Ob sich ein magnetischer oder ein optischer Sensor besser für eine Anwendung in der Analysetechnik eignet, lässt sich nicht pauschal beantworten. Beide spielen ihre Vorteile in der jeweiligen Anwendungsumgebung aus. Grundsätzlich sind in der Analysetechnik besonders optische Sensoren geeignet, da sie eine hochpräzise Messwerterfassung von bis zu +/-5µm sowie eine hohe Auflösung und Wiederholgenauigkeit auszeichnet. Magnetische Sensoren dagegen haben eine marginal geringere Systemgenauigkeit von bis zu +/-10µm. Dafür punkten sie mit Robustheit und Kosteneffizienz. Dank ihrer berührungslosen Funktionsweise sind sie verschleißfrei und verursachen nur einen geringen Wartungsaufwand. Optische Sensoren sind empfindlicher, was Verschmutzungen angeht. Sie eignen sich z.B. nicht in einer staubigen Umgebung. Auch können Fingerabdrücke bzw. Fettablagerungen auf dem Band den optischen Sensor stören. Dagegen sind magnetische Sensoren unempfindlich. Zudem müssen die Abstände zwischen Sensor und Band im Gegensatz zum optischen Prinzip nicht so gering sein; Abstände von bis zu 1,3mm bei Absolutsensoren und bis zu 20mm bei Inkrementalsensoren sind unproblematisch. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus ihrer kleinen Bauweise. Bis zur Platinenlösung sind verschiedene Baugrößen möglich; ebenso wie individuelle Steckerausführungen oder Einbau in ein kundenspezifisches Gehäuse. Wenn es die Systemgenauigkeit also nicht unbedingt erfordert, sind magnetische Sensoren die passende Wahl. Nicht zuletzt sind sie auch preisgünstiger als optische Sensoren. Neben der Abwägung zwischen optischen und magnetischen Sensoren stellt sich auch die Frage nach dem Messverfahren. Gängig ist das inkrementale Verfahren: Ein Magnetband ist regelmäßig mit Nord- und Südpolen kodiert. Ein Sensorkopf, in dem Sensorelemente sitzen, fährt in einem definierten Abstand über dem Band entlang und liest die Magnetfelder aus. Dabei wird intern hochgezählt. Bei der Absolutsensorik handelt es sich um ein Zweispurband, d.h. auf der einen Seite befindet sich eine inkrementale Spur, während die andere Spur absolut kodiert ist. Auf einer bestimmten Länge des Bands kommt diese Kodierung also nur einziges Mal vor. Von Vorteil ist, dass der Sensor so stets genau weiß, an welcher Position er sich befindet. Im Falle eines Stromausfalls muss beim inkrementellen Verfahren dagegen eine Referenzfahrt durchgeführt werden, um den Sensor wieder auf einen bestimmten Referenzpunkt zu bringen, der dann an die Steuerung zurückgemeldet wird. Um diesen Prozessschritt zu vermeiden, kann eine Batterie als Back-up-Lösung installiert werden, die bei Stromausfällen anspringt. In vielen Bereichen der Medizin- und Analysetechnik ist dies als Sicherheitsvorkehrung unerlässlich. Mit der absoluten Sensortechnik lässt sich diese Problematik jedoch vollständig umgehen.
Sensoren im Pipettierroboter
Wie ein solcher Einsatz in der Analysetechnik aussehen kann, zeigt sich am Beispiel einer Pipettieranlage, die mit magnetischer Messtechnik ausgestattet wurde. Sie sind mit Linearmotoren zur Positionierung der einzelnen Achsen ausgestattet. Es gibt drei Achsen, auf denen sich der Roboter in allen drei Raumdimensionen bewegt. Die Überwachung der Motorsteuerung erfolgt durch magnetische Absolutsensoren. Diese geben ein Positionsfeedback an die Steuereinheit zurück. Hier konnte man flexibel auf die Kundenwünsche reagieren, da zwei Achsen bereits mit kundeneigenen Magnetsensoren bestückt wurden und Siko nur die entsprechenden Magnetbänder mit einer Spezialcodierung geliefert hat. Die Längsachse wiederum verfügt über einen Sensor mit entsprechendem Magnetband. Dabei mussten auch die engen Platzverhältnisse berücksichtigt werden. Man entschied sich für eine Platinenlösung, d.h. es wurde nur die Platine des Sensors mit den Sensorelementen darauf direkt in das Gehäuse des Kunden eingebaut. Positiver Nebeneffekt der abgespeckten Sensorvariante: eine Kostenreduktion für den Anwender. Ein weiterer Bereich in der Analysetechnik, in der Siko Sensoren zum Einsatz kommen, sind Zentrifugeneinheiten. Diese sind beispielsweise als Probensammler für DNA-Analysen beliebt. Die Kapillarröhrchen mit den DNA-Proben müssen bis zu 10µm genau positioniert werden, um sie mit einem Spektrometer zu analysieren. Es werden mehrere Temperaturzyklen bis zu 95°C gefahren. Eine genaue Position der Probenröhrchen ist wichtig, damit man bei der Messung mit dem Spektrometer kein Rauschen auf Kurve hat. Mit einem Magnetring und in der Regel einem Inkrementalsensor kann im 360°-Winkel die genaue Position bestimmt werden. Die Inkrementalsensoren zeigen ihre Stärke dabei in der kleinen Bauform, der Möglichkeit der Innen- oder Außenabtastung sowie einer hohen Verfahrgeschwindigkeit und einer Vielzahl von möglichen Auflösungen.
