sie mit dem niedrigsten Wert (hier: -200). Als Eingangssignal wählen Sie den passenden Messkanal.

Polynomgleichung

Manche Kalibrierscheine geben neben der Wertetabelle auch Interpolationsgleichungen an.
Erstellen Sie einen Berechnungskanal „Polynom“ und übertragen Sie die Koeffizienten der Verstimmung S. Über die „Anzahl der Koeffizienten“ in den Funktionsparametern lässt sich ein zweites Polynom für negative Eingangswerte definieren. Dieses findet  bei zwei Belastungsrichtungen  seine Anwendung und wird im Kalibrierschein mit aufgeführt. Im Normalfall sind die Koeffizienten A für positive, die Koeffizienten B für negative Eingangssignale einzusetzen. Als Eingangssignal wählen Sie den passenden Messkanal.

Geradengleichung

Neben den Polynomgleichungen werden sehr oft auch einfache Geradengleichungen in den Kalibrierprotokollen angegeben. Diese lassen sich analog mit dem Berechnungskanal „Polynom“ eingeben.

Fazit

In der unteren Grafik wird deutlich, dass die kubische Interpolation dem realen Wert am nächsten kommt. Die Genauigkeit der linearen Interpolation nimmt mit steigendem Messbereich zu. Am genausten ist jedoch sicherlich die Wertetabelle.

Vorsicht:
Die Genauigkeit der einzelnen Methoden ist stark von der Anwendung abhängig und kann nicht verallgemeinert werden.

Rechtlicher Hinweis

Diese Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung. Sie unterliegen keinen Gewährleistungs- oder Haftungsansprüchen.

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