Sensorlösungen für Laborgeräte

Laborgeräte sind Investitionsgüter. Sie bestehen oft aus High-Tech-Systemen unter Verwendung vielfältiger Sensorlösungen. Gerätehersteller qualifizieren häufig Standardsensoren („Katalogware“) oder Modifikationen von Standardsensoren als Komponenteneinkauf innerhalb eines definierten Lieferantenmanagements.

Positionssensoren mit Schaltsignal

Standard-Komponenten („Katalogware“) für Geräte sind beispielsweise Sensoren für Positionserfassungsanwendungen. Diese prüfen typischerweise, ob ein Prozessschritt durchgeführt oder ein Status erreicht ist. Diese Informationen überträgt der Sensor dann an die Steuerung (SPS, Industrie-PC, …).

Häufig sind die Signalausgänge PNP- oder NPN-Schließerschaltungen.

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PNP- und NPN- Anschlussbild

Da Laborgeräte aus Platzgründen zumeist sehr kompakt konstruiert sind, kommen bevorzugt Miniatursensoren zum Einsatz.

Klappenüberwachung an Laborgerät
Klappenüberwachung an Laborgerät

In vielen Fällen sind zwei Sensoren in Kombination in Schließer- und Öffner-Schaltung im Einsatz. Diese Art der Redundanz ermöglicht die Diagnose von Fehlerzuständen. So erkennt die Steuerung mit einer Plausibilitätsprüfung ungewöhnliche Situationen wie einen Kabelbruch. Nebeneinander mit definiertem Abstand montiert, kontrollieren zwei Sensoren die Position von Klappen oder Verschlüssen.

Verschlusskontrolle mit induktivem Sensor
Verschlusskontrolle mit induktivem Sensor

Optoelektronische Sensoren

Bei der Erkennung von Objekten und Stati aus der Distanz sind optoelektronische Sensoren eine gute Option. Praktischerweise sind sie in einer Vielzahl an Gehäusebauformen und optischen Funktionsprinzipien erhältlich.

Optoelektronische Sensoren
Optoelektronische Sensoren

Übersicht über optoelektronische Mini-Sensoren

Vorstellung der Balluff MICROmote Sensoren

Lineare Wegsensoren

Zur kontinuierlichen Wegerfassung und Positionsmessung in Laborgeräten finden oft magnetkodierte Wegsensoren Verwendung. Hier ein Beispiel.

Magnetkodierter Wegsensor mit Magnetband und Sensorkopf

Magnetkodierte Sensoren bestehen aus einem kodierten Magnetband und einem Sensorkopf. Der Sensorkopf wird in geringem Abstand entlang des Magnetbandes geführt und ermittelt die Relativposition des Magnetbandes zum Sensorkopf. Das flache Magnetband lässt sich einfach in Linearachsen und Aktoren integrieren und kann auf dem beweglichen Teil der Achse montiert werden, da es keine Energieversorgung benötigt. Der Sensorkopf mit Spannungsversorgung und Signalanschlüssen wird am festen Teil der Achse montiert, ohne eine Schleppkette zu verwenden.

Füllstandssensoren

In vielen Anwendungen im Bereich Life Science sind Behälterfüllstände zu messen. Bei leitfähigen Medien, beispielsweise menschlichen Flüssigkeiten, sind kapazitive Sensoren eine gute Wahl zur Erfassung solcher Elektrolytlösungen.

Kapazitiver Sensor an Kunststoffbehälter
Kapazitiver Sensor an Kunststoffbehälter

Produktübersicht: Füllstandserfassung mit kapazitiven Sensoren

Flüssigkeitserkennung

Insbesondere in der Laborautomation spielen Flüssigkeitsdetektionssensoren eine bedeutende Rolle. Beispielweise die Klarwassererkennung ist eine anspruchsvolle Anwendung. Spezialisierte Sensoren stellen sich dieser Herausforderung.

Übrigens: Die Technologie dieser Sensoren ist auch eine Alternative für faseroptische Lösungen.





Optoelektronische Spezialsensoren (oben) als Alternative zu Faseroptiken (unten)
Optoelektronische Spezialsensoren (oben) als Alternative
zu Faseroptiken (unten)

Vision-Systeme

Die Integration von Vision-Systemen mit Industriekameras in Geräte für Diagnosefunktionen hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Dieser Trend wird sich noch verstärken. Gründe dafür sind zum einen die steigende Bandbreite für Datenübertragung. Zum anderen optimieren immer besser werdende Algorithmen des maschinellen Lernens die Auswertung der Bilddaten von Vision-Systemen.

Bei Bildverarbeitungslösungen nehmen präzise Kameras Bilder auf, welche anschließend über Webinterfaces an Datenbanken gesendet werden. So können allmähliche Veränderungen über Zeiträume analysiert. In Kombination mit der Information diagnostischer Ergebnisse finden Deep-Learning Algorithmen (als Teilmenge des maschinellen Lernens) Muster typischer Krankheitsentwicklungsschritte.

Das modulare Konzept von Vision-Systemen ermöglicht die Konfiguration und Adaption der Kameralösung an die spezifische Anforderungen der jeweiligen Anwendung.

Zusammenfassung:

Sensoren sind Schlüsselelemente in der Automatisierung, auch als Komponenten für Laborgeräte. Der Anwender von Sensoren ist verpflichtet, einzelfallabhängig die Einsetzbarkeit von Standard-Produkten / Standardsensoren („Katalogware“) als Komponenten für seine Anwendung zu prüfen.

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