Definition und Bedeutung:
Linearität ist ein Qualitätsmerkmal von Sensoren, Messsystemen oder Aktoren und beschreibt, wie gut das Ausgangssignal (oder die Reaktion) proportional zu einer Änderung des Eingangssignals (oder der physikalischen Größe) ist. Im Idealfall ist die Kennlinie (die Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße) eine gerade Linie. Die Linearität ist ein Maß für die Abweichung von diesem idealen linearen Verhalten.
Eine hohe Linearität bedeutet, dass eine gleiche Änderung des Eingangssignals immer zu einer gleich großen Änderung des Ausgangssignals führt, über den gesamten Messbereich hinweg.
Relevanz in der Automatisierungstechnik:
Die Linearität ist entscheidend für die Präzision und Zuverlässigkeit von Mess-, Steuer- und Regelungsprozessen:
- Sensoren: Ein linearer Temperatursensor (z.B. Pt100) liefert ein Ausgangssignal, das direkt proportional zur Temperatur ist. Bei nicht-linearen Sensoren (z.B. Thermoelemente) muss die Nicht-Linearität im SPS-Programm kompensiert werden, was den Programmieraufwand erhöht.
- Messsysteme: Eine hohe Linearität ist wichtig für die genaue Erfassung von Prozesswerten wie Druck, Füllstand oder Durchfluss.
- Aktoren: Bei Proportionalventilen oder Frequenzumrichtern bedeutet eine gute Linearität, dass eine proportionale Änderung des Steuersignals zu einer proportionalen Änderung der Stellgröße führt.
- Regelungstechnik: Regler (insbesondere PID-Regler) funktionieren am besten mit linearen Regelstrecken. Nicht-Linearitäten erschweren die Regelung und können die Regelgüte oder Stabilität beeinträchtigen.
- Kalibrierung: Bei der Kalibrierung wird auch die Linearität eines Sensors überprüft.
Vorteile einer hohen Linearität:
- Einfachere Skalierung: Die Umrechnung von Rohwerten in physikalische Einheiten wird einfacher und präziser.
- Genauere Messungen: Erhöht die Messgenauigkeit über den gesamten Bereich.
- Einfachere Regelung: Vereinfacht das Design und die Parametrierung von Reglern.
- Bessere Qualität: Führt zu präziseren Prozesskontrollen und damit zu höherer Produktqualität.
Die Linearität wird oft als Prozentsatz vom Messbereichsendwert oder als Prozentsatz vom Messwert angegeben.
→ Siehe auch: Messgenauigkeit, Sensor, Messumformer, Regelgüte, Skalierung, Kalibrierung
