4. Magnetisch-induktive Sensoren

Marcus Wolff

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4 Magnetisch-induktive SensorenAls magnetisch-induktive Sensoren gelten solche, die für die Erfüllung ihrer Funktiondie physikalischenEffekte magnetischer Felder nutzen. Hierbei finden je nachSensor-prinzip sowohl elektromagnetische als auch dauermagnetische Felder ihre Anwen-dung. In Abhängigkeit des verwendeten Effekts kann eine weitere Untergliederungstattfinden.Im Allgemeinen können mithilfe der Magnetfeldsensoren neben Positionen auchverschiedene andere Größen erfasst werden. Zum Einsatz kommen diese Sensoren innahezu allen Bereichen der Industrie. Dazu gehören unter anderem die Automobil-industrie, die Medizintechnik und die Verkehrstechnik. Drehzahlen, Winkel und diePräsenz stellen die am häufigsten mit dieser Art der Sensoren erfassten Größen dar.Nach einer Darstellung der allgemeinen physikalischen Grundlagen werden imFolgenden die auf dem Hall-Effekt sowie die auf Induktion basierenden Sensoren vor-gestellt, da diese am häufigsten verwendet werden.4.1 Physikalische GrundlagenDas Verständnis der Messprinzipien magnetisch-induktiver Sensoren erfordert einigeallgemeine Kenntnisse im Bereich des Elektromagnetismus. Die wichtigsten Grund-begriffe werden in diesem Kapitel dargestellt und erläutert.MagnetfelderMagnetfeldlinien sind im Gegensatz zu Linien des elektrischen Feldes immer ge-schlossen. Sie treten am magnetischen Nordpol aus dem Magneten aus und amSüdpol wieder ein. Im Inneren des Magneten verlaufen sie vom Süd- zum Nordpol.Abbildung 4.1 zeigt das Feld eines stabförmigen Permanentmagneten. Offensichtlichsind die Magnetfeldlinien an den Stirnflächen der Pole sehr konzentriert. Das Feldist daher dort besonders stark. Solche Dauermagneten kommen in Hall-Sensoren(siehe Abschnitt 4.2) fast ausschließlich zum Einsatz. Aber auch die sogenanntenInduktiv- oder Induktionsgeber zur Erfassung kontinuierlicher translatorischer oderrotatorischer Bewegungen basieren auf Permanentmagneten (siehe Abschnitt 4.3).Gemäß dem AmpèreschenGesetz (Maxwell-Gleichungen) sind elektrische Strömedie Ursache von Magnetfeldern. Das Feld von Permanentmagneten lässt sich auf in-neratomare Kreisströme zurückführen. Jeden stromdurchflossenen elektrischen Lei-ter umgibt daher ein magnetisches Feld. Im Falle eines langen, geraden Leiters lie-gen die Feldlinien in Form konzentrischer Kreise um diesen herum. Die Richtung die-Unter Mitwirkung von Kevin Kondziella, Oliver Haack, Christian Stahl, Marco Wieland

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4 Magnetisch-induktive SensorenAls magnetisch-induktive Sensoren gelten solche, die für die Erfüllung ihrer Funktiondie physikalischenEffekte magnetischer Felder nutzen. Hierbei finden je nachSensor-prinzip sowohl elektromagnetische als auch dauermagnetische Felder ihre Anwen-dung. In Abhängigkeit des verwendeten Effekts kann eine weitere Untergliederungstattfinden.Im Allgemeinen können mithilfe der Magnetfeldsensoren neben Positionen auchverschiedene andere Größen erfasst werden. Zum Einsatz kommen diese Sensoren innahezu allen Bereichen der Industrie. Dazu gehören unter anderem die Automobil-industrie, die Medizintechnik und die Verkehrstechnik. Drehzahlen, Winkel und diePräsenz stellen die am häufigsten mit dieser Art der Sensoren erfassten Größen dar.Nach einer Darstellung der allgemeinen physikalischen Grundlagen werden imFolgenden die auf dem Hall-Effekt sowie die auf Induktion basierenden Sensoren vor-gestellt, da diese am häufigsten verwendet werden.4.1 Physikalische GrundlagenDas Verständnis der Messprinzipien magnetisch-induktiver Sensoren erfordert einigeallgemeine Kenntnisse im Bereich des Elektromagnetismus. Die wichtigsten Grund-begriffe werden in diesem Kapitel dargestellt und erläutert.MagnetfelderMagnetfeldlinien sind im Gegensatz zu Linien des elektrischen Feldes immer ge-schlossen. Sie treten am magnetischen Nordpol aus dem Magneten aus und amSüdpol wieder ein. Im Inneren des Magneten verlaufen sie vom Süd- zum Nordpol.Abbildung 4.1 zeigt das Feld eines stabförmigen Permanentmagneten. Offensichtlichsind die Magnetfeldlinien an den Stirnflächen der Pole sehr konzentriert. Das Feldist daher dort besonders stark. Solche Dauermagneten kommen in Hall-Sensoren(siehe Abschnitt 4.2) fast ausschließlich zum Einsatz. Aber auch die sogenanntenInduktiv- oder Induktionsgeber zur Erfassung kontinuierlicher translatorischer oderrotatorischer Bewegungen basieren auf Permanentmagneten (siehe Abschnitt 4.3).Gemäß dem AmpèreschenGesetz (Maxwell-Gleichungen) sind elektrische Strömedie Ursache von Magnetfeldern. Das Feld von Permanentmagneten lässt sich auf in-neratomare Kreisströme zurückführen. Jeden stromdurchflossenen elektrischen Lei-ter umgibt daher ein magnetisches Feld. Im Falle eines langen, geraden Leiters lie-gen die Feldlinien in Form konzentrischer Kreise um diesen herum. Die Richtung die-Unter Mitwirkung von Kevin Kondziella, Oliver Haack, Christian Stahl, Marco Wieland

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