Leck


Sascha Gaubatz
Diese Lernkarten bieten eine grundlegende Einführung in die Sensortechnik, mit Fokus auf Prinzipien, Funktionsweisen und Anwendungen verschiedener Sensoren. Sie erläutern Begriffe wie DMS, Magnetfeld und Spannung, skizzieren Messprinzipien und beschreiben Systeme wie Lichtschranken und Drehgeber. Ideal für Elektrotechnik-Interessierte, die die Grundlagen der Sensorik verstehen möchten.
Flashcards
61
Students
3
Language
German
Created / Updated
17.01.2013 / 15.03.2021

Lernkarten

 

Einfache Inkrementalgeber können Prinzip bedingt keine Richtungsinforma-‐ tionen ausgeben. Durch welche Erweiterung kann ein Richtungssignal erzeugt werden? Skizzieren und erklären Sie das Prinzip!

 

• Hier bei handelt es sich um das Doppelblendsystem. o Es werden zwei verschiedene Phasen erzeugt.

 

Was unterscheidet einen Drehgeber von einem Absolut-‐Drehgeber? Wie funk-‐ tioniert letzterer?

 

• Der Drehgeber muss immer wieder eine Referenzfahrt ausführen.   • Der Absolut-‐Drehgeber ist dagegen Volloptisch   o Bei diesem ist jeder Winkelposition ein eindeutig definierter Positions-‐ wert zugeordnet.   o Die Abtastung erfolgt verschleißfrei über optische Elemente.   o Das Licht einer Infrarot-‐Diode durchstrahlt eine drehbare Codescheibe aus Glas und eine feststehende Blende, ähnlich wie bei den Inkremen-‐ talsensoren.   o Dahinter entsteht eine definiertes Hell-‐/Dunkelmuster, das von einem op-‐ tischen Array in elektrische Signale umgewandelt wird.

 

Erläutern Sie das Prinzip eines DMS. Geben Sie die Bestimmungsgleichung für den Widerstand R an. Welche physikalische Größe bestimmt im wesentlichen die Widerstandänderung a) beim Metall-‐DMS, b) beim HL-‐DMS? Wie heißt der Proportionalitätsfaktor, welcher zwischen ΔR/R ~ ΔI/I vermittelt? Nennen Sie typische Werte!

 

• Bestimmungsgleichung für: R= (L/A)*P= (4L/d^2*PI)*P   • Von der Längenänderung (spezifischer Widerstand des Materials) • Der Proportionalitätsfaktor heißt k (Empfindlichkeitsfaktor)   o Bei Metall-‐DMS bei ca. 2   o Bei HL-‐DMS bei ca. ± 100

 

Welches Trägermaterial wird bei DMS-‐Folien eingesetzt?

 

• Kapton – Polyimid

 

Geben Sie typische Werte für übliche Nennwiderstände an!

 

• Draht-‐DMS: 120Ω, 600Ω   • Folien-‐DMS: 120Ω, 300Ω, 350Ω, 600Ω   • HL-‐DMS: 120Ω, 600Ω

 

Was versteht man im Zusammenhang mit der Applikation von DMS unter „Kriechen“?

 

• Der DMS wird mit Kunststoff aufgeklebt. • Der Kunststoff relaxiert langsam zurück in seine Ausgangsposition.   • Das nennt man Kriechen.   • Wichtig bei statischen und quasistatischen Messungen.

 

Welche „Kleb“-‐Systeme sind bei hohen Arbeitstemperaturen im Bereich >600°C zur Applikation von z.B. Freigitter-‐DMS auf Metalloberflächen geeig-‐ net?

 

• Keramische Kitte o z.B. Zementmasse

 

Was versteht man unter einer Viertel-‐ und einer Halbbrücke? Geben Sie die jeweils prinzipiell erreichbaren maximalen Empfindlichkeiten an! (Ursa-‐ che/Wirkungsprinzip)

 

• Der grundlegende Unterschied ist:   o Eine Viertelbrücke arbeitet mit einem Sensor   o Eine Halbbrücke arbeitet mit zwei Sensoren   • Sensoren immer gegenüber liegend anordnen, um max. Potenzialunterschied zu erreichen.

 

Skizzieren Sie die Applikation eines aktiven DMS und eines Temperatur-‐ Kompensations-‐DMS auf einem Biegebalken. Geben Sie die zugehörige Brü-‐ ckenschaltung mit Betriebs-‐ und Signalspannungen an. Ordnen Sie die Lagen der Brückenglieder denen der Applikationsskizze zu!

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Wie lassen sich Torsionskräfte mittels DMS messen? Skizzieren Sie eine ent-‐ sprechende Anordnung auf einer Welle!

 

• DMS die auf 45° zur Welle orientiert sind.  

 

Skizzieren Sie das Prinzip einer einfachen Druckmessdose mit DMS!

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Was versteht man unter einer „seismischen Masse“? Bei der Bestimmung wel-‐ cher Messgröße tritt dieser Begriff auf? Wie funktioniert das Gesamtmess-‐ prinzip?

 

• Die seismische Masse ist die Grund-‐(Trägheits-‐)masse an einem piezoelektri-‐ schen Sensor.   • Der eine Teil der zum Piezoscheibe ist mit der seismischen Masse verbunden. Der andere Teil mit einem starren Träger.   • Wird diese Kombination nun in Schwingung versetzt, so wirkt über die seismi-‐ sche Masse eine Kraft auf die Piezoscheibe.   • Durch den piezoelektrischen Effekt entsteht an den Elektronen eine Ladung, die proportional zur Kraft und damit auch zum Druck oder der Beschleunigung ist.

 

Nennen Sie drei physikalische Effekte, welche zur Temperaturbestimmung genutzt werden!

 

• Widerstandsänderungen in Metall   • Widerstandsänderungen in Halbleitern   • Widerstandsänderungen in Thermo-‐Elementen

 

Skizzieren Sie den prinzipiellen Verlauf R(T) eines Platinwiderstandes Pt100. Geben Sie die Werte für T=0°C im Diagramm an!

 

• Pt100 à 100Ω bei 0°C • In erster Näherung linearer Verlauf

 

Der Temperaturkoeffizient eines Pt100-‐Messfühlers beträgt α = 0,00385 K-‐1! Berechnen Sie den Widerstand bei 500°C!

 

• R(ϑ)=R0(1+αΔT)   • R(ϑ)=100Ω(1+0.00385 K-‐1 500°C)=292,5 Ω

 

Skizzieren Sie den prinzipiellen Verlauf R(T) eines typischen Kaltleiters (PTC)! Bei welcher charakteristischen Temperatur (Begriff nicht Wert!) än-‐ dert sich sein Verhalten „sprunghaft“?

 

• Bei der Curietemperatur

 

Zwischen den offenen Enden eines Thermopaares entsteht bereits eine tem-‐ peraturabhängige Spannung. Warum legt man zur Temperaturmessung ge-‐ wöhnlich ein weiteres identisches Thermopaar in Reihe? Welche zusätzlichen Maßnahmen werden damit für eine Temperaturmessung erforderlich?

 

• Es wird ein zweites Thermoelement benötigt um die Spannung am Ausgang auf 0°C zu beziehen. Bei einem Thermopaar wird in den beiden Leitern unterschied-‐ liches Material verwendet, dadurch kommt es zu einer nicht proportionalen Spannung am Ausgang.   • Durch das zweite Element wird die Spannung proportional zur Temperatur!

 

Geben Sie einen ungefähren Wert für typische „Thermokräfte“ eines Ther-‐ mopaares in Volt/Kelvin an!

 

Kelvin an! • Bei ca. 30μV/K

 

Beschreiben Sie die prinzipiellen Unterschiede zwischen einem klassischen Stromwandler und einem Allstromsensor!

 

• Allstromsensoren arbeiten mit Gleichstrom   • Klassische Stromwandler arbeiten mit Wechselstrom

 

Durch welche Maßnahme wird erreicht, dass der Zusammenhang zwischen Primärstrom und Magnetfeld in einem möglichst weiten Bereich linear bleibt?

 

• Es ist ein Luftspalt und weichmagnetisches Material erforderlich, um den Mag-‐ netkreis bei Aufmagnetisierung jenseits des Sättigungsbereiches zu betreiben und damit einen linearen Zusammenhang zwischen Magnetfeld und Primärstrom zu erhalten.

 

Skizzieren Sie das Messprinzip eines Kompensations-‐Stromsensors.

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