Logo PTB

Längenmessungen an magnetischen Sensoren

30.12.2005

In Getrieben, Motoren und Bremssystemen (ABS) moderner Kraftfahrzeuge, aber auch in Werkzeugmaschinen und Elektromotoren werden in zunehmendem Maße magnetische Multipolräder als Signalgeber verwendet, wobei als Signaldetektoren magnetoresistive oder Hall-Sensoren benutzt werden. Auf Anfrage eines Herstellers solcher Sys-teme wurde in der PTB eine Messprozedur konzipiert, um der hausinternen Qualitätskontrolle reproduzierbare und rückführbare Messungen zu ermöglichen. Dazu muss an einem als Referenz deklarierten, axialen Hall-Sensor der Abstand von der Stirnfläche des Sensorgehäuses zum aktiven Sensorelement im Gehäuse, der mit etwa 400 ± 250 µm spezifiziert ist, mit einer Unsicherheit < ± 10 µm ermittelt werden.

Die dafür in der PTB neu entwickelte, numerisch gesteuerte Messanlage basiert auf einer Feldspule, deren axiales Feldprofil im Spulenzentrum einen Nulldurchgang aufweist, und auf zwei geätzten planaren Induktionsspulen identischer Geometrie, die mittels einer keramischen Distanzplatte mit Endmaßqualität in einem Abstand AE von etwas mehr als 5 mm in der Achse der Feldspule fixiert sind. Die in die Vertikale ausgerichtete Feldspule lässt sich mittels eines linearen Piezoantriebs mit einer Schrittbreite < 1 µm verfahren und damit der geometrische Abstand AN ermitteln, den die Nulldurchgänge N1 und N2 der in beiden Induktionsspulen induzierten Spannungen aufweisen, wenn in der Feldspule ein Wechselfeld - f ≤ 1000 Hz - erregt wird. Die auf diese Weise elektrisch gemessene DistanzAN stimmt mit der mechanisch gemessenen, auf die bewahrte Größe Länge rückgeführten Distanz AE reproduzierbar auf ± 3 µm überein. Mit einer weiteren Messung werden die Abstände zwischen N1 bzw. N2 und dem Nulldurchgang gemessen, der mit dem zu untersuchenden Sensor bestimmt wird. Der Mittelwert liefert die gesuchte Größe.