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Zwischen analog und digital

19. März 2020, 07:30 Uhr   |  Inka Krischke

Zwischen analog und digital
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Beim Messen mit piezoelektrischen Sensoren ist der Ladungs­verstärker ein unverzichtbares Glied in der Messkette. Mit fortschreitender Automatisierung durchläuft dieses Bauteil ­seine eigene Evolution von analog zu digital.

Wenn es darum geht, Druck, Kraft, Drehmoment oder Beschleunigung exakt zu erfassen, sind hochsensible piezoelektrische Sensoren in vielen Industrien die Technik der Wahl. Die Erfindung des analogen Ladungsverstärkers im Jahr 1950 setzte den Grundstein für den Erfolg des Quarzsensors. Erst der Ladungsverstärker übersetzt die minimale elektrische Ladung, die die Quarzkristalle abgeben, in gängige Messgrößen. Mit zunehmender Automatisierung und Digitalisierung rücken Sensoren in der Fertigung immer mehr ins Rampenlicht, da sie zwingend erforderlich sind für eine zuverlässige Datenlage in der Industrie 4.0.

Als zentrales Bauteil der Messkette müssen auch die Ladungsverstärker an neue Bedingungen und Anforderungen angepasst werden. Daher gibt es neben rein analogen Lösungen erste digitale Ladungsverstärker. Die direkte Übersetzung der analogen Messsignale in digitale Daten ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur durchgängig smarten Messkette. 

Aber: Während es bei manchen Anwendungen auf einen breiten Messbereich ankommt, sind in anderen Bereichen grundlegende Parameter, wie etwa die Größe oder das Gewicht des Bauteils entscheidende Faktoren – und alle erfordern verlässliche Mess-Ergebnisse. Digitale Lösungen erzielen hier meist deutliche Verbesserungen im Vergleich zur analogen Technik. Doch mit den Fortschritten an Schnelligkeit und Präzision insbesondere in den letzten Jahren sind auch die Ansprüche der Anwender an digitale Lösungen weiter gewachsen. Digitalisierte Prozesse sollen zu möglichst 100 % akkurat und in einem Bruchteil der Zeit erledigt werden, die rein analoge Technik benötigt hätte.

Auch bei Ladungsverstärkern weisen digitale Lösungen Vorteile gegenüber der analogen Technik auf: Zum einen ermöglichen sie mit weniger Hardware einen durchgängigen Datenaustausch mit übergelagerten Systemen. Zum anderen entfallen bei digitalen Signalen die im analogen Betrieb üblichen Störgrößen durch induktive oder kapazitive Einkopplungen, da die Digitalisierung des analogen Rohsignals bereits im Verstärker erfolgt. 
Vielen Anwendern ist jedoch kaum bewusst, dass die Digitalisierung auch spezielle Herausforderungen mit sich bringt. Eine solche Herausforderung, mit der sich Messtechniker konfrontiert sehen, betrifft die Datenübertragungs-rate. Hier lautet die entscheidende Frage: Wie schnell muss es sein? Steht die Geschwindigkeit im Fokus der Anwendung?

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1. Zwischen analog und digital
2. Herausforderung Übertragungsrate
3. Anschluss via IO-Link

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