Thermische Verfahrenstechnik (Fach) / 10. Vorlesung: Sensortechnik (Lektion)
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Diese Lektion wurde von MiriWieni erstellt.
- Def Messen vergleichen mit einem Normal und abzählen, wie oft Normaleinheit in der zu messenden Größe enthalten ist
- Messen 4 Sinne -Vorgänge quantifizieren, die für Mensch nicht direkt wahrnehmbar -Vorgänge messen, die für Mensch zu schnell/ zu langsam sind -Größen quantifizieren, für die Sinne nicht fein genug -automatische Prozessregelung
- Sensoren und Aktoren Regelkreis -reale Welt => nichtelektrische Größe -Sensor => elektrisches Signal -physikalische Welt => elektrisches Signal -Aktor => Steuerung Stoff- und Energiefluss
- Signalverarbeitendes System 3 Elemente -Eingabe: Mensch, Umwelt, Sensorik -Informationsverarbeitung, Signalaufbereitung, Signalverarbeitung -Ausgabe: Aktoren wirken auf Prozess; Anzeigeelemente für Mensch
- Was macht ein Sensor? Er wandelt eine physikalische Information in ein elektrisches Signal um
- Anforderungen an Sensoren 5 -lineare Umwandlung -Empfindlichkeit -geringe Temperaturabhängigkeit und Temperaturwechselfähigkeit, großer Temperaturbereich -Überbelastbarkeit, Korrosionsfreiheit -Zuverlässigkeit, geringe Störbelastung
- Aufbau eines Sensors -Messwertaufnehmer -Anpassverstärker, Signalumformer -Messsignalübertragung -Analysegerät
- physikalische Sensoreffekte und Beispiele mechanisch zb piezoelektrisch magnetisch zb Hall-Effekt thermisch zb thermoelektrischer Effekt Strahlung zb Photowiderstands-Effekt chemisch und biologisch zb gassensitiver Effekt
- aktive Messfühler -Energieumwandler -formen zu messende Größe direkt in elektrisches Signal um
- Beispiele aktive Messfühler -elektromagnetische Sensoren -aktiv und kapazitiv -piezoelektrisch -Thermoelemente -Fotoelemente -PH-Sonden
- passive Messfühler -Impedanzwandler -zu messende physikalische Größe verändert eine impedanz R, L, C oder Kombi
- Beispiele passive Messfühler 5 -Ohmsche Widerstandssensoren -Dehnungsmessstreifen -temperaturabh. Widerstände -Feldplatte -passive induktive und kapazitive Sensoren
- wichtigste Messgrößen Industrie -D: direkte Messung möglich -X: zu messende physikalische Größe zuerst mechanisch, dann in elektrisch -K: Messfühler Teil komplexes Messystem
- Messgrößen -elektromagnetischer Fühler -kapazitiver Fühler -direkt: Winkelgeschwindigkeit -X. Geschwindigkeit u. Schall -direkt Schallintensität
- Messgrößen -piezoelektrisch -Thermoelement -direkt: dynamische Kraft X: dynamisches GW, dynamischer Druck, Moment, Schallintensität -direkt: Temperatur -indirekt: IR-Strahlung
- Messgrößen -Fotoelement -pH-Sonde -indirekt Beleuchtungsstärke -direkt: Ionenkonzentration
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- Messgrößen -piezoelektrisch -Thermoelement -direkt: dynamische Kraft X: dynamisches GW, dynamischer Druck, Moment, Schallintensität -direkt: Temperatur -indirekt: IR-Strahlung
- Messgrößen -elektromagnetischer Fühler -kapazitiver Fühler -direkt: Winkelgeschwindigkeit -X. Geschwindigkeit u. Schall -direkt Schallintensität
- Messgrößen -elektromagnetischer Fühler -kapazitiver Fühler -direkt: Winkelgeschwindigkeit -X. Geschwindigkeit u. Schall -direkt Schallintensität
- elektromagnetisches Prinzip -Dauermagnet erzeugt magnetischen Fluss -magnetischer Fluss verändert sich, wenn Abstand verändert wird -keine statische Weg-Messung -U = N* Flussänderung pro Zeit N Windungszahl
- elektrodynamisches Prinzip Formel -Flussstärke ist konstant -für Induktion Spannung Bewegung Spule -keine statische Weg-Zeit Messung U = B*l*v*N B: Induktion l: Länge v. Geschwindigkeit N: Windungszahl
- aktive kapazitive Sensoren -Kondensator 2 Platten def. Abstand -Teil Dielektrikum, Teil Elektret -Lösung dauernd vorhanden ohne Spannung -obere Platte bewegt sich sodass x sich verändert
- piezoelektrischer Effekt Prinzip Wechselwirkungen zwischen elektrischen Größen mit mechanischen Größen in Festkörpern
- Aufbau Piezokristall, Ablauf Einheitszelle Quarzkristall aus positiv geladenen Silzium und negativ geladenen Sauerstoffatomen Verformung durch Kraft F => Ladungsverschiebung
- piezoelektrischer Messwerteaufnahme Metallfolie an Quarz oben und unten => Messung Ladungsänderung die Wegänderung ist proportional zur Ladungsänderung
- Formel piezoelektrischer MW-Aufnehmer ð = E * ε E-Modul mal Dehnung F/A = E * Längenänderung
- Thermoelement -Energieumwandler -wenn zwei verschiedene Metalle eine Kontaktstelle -Je heißer, desto höher ist gemessene Spannung -Messung Temperaturdifferenz
- Dehnungsmessstreifen -Messart -Aufbau -was sieht man -Ohmscher Widerstandsmesser -eine üm dicke Schicht Legierung auf dünne Kunststofffolie -Ätzprozess Mäenderbahnen -Aufkleben Streifen auf Messobjekt => Veränderung Länge zur Veränderung Widerstand
- Zusammenhang Temperatur und Widerstand jeder Widerstand ist temperaturabhängig
- 3 Arten Widerstände -NTC sehr stark negativer Temperaturkoeffizient -PTC sehr stark positiver Temperaturkoeffizient -Metallwiderstand Platin
- Warmwiderstand Formel Rw = Ro (1 + alpha * T)
- Feldplatten -Def -Zusammenhang Polarität -Bereich -magnetisch steuerbarer Widerstand -Widerstand unabhängig von Polarität des Feldes -ohmscher bis GHz-Bereich, schlechte Linearität
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- passive induktive Sensoren Wann verändert sich Induktivität? Induktivität verändert sich mit -Veränderung Luftspalt -Verschiebung Kern -Permeabilität des Kerns
- 3 Arten von passiven induktiven Sensoren -Querankersensor: Erfassung sehr kleiner Wege 0-1 mm -Tauchankersensor: Wege bis 0,5 m -Wirbelstromsensor: Schichtdickenmessung bei elektrisch leitfähigen Materialien
- passiver kapazitiver Sensor Prinzip Leitterbahnen greifen ineinander und bilden Kapazität => elektrisches Streufeld -Wasser auf Fläche => Kapazitätszunahme
- Kapazität C C = ε0 * εr * A / d Eo elektrische Feldkonstante Er relative Dielektrizitätskonstante A Fläche d: Abstand