Sensor- / Messtechnik
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Sensor- / Messtechnik
Beschreiben Sie den Aufbau eines Mantelthermoelementes oder geben Sie eine Skizze.
Zählen Sie die drei wichtigsten Vorteile und zwei wichtigsten Nachteile des Mantelthermoelementes auf.
Vorteile:
- kleine Gesamtabmessungen, grosse Flexibilität,
- ausserordentlich robust
- Mantelthermoelemente sind sehr gut gegen Oxidation und Reduktion geschützt
- kleine Thermoelemente haben kleinste Ansprechzeiten
Nachteile:
- Thermoelemente sind nicht so genau wie Platin-Widerstandsfühler
- Die Thermospannungen sind sehr klein und deshalb heikel in der Verstärkung
Ein Platinfühler hat einen Eigenerwärmungskoeffizienten von 5 m W/°C in ruhender Luft. Wie gross darf der Messstrom bei einem 100 Ω Fühler bei 0 °C sein, damit der Fehler durch die Eigenerwärmung unter 0,3% bleibt?
Das Niveau 0 ... 40 cm. in einer Waschmaschine wird über eine Druckmessung geregelt, in welchem Druckbereich arbeitet man hier?
0 … 40 mbar
Welche drei unterschiedlichen Arten von Druckmessungen unterscheidet man?
Relativdruckmessung: Es wird der Druck bezüglich des atmosphärischen Umgebungsdrucks gemessen. Der Sensor hat nur einen Druckanschluss, der Umgebungsdruck strömt über ein winzig kleines Loch zur Gegenseite derDruckmembrane.
Differenzdruckmessung: Es wird der Differenzdruck zwischen zwei Druckanschlüssen gemessen.
Absolutdruckmessung: Es wird der Druck bezüglich Vakuum gemessen. Der Referenzdruck hinter der Membrane beträgt 0 bar.
Beschreiben Sie kurz den Aufbau eines piezoresistiven Drucksensors.
Bei einem piezoresistiven Drucksensor besteht die Membrane aus Metall oder direkt aus Silizium. Vier DMS in Form einer Vollbrücke sind so auf der Membrane montiert, dass zwei von ihnen bei Druckzunahme eine Dehnung und die andren zwei eine Stauchung erfahren. Die Brückenspannung ist dabei proportional zur Dehnung der Membran und diese wiederum proportional zum Druck.
Metall-Dünnfilm-DMS Drucksensoren sind sehr teuer, welche Eigenschaften sind aber besonders herausragend gut?
Sie haben ein exzellentes Temperaturverhalten bezüglich Nullpunkt und Ausgangsspanne sowie eine hervorragende Langzeitstabilität, Überdrucksicherheit und eine kleine Hysterese.
Beschreiben Sie die Funktionsweise eines piezoelektrischen Drucksensors.
Beim piezolektrischen Sensor wird ein Quarz durch eine Kraft deformiert. Dabei kann an bestimmten Flächen des Quarzes eine Ladung entnommen werden, die proportional zur Kraft, dem Druck bzw. der Beschleunigung ist.
Was sind die besonderen Eigenschaften des piezoelektrischen Drucksensors?
Der piezoelektrische Sensor ist noch bei Temperaturen von 260 °C (Turmalin) einsetzbar. Er weist eine hervorragende Linearität und eine exzellente Langzeitstabilität auf. Er kann aber keine statischen Grössen erfassen, sondern nur eine sich ändernde Grösse; er ist nur für dynamische Messungen geeignet.
Nennen Sie typische genormte analoge Signalbereiche.
0 ... 10V
0 ... ±10V
0 ... 20mA
0 ... ±20 mA
4 ... 20mA
usw.
Wo werden piezoelektrische Drucksensoren eingesetzt?
Zur Druckmessung in Zylindern bei Benzin- und Dieselmotoren, zur Druckregelung beim Kunststoffspritzen, für Beschleunigungsmessungen und für allgemeine dynamische Kraftmessungen.
Wie funktioniert der kapazitive Beschleunigungssensor?
Beim kapazitiven Beschleunigungssensor bewegt sich eine mikromechanisch gefertigte Masse zwischen zwei äusseren Elektroden als Folge der Beschleunigung. Dabei erhöht sich auf der einen Seite die Kapazität (kleinerer Abstand), auf der anderen Seite erniedrigt sich die Kapazität. In einer speziellen Brückenschaltung lässt sich die Kapazitätsänderung auswerten. Dieser Sensor kann im Gegensatz zu den piezoelektrischen Beschleunigungssensoren auch eine statische Beschleunigung messen!
Potentiometer zur Positionsregelung werden zunehmend von welchen Gebern verdrängt?
Inkrementalgeber
Wie funktioniert der induktive Wegaufnehmer?
Beim induktiven Wegaufnehmer wird die Dämpfung des Schwingkreises als Folge einer Annäherung einer metallischen Platte oder Zahnrad an den Sensor analog ausgewertet. Es kann in einem kleinen Messbereich mit hoher Auflösung recht genau berührungslos ein Abstand erfasst werden.
Was zeichnet den induktiven Wegaufnehmer besonders aus?
Er ist recht preisgünstig, viel billiger als optische Systeme, er ist sehr robust und praktisch verschmutzungsunempfindlich.
Erklären Sie so kurz wie möglich die Funktionsweise eines Inkrementalgebers?
Eine Infrarot-LED leuchtet durch ein Gitter und die Inkrementalgeber-Strichspur auf eine bis drei Fotozellen. Jede Fotozelle erzeugt einen der Lichtstärke proportionalen Sinusstrom, der mittels eines Komparators in ein Rechtecksignal verwandelt wird und auf die Ausgangsschaltung führt.
Inkrementalgeber haben meistens zwei Ausgänge mit zwei Pulsfolgen, wofür?
Damit die Drehrichtung erkannt werden kann, sind zwei Pulsfolgen nötig, die um 1/4 Periode verschoben sind. Aus der Anzahl Pulse pro Sekunde kann auf die Drehzahl, aus der Phasenlage der Pulsfolgen auf die Drehrichtung geschlossen werden.
Erklären Sie die Funktionsweise der Vierfachfachauflösung beim Inkrementalgeber.
Bei der Impulsvervierfachung wird jede Flanke der Pulsfolge A und B ausgewertet.
Was ist der Unterschied vom Inkremental- zum Absolutdrehgeber?
Ein Inkrementalgeber erzeugt Pulse proportional zum Drehwinkel. Diese Pulse führen auf einen Spezialzähler, der seinen Zählerstand bei Spannungsausfall verliert. Ein Absolutdrehgeber hat 7 ... 13 Spuren nach dem Graycode auf dem Umfang und liefert einen Zahlenwert, der nach Aufstart der Speisung eindeutig dem momentan aktuellen Drehwinkel entspricht.
Was zeichnet den Graycode aus?
Den Graycode zeichnet die Tatsache aus, dass er einschrittig ist. Bei keinem Übergang, auch nicht beim Nulldurchgang, ändert sich mehr als eine Flanke, egal wieviel Spuren da sind. Der Graycode lässt sich relativ einfach soft- oder hardwaremässig in einen Binärcode umwandeln.
Was heisst Messen?
Messen heisst vergleichen mit einem Normal und abzählen, wie oft die Normaleinheit in der zu messenden Grösse enthalten ist.
Wie geschieht die Messung einer nichtelektrischen physikalischen Grösse grundsätzlich?
Es ist ein Messfühler da, der mittels eines geeigneten physikalischen Prinzips die nichtelektrische Grösse in ein elektrisches Signal mit oder ohne Hilfsenergie umformt.
Was ist ein aktiver, was ein passiver Messfühler?
Ein passiver Messfühler ist ein Impedanzwandler. Die physikalische Grösse verändert eine Impedanz; es ist Hilfsenergie nötig. Der aktive Messfühler ist ein Energiewandler: Er formt die nichtelektrische physikalische Energie direkt in elektrische um, wobei die Energie dem Medium entnommen wird.
Zählen Sie die wichtigsten aktiven und passiven Sensorelemente auf.
Aktive:
Elektromagnetischer und elektrodynamischer, kapazitiver, piezoelektrischer Fühler,
Thermoelement, Fotoelement, pH-Sonde
Passive: Potentiometer, DMS, PT100, PTC, NTC, Feldplatte, induktiver und kapazitiver
Fühler.
Zeichnen Sie einen Schnitt durch einen zylindrischen induktiven Sensor. Beschriften Sie die wichtigsten Komponenten und skizzieren Sie den Feldlinienverlauf.
Erklären Sie kurz die Funktionsweise des induktiven Sensors. Auf was für Materialien
mit welchem Effekt spricht er an?
Eine Spule, die Teil eines Oszillators ist, erzeugt ein magnetisches Streufeld. Kommt ein
metallisches Objekt in dieses Streufeld, werden Wirbelströme induziert; diese sind um so
stärker, je näher das Objekt der Spule kommt. Im Objekt wird eine elektrische Leistung
umgesetzt, die dem Oszillator entnommen wird und dessen Güte Q absinken lässt. Im
einfachsten Fall ist das Schaltkriterium da, wenn die Schwingung wegen zu kleinem Q
abbricht.
Wie kann ein induktiver Sensor ohne Einstellpotentiometer auf den Normalabstand
justiert werden.
Besteht keine elektrische Justierung mittels Poti beim induktiven Sensor, muss durch
mechanische Justierung der Schaltpunkt eingestellt werden.
Was für Schaltabstände sind mit dem induktiven Sensor erreichbar?
Die Schaltabstände beim induktiven Sensor entsprechen zirka dem halben
Spulendurchmesser.
Es gibt einen Nennschaltabstand sn und einen Arbeitsschaltabstand sa. Was bedeutet
dies?
Der Nennschaltabstand sn wird beim Hersteller bei einer bestimmten Umgebungstemperatur
und Speisung des Sensors und bei einem Norm-Objektmaterial justiert. Der
Arbeitsschaltabstand ist derjenige Abstand, der garantiert wird, sofern die Temperatur und
die Speisung im zugelassenen Bereich sind. Im Extremfall ist für sa 81 % von sn zu erwarten,
sofern das gleiche Norm-Material verwendet wird.
Der Nennschaltabstand sn gilt beim induktiven Sensor für St37. Was kann man sagen
bei der Verwendung von Messing, Aluminium oder Kupfer?
Bei Messing gegenüber St37 verringert sich sn auf 55%, bei Aluminium auf 40% bei Kupfer
auf 32%.
Geben sie die Abstände für bündig und nicht bündig einbaubare induktive Sensoren.
Geben Sie die wichtigsten Vor- und Nachteile des induktiven Sensors an.
Vorteile:
- Auch grösste Verschmutzung von nichtmetallischem Material hat keinen Einfluss auf die Schaltgenauigkeit; dazu gehören Staub, wässrige und organische Lösungen aller Art. Metallspäne haben erst dann einen Einfluss, wenn sie gehäuft auftreten.
- In Zweileitertechnik herstellbar, da Stromverbrauch sehr gering.
- Induktive Sensoren sind preisgünstiger als optische.
Nachteile:
- Er kann nur Metalle und Graphit detektieren.
- Im Gegensatz zum optischen Sensor lassen sich nur kleine Objektdistanzen realisieren.
Wo liegt der Haupteinsatz des induktiven Sensors. Nennen Sie mindestens drei
praktische Beispiele.
- Bei Handling-Maschinen aller Art
- Robotik-Anwendungen
- Als Zählgeber bei widrigen Verhältnissen
- Als Endschalter in Hydraulik-Zylindern
Zeichnen Sie einen Schnitt durch einen zylindrischen kapazitiven Sensor. Beschriften Sie die wichtigsten Komponenten und skizzieren Sie den Feldlinienverlauf.
Von der Elektrode S gehen die Feldlinien zur Masse-Elektrode M. Die Elektrode K hat die Aufgabe, den Einfluss von Tau und weiteren Materialien, die direkt auf der Oberfläche aufliegen, zu kompensieren.
Erklären Sie die Funktionsweise des kapazitiven Sensors. Auf welche Materialien mit welchem Effekt spricht er an?
Kommt ein nichtmetallisches Objekt ins elektrische Feld, vergrössert sich εr, dadurch vergrössert sich die Streukapazität Cs. Cs ist Teil eines Schwingkreises, der dann schwingt, wenn Cs einen einstellbaren, kritischen Wert überschreitet. Bei einem metallischen Objekt verkleinert sich der Feldlinienweg und somit hat dies auch eine Vergrösserung von Cs zur Folge. Bei metallischen Objekten kann die Empfindlichkeit noch gesteigert werden, wenn diese leitend mit der Masse M des Sensors verbunden ist.
Ist der kapazitive Sensor justierbar auf eine bestimmte Ansprechdistanz?
Ja, mittels eines Potentiometer wird die Gegenkopplung so justiert, dass bei einer bestimmten Objektdistanz der Sensor anspricht
Geben Sie die Erfassungsdistanz eines kapazitiven Sensors als M12- und M30-Typ.
Bei einem M12-Sensor sind zirka 4mm, bei einem M18 zirka 8mm und bei einem M30 zirka 15 mm bei bündigem Einbau. Bei nichtbündigem Einbau sind beim M30 bis zu 30 mm erreichbar.
Welche Temperaturfühler spielen heute in der industriellen Temperaturmessung die wichtigste Rolle?
Platin- und Nickelsensoren als Vertreter der Widerstandsfühler und Thermoelemente als aktive Fühler.
Welcher Temperaturfühler liefert die genausten Werte und dient als Referenz?
Die genausten Werte sind mit einem Platinfühler zu erreichen.
Was für einer Kurve beschreibt der Widerstand eines Platinfühlers über einen grösseren Temperaturbereich?
Der Platinwiderstand beschreibt in einem grösseren Temperaturbereich ein Polynom 3. Grades.
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Was heisst Messen?
Messen heisst vergleichen mit einem Normal und abzählen, wie oft die Normaleinheit in der zu messenden Grösse enthalten ist.
Wie geschieht die Messung einer nichtelektrischen physikalischen Grösse grundsätzlich?
Es ist ein Messfühler da, der mittels eines geeigneten physikalischen Prinzips die nichtelektrische Grösse in ein elektrisches Signal mit oder ohne Hilfsenergie umformt.
Was ist ein aktiver, was ein passiver Messfühler?
Ein passiver Messfühler ist ein Impedanzwandler. Die physikalische Grösse verändert eine Impedanz; es ist Hilfsenergie nötig. Der aktive Messfühler ist ein Energiewandler: Er formt die nichtelektrische physikalische Energie direkt in elektrische um, wobei die Energie dem Medium entnommen wird.
Zählen Sie die wichtigsten aktiven und passiven Sensorelemente auf.
Aktive:
Elektromagnetischer und elektrodynamischer, kapazitiver, piezoelektrischer Fühler,
Thermoelement, Fotoelement, pH-Sonde
Passive: Potentiometer, DMS, PT100, PTC, NTC, Feldplatte, induktiver und kapazitiver
Fühler.
Zeichnen Sie einen Schnitt durch einen zylindrischen induktiven Sensor. Beschriften Sie die wichtigsten Komponenten und skizzieren Sie den Feldlinienverlauf.
Erklären Sie kurz die Funktionsweise des induktiven Sensors. Auf was für Materialien
mit welchem Effekt spricht er an?
Eine Spule, die Teil eines Oszillators ist, erzeugt ein magnetisches Streufeld. Kommt ein
metallisches Objekt in dieses Streufeld, werden Wirbelströme induziert; diese sind um so
stärker, je näher das Objekt der Spule kommt. Im Objekt wird eine elektrische Leistung
umgesetzt, die dem Oszillator entnommen wird und dessen Güte Q absinken lässt. Im
einfachsten Fall ist das Schaltkriterium da, wenn die Schwingung wegen zu kleinem Q
abbricht.
Wie kann ein induktiver Sensor ohne Einstellpotentiometer auf den Normalabstand
justiert werden.
Besteht keine elektrische Justierung mittels Poti beim induktiven Sensor, muss durch
mechanische Justierung der Schaltpunkt eingestellt werden.
Was für Schaltabstände sind mit dem induktiven Sensor erreichbar?
Die Schaltabstände beim induktiven Sensor entsprechen zirka dem halben
Spulendurchmesser.
Es gibt einen Nennschaltabstand sn und einen Arbeitsschaltabstand sa. Was bedeutet
dies?
Der Nennschaltabstand sn wird beim Hersteller bei einer bestimmten Umgebungstemperatur
und Speisung des Sensors und bei einem Norm-Objektmaterial justiert. Der
Arbeitsschaltabstand ist derjenige Abstand, der garantiert wird, sofern die Temperatur und
die Speisung im zugelassenen Bereich sind. Im Extremfall ist für sa 81 % von sn zu erwarten,
sofern das gleiche Norm-Material verwendet wird.
Der Nennschaltabstand sn gilt beim induktiven Sensor für St37. Was kann man sagen
bei der Verwendung von Messing, Aluminium oder Kupfer?
Bei Messing gegenüber St37 verringert sich sn auf 55%, bei Aluminium auf 40% bei Kupfer
auf 32%.
Geben sie die Abstände für bündig und nicht bündig einbaubare induktive Sensoren.
Geben Sie die wichtigsten Vor- und Nachteile des induktiven Sensors an.
Vorteile:
- Auch grösste Verschmutzung von nichtmetallischem Material hat keinen Einfluss auf die Schaltgenauigkeit; dazu gehören Staub, wässrige und organische Lösungen aller Art. Metallspäne haben erst dann einen Einfluss, wenn sie gehäuft auftreten.
- In Zweileitertechnik herstellbar, da Stromverbrauch sehr gering.
- Induktive Sensoren sind preisgünstiger als optische.
Nachteile:
- Er kann nur Metalle und Graphit detektieren.
- Im Gegensatz zum optischen Sensor lassen sich nur kleine Objektdistanzen realisieren.
Wo liegt der Haupteinsatz des induktiven Sensors. Nennen Sie mindestens drei
praktische Beispiele.
- Bei Handling-Maschinen aller Art
- Robotik-Anwendungen
- Als Zählgeber bei widrigen Verhältnissen
- Als Endschalter in Hydraulik-Zylindern
Zeichnen Sie einen Schnitt durch einen zylindrischen kapazitiven Sensor. Beschriften Sie die wichtigsten Komponenten und skizzieren Sie den Feldlinienverlauf.
Von der Elektrode S gehen die Feldlinien zur Masse-Elektrode M. Die Elektrode K hat die Aufgabe, den Einfluss von Tau und weiteren Materialien, die direkt auf der Oberfläche aufliegen, zu kompensieren.
Erklären Sie die Funktionsweise des kapazitiven Sensors. Auf welche Materialien mit welchem Effekt spricht er an?
Kommt ein nichtmetallisches Objekt ins elektrische Feld, vergrössert sich εr, dadurch vergrössert sich die Streukapazität Cs. Cs ist Teil eines Schwingkreises, der dann schwingt, wenn Cs einen einstellbaren, kritischen Wert überschreitet. Bei einem metallischen Objekt verkleinert sich der Feldlinienweg und somit hat dies auch eine Vergrösserung von Cs zur Folge. Bei metallischen Objekten kann die Empfindlichkeit noch gesteigert werden, wenn diese leitend mit der Masse M des Sensors verbunden ist.
Ist der kapazitive Sensor justierbar auf eine bestimmte Ansprechdistanz?
Ja, mittels eines Potentiometer wird die Gegenkopplung so justiert, dass bei einer bestimmten Objektdistanz der Sensor anspricht
Geben Sie die Erfassungsdistanz eines kapazitiven Sensors als M12- und M30-Typ.
Bei einem M12-Sensor sind zirka 4mm, bei einem M18 zirka 8mm und bei einem M30 zirka 15 mm bei bündigem Einbau. Bei nichtbündigem Einbau sind beim M30 bis zu 30 mm erreichbar.
Welche Temperaturfühler spielen heute in der industriellen Temperaturmessung die wichtigste Rolle?
Platin- und Nickelsensoren als Vertreter der Widerstandsfühler und Thermoelemente als aktive Fühler.
Welcher Temperaturfühler liefert die genausten Werte und dient als Referenz?
Die genausten Werte sind mit einem Platinfühler zu erreichen.
Was für einer Kurve beschreibt der Widerstand eines Platinfühlers über einen grösseren Temperaturbereich?
Der Platinwiderstand beschreibt in einem grösseren Temperaturbereich ein Polynom 3. Grades.
Mit welchem Fehler muss man rechnen, wenn man mit der einfachen, linearisierten Formel beim Platinfühler im Temperaturbereich von 0 ... 150 °C rechnet?
Im Bereich von 0 „. 150 °C ist mit einer linearen Formel beim Platinfühler mit einer Abweichung unter 0,3 % zu rechnen.
Was gilt es zu beachten, wenn mit der Zweileitertechnik und Konstantstromquelle der Widerstand des Platinfühlers erfasst wird?
Dass der Leitungswiderstand berücksichtigt wird durch Abgleich desselben (geht nur bei einer bestimmten Umgebungstemperatur) bei der Auswertung.
Wie kann der Einfluss des Leitungswiderstands bei der Zweileitertechnik zur Eifassung des Platinwiderstandes reduziert werden?
Der Einfluss des Leitungswiderstandes lässt sich bei der Zweileitertechnik um Faktor 10 reduzieren, wenn anstelle eines Pt100 ein Pt1000 eingesetzt wird. Oder Vierleitertechnik
Wie funktioniert die Vierleitertechnik bei der Eifassung des Platinwiderstandes? Auf was muss man bei der Verdrahtung achten?
Bei der Vierleitertechnik wird der Spannungsabfall über dem Platinwiderstand mit zwei separaten Leitungen (Vierleitertechnik) hochohmig gemessen. Durch die hochohmige Messung spielt der Leitungswiderstand keine Rolle. Die zwei Drähte der Messleitungen sind zu verdrillen und die beiden anderen ebenfalls und keinesfalls zu mischen.
Beschreiben Sie den Effekt «Eigenerwärmung» bei Widerstandsfühlern!
Der Widerstand des Platinfühlers wird über das ohmsche Gesetz gemessen. Es wird ein Konstantstrom durch den Fühler geschickt und der Spannungsabfall über dem Fühler gemessen. Weil der Strom konstant ist, ist der Spannungsabfall proportional zum Fühlerwiderstand. Der Strom heizt aber den Fühlerwiderstand auf und täuscht so eine zu hohe Temperatur vor. Für eine hohe Empfindlichkeit sollte der Strom gross sein, für eine geringe Eigenerwärmung sollte dieser klein sein.
Bei Temperatursonden bzw. -Fühlern wird häufig von der Zeitkonstante gesprochen.
Was ist darunter zu verstehen?
Zeitkonstante: Diejenige Zeit, die der Fühler bei einer schlagartigen Temperaturerhöhung braucht, bis er 63 % des Endwertes erreicht hat.
Zählen Sie die drei wichtigsten Vorteile und die zwei wichtigsten Nachteile des Platinfühlers auf.
Vorteile:
- Grosser Temperaturbereich: 200 -. 700 °C
- Hohe Empfindlichkeit
- Bis 150 °C gute Linearität
- Sehr gute Langzeitstabilität
- Systemkosten wegen der einfachen Zuleitungstechnik geringer als bei Thermoelementen
Nachteile:
- Relativ grosse Zeitkonstanten
- Keine punktförmige Messung möglich
- Eigenerwärmung durch Messstrom heikel
- Relativ teuer
Was ist ein Thermoelement und wie ist es aufgebaut?
Ein Thermoelement besteht aus zwei unterschiedlichen metallischen Drahtschenkeln, wobei auf einer Seite die Berührungsstelle beider Schenkel die Messstelle darstellt. Am anderen Ende der Drahtschenkel entsteht eine Messspannung, die proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der Messstelle und dem Anschluss des Voltmeters ist.
Was ist die besondere Eigenschaft der Thermospannung bzw. was ist zu beachten, wenn eine Thermospannung gemessen wird?
Die Spannung ist sehr klein (m V-Bereich) und man muss aufpassen, dass andere Effekte die kleine Messspannung nicht verfälschen. Zweitens kann nur eine Temperaturdifferenz gemessen werden, dies bedeutet, dass man mit anderen Mitteln die Temperatur der Klemmenstelle bei der Auswertung erfassen und verrechnen muss.
In welchem Temperaturbereich kann man mit Thermoelementen messen? Zählen Sie zwei Typen auf und bezeichnen Sie die Schenkelmaterialien.
Wichtige Thermoelemente:
- J billig: F e-CuNi Rollenmaterial
- S teuer: PtRh-Pt für hohe Temperaturen
Beschreiben Sie den Aufbau eines Mantelthermoelementes oder geben Sie eine Skizze.
Zählen Sie die drei wichtigsten Vorteile und zwei wichtigsten Nachteile des Mantelthermoelementes auf.
Vorteile:
- kleine Gesamtabmessungen, grosse Flexibilität,
- ausserordentlich robust
- Mantelthermoelemente sind sehr gut gegen Oxidation und Reduktion geschützt
- kleine Thermoelemente haben kleinste Ansprechzeiten
Nachteile:
- Thermoelemente sind nicht so genau wie Platin-Widerstandsfühler
- Die Thermospannungen sind sehr klein und deshalb heikel in der Verstärkung
Ein Platinfühler hat einen Eigenerwärmungskoeffizienten von 5 m W/°C in ruhender Luft. Wie gross darf der Messstrom bei einem 100 Ω Fühler bei 0 °C sein, damit der Fehler durch die Eigenerwärmung unter 0,3% bleibt?
Das Niveau 0 ... 40 cm. in einer Waschmaschine wird über eine Druckmessung geregelt, in welchem Druckbereich arbeitet man hier?
0 … 40 mbar
Welche drei unterschiedlichen Arten von Druckmessungen unterscheidet man?
Relativdruckmessung: Es wird der Druck bezüglich des atmosphärischen Umgebungsdrucks gemessen. Der Sensor hat nur einen Druckanschluss, der Umgebungsdruck strömt über ein winzig kleines Loch zur Gegenseite derDruckmembrane.
Differenzdruckmessung: Es wird der Differenzdruck zwischen zwei Druckanschlüssen gemessen.
Absolutdruckmessung: Es wird der Druck bezüglich Vakuum gemessen. Der Referenzdruck hinter der Membrane beträgt 0 bar.
Beschreiben Sie kurz den Aufbau eines piezoresistiven Drucksensors.
Bei einem piezoresistiven Drucksensor besteht die Membrane aus Metall oder direkt aus Silizium. Vier DMS in Form einer Vollbrücke sind so auf der Membrane montiert, dass zwei von ihnen bei Druckzunahme eine Dehnung und die andren zwei eine Stauchung erfahren. Die Brückenspannung ist dabei proportional zur Dehnung der Membran und diese wiederum proportional zum Druck.
Metall-Dünnfilm-DMS Drucksensoren sind sehr teuer, welche Eigenschaften sind aber besonders herausragend gut?
Sie haben ein exzellentes Temperaturverhalten bezüglich Nullpunkt und Ausgangsspanne sowie eine hervorragende Langzeitstabilität, Überdrucksicherheit und eine kleine Hysterese.
Beschreiben Sie die Funktionsweise eines piezoelektrischen Drucksensors.
Beim piezolektrischen Sensor wird ein Quarz durch eine Kraft deformiert. Dabei kann an bestimmten Flächen des Quarzes eine Ladung entnommen werden, die proportional zur Kraft, dem Druck bzw. der Beschleunigung ist.
Was sind die besonderen Eigenschaften des piezoelektrischen Drucksensors?
Der piezoelektrische Sensor ist noch bei Temperaturen von 260 °C (Turmalin) einsetzbar. Er weist eine hervorragende Linearität und eine exzellente Langzeitstabilität auf. Er kann aber keine statischen Grössen erfassen, sondern nur eine sich ändernde Grösse; er ist nur für dynamische Messungen geeignet.
Nennen Sie typische genormte analoge Signalbereiche.
0 ... 10V
0 ... ±10V
0 ... 20mA
0 ... ±20 mA
4 ... 20mA
usw.
