Verlässliche Messdaten Wenn Ihr Messsystem im rauen Industrieumfeld überleben muss

Autor / Redakteur: Stefan Albert * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Verlässliche Messdaten unter extremen Bedingungen aufzunehmen kann schwierig und teuer sein. Ist die Hardware bereits auf Robustheit ausgelegt, sind die Systeme für den Anwender kostengünstig, zeitsparend und flexibel.

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Messungen finden nicht immer in einem dafür ausgestatten Labor statt.
Messungen finden nicht immer in einem dafür ausgestatten Labor statt.
(Bild: National Instruments)

Verlässliche Messungen unter extremen Bedingungen durchzuführen, kann schwierig und teuer sein. Es sind mehrere Aspekte zu beachten, wenn Steuerungs- und Überwachungssysteme für den Einsatz in extremen Temperaturbereichen oder unter gefährlichen Bedingungen gebaut werden. Wird eine robuste Anwendung entwickelt, müssen Temperatur, Stoß- und Schwingungsbelastungen, Umweltzertifizierungen und der Formfaktor der Hardware berücksichtigt werden.

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Extreme Temperaturen, Schocks und Vibrationen

Tests unter extremen Temperaturen können die Hardware einschränken. Bei der Kaltstartprüfung eines Motors wird beispielsweise eine Prüfzelle eingesetzt, die eine Temperatur von bis zu -40 °C erreichen kann. Bei Prüfungen dieser Art ist eine kontinuierliche Datenerfassung beispielsweise von Temperatur oder Druck notwendig. Durch die extremen Bedingungen können Komponenten des Prüfsystems fehlerhaft arbeiten oder falsche Messergebnisse übermitteln. Im schlimmsten Fall können Schäden an der Hardware entstehen.

Abhilfe schafft ein robustes Gehäuse, welches mit zusätzlichen Heiz- und Kühlelementen ausgestattet werden kann, um die Komponenten auf Betriebstemperatur zu halten. Die von NI entwickelten Chassis hingegen wurden bereits dafür entwickelt, extremen Temperaturbedingungen standzuhalten und garantieren, dass die ausgewählten Komponenten innerhalb ihrer Spezifikationen arbeiten.

Einen weiteren typischen Aspekt bei der Entwicklung einer robusten Anwendung stellen die Spezifikationen hinsichtlich Schock- und Vibrationsfestigkeit dar. Eine Maßnahme zum Schutz wäre es, die Hardware innerhalb des Gehäuses gegen die auftretenden Vibrationen zu isolieren. Das kann beispielsweise bei der Überwachung eines Hauptgetriebes in Schaltungssystemen der Fall sein. Diese Maßnahmen können jedoch schwierig sein und viel Prüfzeit in Anspruch nehmen.

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Wechselnde Temperaturen und Erschütterungen

Laut, schmutzig und voller Erschütterungen: Das Umfeld in der Industrie kann ziemlich rau sein. Messtechnische Lösungen müssen dementsprechend einiges aushalten können.

Zu den wichtigsten Aspekten, welche die Hardware erfüllen muss, zählen der Temperaturbereich in der Umgebung, Spezifikationen für Stoß- und Vibrationsfestigkeit und eventuell erforderliche Umweltzertifizierungen. Hinzu kommen der Formfaktor und benötigte Funktionen des Gesamtsystems. Bei der Entwicklung eines solchen Systems können die Messtechik-Anwender Zeit, Nerven und Kosten sparen, indem sie Hardware einsetzen, die bereits von vorn herein auf Robustheit ausgelegt ist.

Die Hardware von NI ist bis zu 50 g Schock und 5 g Schwingung resistent. Empfohlen wird die Montage der Hardware auf einer festen Oberfläche, um alle internationalen Standards zu erfüllen. Die Module der C-Serie werden im Vorfeld getestet, um sicher zu stellen, dass alle Komponenten ordnungsgemäß arbeiten.

Nicht vernachlässigt werden sollte auch die Testumgebung: Das kommt vor allem dann zum Tragen, wenn es sich dabei um einen Gefahrenbereich handelt, in dem sich unter Umständen explosive Gase oder Dämpfe befinden. Das ist in Chemiefabriken oder Raffinerien der Fall. Wird ein Testaufbau für eine Anwendung in einem solchen Gefahrenbereich entwickelt, stellt die korrekte Zertifizierung der Konfiguration einen wichtigen Teil des Prozesses dar.

Hardware ist zertifiziert für den Gefahrenbereich

Bei den Zertifizierungen für den Betrieb in Gefahrenbereichen handelt es sich, je nach Einsatzort, um Zertifizierungen von UL (UL Hazardous Locations certifications) oder der Europäischen Union (European Union Hazardous Locations certifications). Beide Institutionen zertifizieren Produkte für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen. Die UL-Zertifizierung umfasst die Einteilung in bestimmte Klassen und Unterklassen.

Die Klasse gibt die Art des brennbaren Werkstoffs im Gefahrenbereich an, wie Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten für Klasse I, Staub für Klasse II und Fasern für Klasse III. Die Unterklasse steht für das Vorhandenseins des Materials. Division II gibt an, dass das entflammbare Material nur unter ungewöhnlichen Bedingungen auftritt. Division I zeigt auf, dass das Material regelmäßig in der Umgebung auftreten kann.

Trotz der hohen Kosten ist es sinnvoll, die gesamte Testkonfiguration allen Zertifizierungsprüfungen zu unterziehen. Bei der Zertifizierung nach dem Lloyds Register bewertet eine Drittpartei und bestätigt die Konformität eines Produkts mit nationalen und internationalen Standards. Die Typzulassung kommt für Produkte infrage, die bei Marine- und Offshore-Anwendungen, in Industrieanlagen und -prozessen sowie in der Informationstechnologie eingesetzt werden.

Die Drittpartei überprüft das gesamte Hardwaredesign und ist verpflichtet, den Tests und Überprüfungen beizuwohnen und die Ergebnisse einzuschicken, um sie weiteren Überprüfungen zu unterziehen. Sobald alle Ergebnisse bestätigt sind, wird die Hardware für die Zulassung durch das Lloyd's Register validiert und autorisiert. NI bietet eine Bandbreite an Hardware mit unterschiedlichen Umweltzertifizierungen für die Industrie an, die den angewandten internationalen Standards entsprechen. Zertifizierungen belegen den möglichen Einsatz der Hardware in Gefahrenbereichen bis hin zu Meeresumgebungen

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