In der Produktion des Pharmaherstellers wird das Gel in Form einer dünnen Schicht auf eine Edelstahlwalze aufgetragen, seine Dicke beträgt circa 200 µm. Aus Gründen der Qualitätssicherung in der Produktion muss die Gel-Dicke in der Linie überwacht werden.
Für die optische Messtechnik stellt die Messung transparenter Materialien aber oft ein Problem dar: Bei der Lasertriangulation kann der Laserstrahl in das Gel „eindringen“, so dass das Messergebnis verfälscht würde, weil der Sensor somit nicht mehr an der Oberflächen messen würde.
Da das Gel wasserhaltig und daher leitfähig ist, kann man elektromagnetischen Messverfahren, zum Beispiel Wirbelstrom- oder kapazitive Sensoren, einsetzen. Das Wirbelstromprinzip ist im eigentlichen Sinne dem induktiven Messverfahren zuzuordnen. Der Effekt zur Messung via Wirbelstrom beruht auf dem Entzug von Energie aus einem Schwingkreis.
Wirbelstrom- und kapazitives Messprinzip
Diese Energie ist zur Induktion von Wirbelströmen in elektrisch leitfähige Materialien nötig. Eine in ein Sensorgehäuse eingebaute Spule wird von hochfrequentem Wechselstrom durchflossen. Das elektromagnetische Spulenfeld induziert im leitfähigen Messobjekt Wirbelströme, wodurch sich der resultierende Wechselstromwiderstand der Spule ändert.
Daraus entsteht ein elektrisches Signal, das dem Abstand des Messobjekts zur Sensorspule proportional ist. Im Falle der Dickenmessung der Gelschicht war es nicht möglich, das Wirbelstromsystem einzusetzen, da sich im Gel keine Wirbelströme ausbreiten können. Daher fiel die Wahl auf das kapazitive Messsystem.
Beim kapazitiven Messprinzip agieren Sensor und Messobjekt wie ein idealer Plattenkondensator. Durchfließt ein Wechselstrom konstanter Frequenz den Sensorkondensator, so ist die Amplitude der Wechselspannung am Sensor dem Abstand zum Messobjekt (Masse-Elektrode) proportional.
Durch den Aufbau der Sensoren als Schutzringkondensatoren erreicht man in der Realität nahezu eine ideale Linearitätskennlinie. Für eine konstante Messung ist jedoch eine gleichbleibende Dielektrizitäts-Konstante zwischen Sensor und Messobjekt die Prämisse. Das System reagiert äußerst empfindlich auf Änderungen des Dielektrikums im Messspalt.
Kapazitive Sensoren messen auch gegen Isolatorwerkstoffe, da diese als geändertes Dielektrikum erfasst werden. Ein lineares Ausgangssignal wird für Isolatoren durch elektronische Beschaltung möglich. Da thermisch bedingte Leitfähigkeits-
änderungen keinen Einfluss auf die Messung haben, ist das Prinzip auch bei starken Temperaturschwankungen stabil. Die kapazitiven Sensoren zählen zu den präzisesten Messverfahren überhaupt. Die kapazitiven Wegsensoren werden bei elektrisch leitenden Messobjekten eingesetzt und messen nanometergenau in sauberer Industrieumgebung.
Beim Pharmahersteller wird das modulare System Capa-
NCDT 6200 eingesetzt. Durch den modularen Aufbau des Messsystems lassen sich auf einfache Art und Weise bis zu vier Kanäle zusammenfügen. Die Auswertung der Messdaten
erfolgt über Ethernet-Schnittstelle.
Industriesprache Ethernet
Das Ethernet-Protokoll verfügt über eine integrierte Kollisionserkennung der Datenpakete und sichert die vollständige und fehlerfreie Datenübertragung. Das offene Protokoll erlaubt einen nahezu uneingeschränkten Kommunikationsfluss in den Netzwerken unabhängig vom Betriebssystem des Endgeräts und der eingesetzten Hardware. Mit den schnellen Datenraten von bis zu 10 GBit/s ist man auf dem neuesten Stand der Technik.
Da die eingesetzten Standardkomponenten in der Massenproduktion hergestellt werden, sind sie preisgünstig erhältlich. Der Bediener kann den Controller über seine Netzwerkadresse von überall her ansprechen, die Messdaten ortsunabhängig auswerten und eine Fernwartung durchführen. Die Bedienung und Systemkonfiguration erfolgen im Standard Web-Browser, das heißt, es ist keine zusätzliche Software-Installation
notwendig.
Speziell für die in diesem Artikel beschriebene Anwendung vereinfachte eine offene Ethernet-Schnittstelle die Integration des Sensors in das vorhandene System, da hierbei der Verdrahtungsaufwand minimal ist. Die Daten aus bis zu vier Kanälen können über ein Ethernet-Kabel an einen PC geschickt und gleichzeitig am Display angezeigt werden.
