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Sensortechnik Magnetische und optische Sensoren für die Analysetechnik

| Redakteur: Dipl.-Medienwirt (FH) Matthias Back

Analysetechnik stellt hohe Anforderungen an die eingebauten Sensoren. Bei der Entscheidung für einen magnetischen oder optischen Sensor, inkrementale oder absolute Messtechnik, kommt es auf kundenspezifische Wünsche und Gegebenheiten an, für die die Schwarzwälder Siko GmbH seit über 50 Jahren passgenaue Applikationen entwickelt.

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Bei einem Pipettierroboter, der sich in allen drei Raumdimensionen bewegt, erfolgt die Überwachung der Motorsteuerung mit magnetischen Absolutsensoren, die ein Positionsfeedback an die Steuereinheit zurückgeben.
Bei einem Pipettierroboter, der sich in allen drei Raumdimensionen bewegt, erfolgt die Überwachung der Motorsteuerung mit magnetischen Absolutsensoren, die ein Positionsfeedback an die Steuereinheit zurückgeben.
(Bild: Siko)

Ob sich ein magnetischer oder ein optischer Sensor besser für eine Anwendung in der Analysetechnik eignet, lässt sich nicht pauschal beantworten. Beide spielen ihre Vorteile in der jeweiligen Anwendungsumgebung aus. Grundsätzlich sind in der Analysetechnik besonders optische Sensoren geeignet, da sie eine hochpräzise Messwerterfassung von bis zu +/- 5 µm sowie eine sehr hohe Auflösung und Wiederholgenauigkeit (0,1 µm bzw. 0,05 µm beim optischen Sensor LSC20) auszeichnet.

Robuster und kostengünstiger

Magnetische Sensoren (z. B. MSK1000 als inkrementaler Sensor und MSA111C als absoluter Sensor) dagegen haben eine marginal geringere Systemgenauigkeit von bis zu +/- 10 µm. Dafür punkten sie mit ihrer Robustheit und Kosteneffizienz: Dank ihrer berührungslosen Funktionsweise sind sie verschleißfrei und verursachen nur einen geringen Wartungsaufwand.

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Optische Sensoren sind empfindlicher, was Verschmutzungen angeht. Sie eignen sich z. B. nicht in einer staubigen Umgebung. Auch können Fingerabdrücke bzw. Fettablagerungen auf dem Band den optischen Sensor stören. Dagegen sind magnetische Sensoren unempfindlich. Letztere sind zudem flexibler bei der Installation, insbesondere bei größeren Messlängen. Die Abstände zwischen Sensor und Band müssen hier im Gegensatz zum optischen Prinzip nicht so gering sein; Abstände von bis zu 1,3 mm bei Absolutsensoren und sogar bis zu 20 mm bei Inkrementalsensoren sind unproblematisch. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus ihrer kleinen und kompakten Bauweise. Bis zur Platinenlösung sind verschiedene Baugrößen möglich; ebenso wie individuelle Steckerausführungen oder Einbau in ein kundenspezifisches Gehäuse. Wenn es die hohe Systemgenauigkeit also nicht unbedingt erfordert, sind magnetische Sensoren die passende Wahl. Zudem sind sie preisgünstiger als optische Sensoren.

Neben der Abwägung zwischen optischen und magnetischen Sensoren stellt sich auch die Frage nach dem Messverfahren. Gängig ist das inkrementale Verfahren: Ein Magnetband ist regelmäßig mit Nord- und Südpolen kodiert. Ein Sensorkopf, in dem Sensorelemente sitzen, fährt in einem definierten Abstand über dem Band entlang und liest die Magnetfelder aus. Dabei wird intern hochgezählt – so funktioniert die inkrementale Sensorik. Bei der Absolutsensorik handelt es sich um ein Zweispurband, d. h. auf der einen Seite befindet sich eine inkrementale Spur, während die andere Spur absolut kodiert ist. Auf einer bestimmten Länge des Bands kommt diese Kodierung also nur einziges Mal vor. Der Vorteil: Der Sensor weiß hiermit stets genau, an welcher Position er sich befindet. Im Falle eines Stromausfalls müsste beim inkrementellen Verfahren dagegen eine Referenzfahrt durchgeführt werden, um den Sensor wieder auf einen bestimmten Referenzpunkt zu bringen, der dann an die Steuerung zurückgemeldet wird. Um diesen Prozessschritt zu vermeiden, kann eine Batterie als Back-up-Lösung installiert werden, die bei Stromausfällen anspringt. In vielen Bereichen der Medizin- und Analysetechnik ist dies als Sicherheitsvorkehrung unerlässlich. Mit der absoluten Sensortechnik lässt sich diese Problematik jedoch vollständig umgehen.

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