WING - Sensoren und Aktoren

Wasserschallsensor. Wandelt Wasserschall in elektrische Spannung um.  

Zur Unterwasserkommunikation und für die Unterwasserortung

Detektion von Kavitation

Hydrophon

Mikrofon

Physikalische Einteilung der Schallfrequenzbereiche:

• Infraschall: <16 Hz (niedere Frequenz, für Menschen noch nicht hörbar)

• Hörschall: 16 Hz...20 kHz (mittlere Frequenz, für Menschen hörbarer Schall)

• Ultraschall: 20 kHz...1 GHz (hohe Frequenz, für Menschen nicht mehr hörbar)

• Hyperschall: >1 GHz...10 THz (höchste Frequenz, Grenze zur Wärmeschwingung

Schalldruck

Schallwellen verursachen Druckschwankungen im Schallübertragungsmedium.

Die Schallsensorik ist ingenieurwissenschaftlich gesehen ein Teilgebiet der «Technischen Akustik», diese wiederum ein Teilgebiet der «Technischen Gasdynamik».

MA: Pyrometer erfassen die Stahlungsthermometrie und können damit Informationen über die Oberflächentemperatur liefern.

Sie sind Infrarot-Thermometer und erfassen die Oberflächentemperatur.

Das Haupteinsatzgebiet der Strahlungsthermometrie liegt dort, wo die einfachere und preisgünstigere Kontaktthermometrie nicht eingesetzt werden kann.

Solche Gebiete sind z.B. die Messung außerhalb eines Temperaturerfassungsbereiches der Kontaktthermometrie (T < 200 °C), Messungen an bewegten Teilen (z.B. Walzstraßen) oder Messungen in extrem kurzen Zeiten (z.B. Induktionsheizungen).

Diese Methode basiert auf dem Prinzip, dass jedes Objekt mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt (0 Kelvin) elektromagnetische Strahlung abgibt, die als Wärmestrahlung oder Infrarotstrahlung bezeichnet wird.

Strahlungsthermometer bestimmen die Temperatur von Objekten aus der von diesen Objekten aufgrund ihrer Temperatur ausgesandten elektromagnetischen Strahlung.

Eine Thermospannung kann nur dann gemessen werden, wenn für die Messleitung ein anderes Material verwendet wird als für den Thermodraht. Erst dann kann eine temperaturabhängige Spannungsdifferenz gemessen werden, da sich die Elektronen unterschiedlich verschieben.x

Es sind aktive Sensoren, geben also eine Spannungsdifferenz aus.

Allgemein: Um thermisch bedingte Schwankungen in den Zuleitungswiderständen zu kompensieren. Soll die Messung über eine weite Distanz erfolgen (hoher Widerstand der Messleitungen), wird eine 4-Draht-Messschaltung benötigt.

2-Leiter-Messschaltung

Bei kurzen Zuleitungen und bei nur kleinen Temperaturschwankungen im Bereich der Zuleitungen oder bei im Vergleich zu den Zuleitungswiderständen hochohmigen Messwiderständen genügt die sog. 2-LeiterMessschaltung.

3-Leiter-Messschaltung

Die 3-Leiter-Messschaltung eliminiert durch die exakte Einstellung der beiden Kalibrierwiderstände Rj die thermisch bedingten Schwankungen in den Zuleitungswiderständen.

4-Leiter-Messschaltung

Die 4-Leiter-Messschaltung ermöglicht die Messung der Temperatur mit nur sehr geringen Messabweichungen über sehr große Entfernungen.

Zwei Drähte aus unterschiedlichem Material, die an einem Ende zusammen verbunden sind. (SEEBECK)

Kupferdraht mit Voltmeter an heissem Ende bzw. am kalten Ende (BENEDICKS)

Vorteile: Deutlich grösserer Temperaturbereich, bessere Linearität, höhere Genauigkeit

Nachteile: teurer, empfindlicher (Vibrationen, mechanische Einflüsse), längere Ansprechzeit

Ni 100: Widerstandwert von Nickel bei 0 Grad beträgt 100 Ohm

Pt1000: Widerstandswert von Platin bei 0 Grad beträgt 1000Ohm

Der Verlauf des Widerstandsdrahtes.

Nickel und Platin

Kupfer (Thermoelektrik, BENEDICKS-Effekt), NiCr / NiAl (SEEBECK-Effekt)

Durch steigende Temperatur erhöht bzw. verringert sich der elektrische Widerstand, bzw. es gibt eine Ladungsverschiebung

• Metallwiderstandsthermometer (thermoresistiver Metallelementarsensor),
• Thermoelemente (thermoelektrischer Elementarsensor)

Der Temperaturelementarsensor steht mit dem zu messenden Objekt direkt in Kontakt.

CMOS-Sensoren

CCD = Charged-Coupled-Devices (Kette von Kondensatoren)

CMOS = Complementary metal-oxide-semiconductor (Halbleitersensor für Lichtmessung)

• Tonfilmtechnik
• Detektoren für IR bis UV, Röntgen- sowie Gammastrahlen
• Photodioden (Helligkeitsmessung, Dämmerschalter, Flammwächter)
• Lichtschranken
• Füllstandsensoren
• Fernbedienungsempfänger
• Drehzahlsensorik

innerer photoelektrischer Effekt

Der diesem Elementarsensor zugrunde liegende Sensoreffekt ist der innere photoelektrische Effekt. Der Elementarsensor kann auch für den Einsatz im UV- und IR-Bereich realisiert werden.

Der Photowiderstand ist ein sperrschichtfreies Halbleiterbauelement mit einem Widerstandskörper aus Halbleitermischkristallen, dessen Widerstand bei Beleuchtung abnimmt, da die Elektronen vom Leitungsband ins Valenzband gehoben werden, den Widerstandskörper jedoch nicht verlassen können.

Position Sensitive Detector

• Kraft
• Druck
• Drehmoment
• Beschleunigung
• Strömungsmessung
• Schwingungen

Für die Umwandlung eines Messsignals in ein elektrisches Messsignal wird keine externe elektrische Energie benötigt. 

Longitudinal: Mechanische Kraft erwirkt eine Verkleinerung in Kraftrichtung. Dadurch nähern sich die 02-Ionen an die Platte 1 an und die Si4+-Ionen an die Platte 2 an. Durch diese Ladungsverschiebung werden die metallisierten Flächen des Quarzes durch Influenz elektrisch geladen.

Transversal: Wirkt auf den Quarz eine mechanische Kraft F, so wird er in Kraftrichtung verkürzt. Dadurch entfernen sich die O2-Ionen von Platte 1 und die Si4+-Ionen von Platte 2. Diese Verschiebung erzeugt eine Ladungstrennung und somit eine elektrische Spannung im Material.

• Natürliche Kristalle
• Synthetische Kristalle
• Piezokeramik
• Piezofolie
• MOSFET

Auf dem Piezoelektirschen Pirnzip: Eine mechanische Druckkraft wird ausgeübt auf einen Kristall, welche eine elektrische Polarisation aufgrund der Verschiebung der Ladungsschwerpunkte ergibt.

• Wegmessung
• Druck
• Füllstand
• Drehzahl

• Kapazitiver Differentialwegaufnehmer (Wegfeinmessung)
• Kapazitiver Druckaufnehmer
• Kapazitiver Füllstandaufnehmer
• Kapazitiver Näherungsschalter

• Plattenabstand
• Plattenfläche
• Änderung der Dielektrizitätskonstante