Sensoren - HTL Wien 10
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MESSTECHNIK KOMPENDIUM <strong>Sensoren</strong> Berufskolleg Olsberg 2004/2005<br />
<strong>Sensoren</strong><br />
ein Kompendium der Klasse PF3A<br />
am Berufsskolleg Olsberg 2004/2005<br />
Lehrer: Diether Schnelle<br />
Messtechnik Kompendium - <strong>Sensoren</strong>
MESSTECHNIK KOMPENDIUM <strong>Sensoren</strong> Berufskolleg Olsberg 2004/2005<br />
Agenda<br />
Autoren Thema Seite<br />
Lachenicht / Pithan Drehwinkel- / Drehzahlsensoren 1-4<br />
Beule / Babilon Thermoelemente 5-7<br />
Keßler / Meier Halbleiter-Temperatursensoren 8-13<br />
Lauenroth / Hellwig / Brüne Differenzialdrossel 14-15<br />
Böhmer / Hein / Abou-El-Elle Längenmesssensoren 16-21<br />
Sommerfeld / Wodera Kapazitive Füllstandssensoren 22-25<br />
Müller / Ortmüller Annäherungssensoren 26-29<br />
Wolf Metallische Dehnungssensoren 30-46<br />
Schmitt / Wegener Metallische Temperatursensoren 47-53<br />
Frisch / Mündelein Beleuchtungsstärke-<strong>Sensoren</strong> 53-57<br />
Messtechnik Kompendium - <strong>Sensoren</strong>
MESSTECHNIK KOMPENDIUM <strong>Sensoren</strong> Berufskolleg Olsberg 2004/2005<br />
Drehgeber - Drehwinkelsensoren<br />
Anwendungsbeispiele<br />
- Positionsmeldungen an Servosystemen<br />
- Neigungswaagen<br />
- Nocken- und Drosselklappenstellungen<br />
- Pendelwalzenregler<br />
- Faden- und Bandspannungsmessung<br />
- Fräßmaschienen<br />
Funktionsweise<br />
Man unterscheidet hier<br />
hauptsächlich zwei Arten:<br />
- Inkrementaldrehgeber<br />
- Absolutdrehgeber<br />
Inkrementale Drehgeber<br />
In der einfachsten Variante als<br />
einkanalige Drehgeber dienen<br />
diese <strong>Sensoren</strong> z. B. zur<br />
Drehzahl- und Winkelmessung.<br />
Die lichtundurchlässigen Striche<br />
auf der Scheibe unterbrechenden<br />
Lichtstrom zwischen LED und<br />
Fotoempfänger, was zu einer<br />
Veränderung des Empfängerausgangssignales<br />
führt. Dieses<br />
elektrische Signal wird in ein<br />
Rechtecksignal<br />
Einkanal Dreheber (inkemental)<br />
umgeformt.<br />
Einkanalige Drehgeber zählen Impulse (Inkremente),<br />
erkennen aber weder die Richtung der Bewegung noch<br />
die absolute Position der Scheibe. Will man zusätzlich<br />
die Richtung der Drehbewegung erfassen, benötigt<br />
man dazu einen zweikanaligen Drehgeber, der mit<br />
einem zweiten, um 90° elektrisch versetzten<br />
Fotoempfänger ausgerüstet ist. Wegen der<br />
Phasenverschiebung zwischen den Signalen kann die<br />
Drehrichtung ermittelt werden. Zweikanalige Drehgeber<br />
zählen Impulse und erkennen die Drehrichtung, nicht<br />
jedoch die absolute Position der Scheibe. Sie eignen<br />
sich beispielsweise für Positionieraufgaben. Erst mit einem dritten Kanal lässt sich<br />
auch die absolute Position der Scheibe bestimmen. Dreikanalige Drehgeber<br />
verfügen zu diesem Zweck über einen separaten optischen Sensor, der eine<br />
Einzelmarkierung auf der Scheibe abtastet und als Referenzsignal (auch Indexsignal)<br />
nutzt. Damit ist ein Nullimpuls vorhanden, der einmal pro Umdrehung auftritt.<br />
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Absolutdrehgeber<br />
Auf der Scheibe eines<br />
Absolutdrehgebers sind mehrere<br />
Spuren mit Gitterlinien bzw. Flächen<br />
konzentrisch angeordnet. Für jedes<br />
radiale Segment der Scheibe existiert<br />
dadurch ein charakteristisches<br />
Strichmuster, das einer absolut<br />
definierten Lage der Scheibe<br />
entspricht. Dieses Muster wird parallel<br />
ausgelesen und ergibt diskrete<br />
Zahlenwerte, die jeweils einer exakten<br />
Winkelposition entsprechen. Anders als<br />
beim inkrementalen Geber, erkennt der<br />
Absolutdrehgeber immer die absolute<br />
Position der Scheibe – auch wenn die<br />
Versorgungsspannung unterbrochen<br />
und die Welle währenddessen bewegt wurde. Bei solchen <strong>Sensoren</strong> sind bei der<br />
Wiederinbetriebnahme also keine Refernzfahrten erforderlich. Die Auflösung eines<br />
Absolutdrehgebers hängt von der Zahl der konzentrischen Spuren auf der Scheibe<br />
ab: Jede Spur entspricht einem Bit. Da die Spuren die Fläche der Scheibe<br />
unterteilen, spricht man bei Absolutdrehgebern von Teilungen. Aktuell werden bis zu<br />
19 Bit (also 19 Spuren) Teilung realisiert. Um den Verkabelungsaufwand zu<br />
begrenzen, kann man bei Absolutdrehgebern serielle Datenformate (RS 232, RS<br />
422, SSI u. a.) wählen. Die Signalwandlung erfolgt geräteintern, entweder durch eine<br />
Hardware-Logikschaltung oder einen Mikroprozessor.<br />
Absolutdrehgeber arbeiten nicht mit dem<br />
natürlichen Binär Code, der EDV-technisch<br />
einfach zu verarbeiten ist, bei der optischen<br />
Abtastung kann es jedoch zu Lesefehlern<br />
kommen. Es kann vorkommen, dass die<br />
Bitwechsel mehrerer Spuren nicht exakt<br />
zeitsynchron erfolgen (Glitch) und somit eine<br />
falsche Positionszuordnung erfolgen kann.<br />
Absolutdrehgeber arbeiten mit Gray Code. Der<br />
Gray Code ist ein einschrittiger Code, bei dem<br />
gewährleistet ist, dass sich von Position zu<br />
Position jeweils nur 1 Bit ändert. Dies führt zu<br />
einer zuverlässigen Abtastung des Codes und<br />
somit der Positionen.<br />
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Drehgeber auf Hall-Efekt Basis<br />
Zur Messung von Winkelpositionen und Drehbewegungen lässt sich der Halle-<br />
Effekt benutzen, in dem man einen Permanentmagneten in Abhängigkeit zu<br />
dem zu messenden Winkel vor dem Hall-Element dreht. Es entsteht dann eine<br />
sinus-förmige Ausgangsspannung. Da dieses Signal nach jeweils 90° aber<br />
mehrdeutig ausgewertet werden kann, werden in den Winkelsensoren zwei um<br />
90° versetzte Hall-Elemente in einem Baustein eingesetzt.<br />
Durch Quadrantenauswertung wird die Winkelposition des Magneten eindeutig<br />
ermittelt. Über eine nachfolgende Interpolation kann jeder Winkel innerhalb<br />
eines Vollkreises bis auf rund 260000 Schritte aufgelöst werden.<br />
Quellenangaben<br />
www.twk.de , www.haidenhein.de , www.kuebler.com<br />
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Thermoelemente<br />
Ein Thermoelement ist ein aktives Bauteil, welches eine Spannung erzeugt.<br />
Die Anordnung von zwei verschiedenen Metalldrähten nennt man<br />
Thermoelement:<br />
- Es diffundieren Elektronen aus dem Metall (1) mit der kleineren<br />
Austrittsarbeit in das Metall (2) mit der größeren Austrittsarbeit.<br />
- Das hat zur Folge das Metall (1) negativ geladen und Metall (2) positiv<br />
ist.<br />
An den beiden offnen Drahtenden entsteht ein Potentialdifferenz ,die<br />
Kontaktspannung, welche sehr klein ist (<strong>10</strong> -4 bis <strong>10</strong> -5 ).<br />
Diese Kontaktspannung (Thermospannung) ist abhängig von:<br />
- der Temperaturdifferenz der Kontaktstelle T 1 und den Drahtenden T 0<br />
- den Materialien der beiden Metalle (der Empfindlichkeit/Thermokraft)<br />
Empfindlichkeit:<br />
∆U<br />
η = ⎯⎯<br />
∆T<br />
→ Dieser Effekt wird thermoelektrischer oder Seebackeffekt genannt.<br />
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Thermoelektrische Spannungsreihe(Seebeckkoeffizienten):<br />
Material Sb Fe Zn Cu Ag Pb Al Pl Ali Bi<br />
η in<br />
µV/K<br />
+35 +16 +3 +2,8 +2,7 0 -0,5 -3,1 -19 -70<br />
Die durch eine Temperaturdifferenz entstehende Thermospannung ist von der<br />
Materialpaarung abhängig:<br />
Beispiel:<br />
η = Fe– Al<br />
η = 16 µV/K – (-0,5µV/K)<br />
η = 16,5 µV/K<br />
Die Empfindlichkeit dieses Thermoelementes würde 16,5 µV/K betragen.<br />
Verbindet man die Enden der beiden Drähte, dann fließt bei unterschiedlicher<br />
Temperatur der Kontaktstelle ein Thermostrom. Die Energie für diesen Strom<br />
wird der Wärmequelle entzogen. Die entstehenden Ströme liegen in der<br />
Größenordnung von 40A.<br />
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Messung der Spannung:<br />
- Um die Empfindlichkeit zu erhöhen kann man mehrere Thermoelement<br />
zu einer Thermosäule hintereinander schalten.<br />
- Mit Thermoelementen können Temperaturen von –200 °C bis 2000°C<br />
gemessen werden.<br />
- Bei der Messung wird nicht die absolute, sondern die Temperaturdifferenz<br />
zwischen den Drahtenden und der Kontaktstelle gemessen. (Die<br />
Bezugstemperatur T 0 kann durch Eiswasser leicht auf 0°C gelegt werden.)<br />
Bei der Temperaturmessung werden zwei Thermoelemente verwendet, die<br />
entgegengesetzt geschaltet sind:<br />
Thermospannung:<br />
U 0 = T 0 * η<br />
U 1 = T 1 * η<br />
- U 1 + U 0 + U TH = 0<br />
U TH = U 1 + U 0<br />
U TH = T 1 * η + T 0 * η<br />
U Th = η * (T 1 – T 0 )<br />
Die entstehende Thermospannung ist in einem bestimmten Bereich proportional<br />
zur Temperatur.<br />
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Temperatursensoren<br />
Halbleitertemperatursensoren wie der Silizium<br />
Temperatursensor KTY<br />
Inhaltsverzeichnis<br />
•Was sind passive Temperatursensoren?<br />
•Vor- und Nachteile zwischen Metall- und Halbleiter-Temperatursensor<br />
•Der Aufbau eines Silizium-Temperatursensors<br />
•Der Aufbau eines symmetrischen Silizium-Temperatursensors<br />
•Anwendungen der Halbleiter-Temperatursensoren<br />
•Beispiel eines Halbleiter-Temperatursensors der KTY<br />
•Tabelle der Widerstandsänderung des KTY<strong>10</strong>-6 bei Temperaturänderung<br />
•Diagram zur Widerstandsänderung des KTY-6<br />
•Linearitätsfehler<br />
•Schaltung zur Messung der Spannung am KTY<br />
•Diagramm zur Linearisierung eines KTY<br />
•Probleme des KTY<br />
•Diagramm zur Linearitätsfehler des KTY<br />
•Mathematische Formel für den Widerstand bei Erwärmung<br />
Was sind passive Temperatursensoren?<br />
Passive Temperatursensoren sind <strong>Sensoren</strong> welche bei einer Temperaturänderung keine<br />
direkte messbare Spannung ausgeben sonder z.B. ihren Widerstand ändern.<br />
Es gibt zwei verschiedene Arten von diesen widerstandsändernden<br />
Temperatursensoren Metall- und Halbleiter-Temperatursensoren<br />
Bei den Metall-Temperatursensoren wird die Widerstandsänderung mancher Metalle<br />
z.B. Platin und Nickel<br />
Bei den Halbleiter-Temperatursensoren wird die Widerstandsänderung von dem<br />
Halbleitermaterial Silizium und Germanium ausgenutzt.<br />
In der Industrie wird vorwiegend Silizium benutzt weil es höhere Temperaturen<br />
aushält und belastbarer ist.<br />
Wenn nun durch einen Temperaturabhängigen Widerstand ein konstanter Strom fliest,<br />
kann die Spannungsänderung bei Temperaturänderung gemessen werden.<br />
Vor- und Nachteile zwischen Metall- und Halbleiter-<br />
Temperatursensor<br />
Metall-Temperatursensoren<br />
Ihre Vorteile:<br />
•fast Linearität<br />
•Langzeitstabilität<br />
•Hohe Herstellungskosten<br />
Halbleiter-Temperatursensor<br />
Ihre Nachteile:<br />
Ihre Vorteile:<br />
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•Geringe Herstellungskosten<br />
•Exemplarstreuungen<br />
Ihre Nachteile<br />
•Linearität nur bedingt möglich<br />
Der Aufbau eines Silizium-TemperatursensorsDer Strom fließt, je<br />
nach wärme durch einen von der gestrichelten Linie<br />
Der Ausbreitungswiderstand zwischen den beiden Kontaktflächen wird zur Temperaturbestimmung<br />
benutzt.<br />
Der Aufbau eines symmetrischen Silizium-<br />
TemperatursensorsDurch diesen Aufbau, der fast ausschließlich zu finden ist,<br />
wird der Ausbreitungswiderstand linearer und Richtungs-unabhängig.<br />
Anwendungen der Halbleiter-Temperatursensoren<br />
Der Hauptanwendungsbereich der Silizium-<strong>Sensoren</strong> liegen in der<br />
Temperaturmessung und der Grenzwertüberwachung im Bereich der<br />
•industriellen Messtechnik / Motorschutz<br />
•Kraftfahrzeugtechnik<br />
•Medizinelektronik<br />
Beispiel eines Halbleiter-Temperatursensor der KTY<br />
KTY-<strong>Sensoren</strong><br />
Der Sensor KTY ist ein Silizium- Temperatursensor.<br />
Er hat die Eigenschaften eines PTC, d.h.<br />
bei Temperaturzunahme steigt sein Widerstandswert .<br />
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TYP R bei T<br />
KTY 1890<br />
ol<br />
KTY 19<strong>10</strong> 1<br />
KTY 1940 1
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Im Gegensatz zu den PTC's weisen<br />
sie eine annähernd lineare<br />
Temperaturcharakteristik auf. Ihr<br />
Widerstandsverhalten ist<br />
vergleichbar mit dem eines<br />
Messwiderstands mit sehr großem<br />
Temperaturkoeffizienten<br />
Tabelle die Widerstandsänderung des KTY<strong>10</strong>-6 bei<br />
Temperaturänderung<br />
T in °C R in W T in °C R in W T in °C R in W T in °C R in W<br />
-50 <strong>10</strong>40,51 0 1645,27 50 2389,69 <strong>10</strong>0 3273,76<br />
-45 <strong>10</strong>94,7 5 1713,43 55 2471,81 <strong>10</strong>5 3369,85<br />
-40 1150,29 <strong>10</strong> 1782,98 60 2555,33 1<strong>10</strong> 3467,33<br />
-35 1207,27 15 1853,93 65 2640,24 115 3566,21<br />
-30 1265,65 20 1926,28 70 2726,56 120 3666,49<br />
-25 1325,43 25 2000,02 75 2814,26 125 3768,16<br />
-20 1386,61 30 2075,16 80 2903,37<br />
-15 1449,18 35 2151,7 85 2993,87<br />
-<strong>10</strong> 1513,14 40 2229,63 90 3085,77<br />
-5 1578,51 45 2308,96 95 3179,07<br />
Diagram zur Widerstandsänderung des KTY-6<br />
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Widerstandsänderung des KTY<strong>10</strong>-6 bei unterschiedlichen Temperaturen<br />
4000<br />
W<br />
i<br />
d<br />
e<br />
r<br />
s<br />
t<br />
a<br />
n<br />
d<br />
3500<br />
3000<br />
2500<br />
2000<br />
1500<br />
<strong>10</strong>00<br />
500<br />
0<br />
-50 -40 -30 -20 -<strong>10</strong> 0 <strong>10</strong> 20 30 40 50 60 70 80 90 <strong>10</strong>0 1<strong>10</strong> 120 130<br />
Temperatur<br />
Widerstandsänderung<br />
Linearitätsfehler:<br />
Quelle: http://www.sprut.de/electronic/temeratur/temp.htm<br />
Der Widerstand ändert sich aber leider bei hohen Temperatur stärker als bei niedrigen<br />
Temperaturen, da der Temperaturkoeffizient den PTC temperaturabhängig ist.<br />
Dem läßt sich entgegenwirken, wenn man keine Konstantstromquelle verwendet, sondern den<br />
PTC durch einen einfachen 2,7kOhm-Widerstand (Metallschicht , TK=25) aus der 5V-<br />
Betriebsspannung speist. Der Strom durch die in Reihe geschalteten Widerstände ist nun vom<br />
Widerstand des PTC und damit von der Temperatur abhängig. Bei hohen Temperaturen ist<br />
der Strom etwas kleiner, und der Spannungsabfall über dem PTC ist dadurch etwas geringer<br />
als bei Konstantstrom.<br />
Das gleicht die Unlinearität fast genau aus. Im Bereich von -40°C ... +140°C scheint der<br />
Sensor nun linear zu sein. Der verbleibende Linearitäts-Restfehler liegt bei +- <strong>10</strong> mV, also<br />
etwa +- 1,25°. Unterhalb 50°C ist die ausgegebene Spannung etwas zu klein, oberhalb aber<br />
etwas zu groß.<br />
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Schaltung zur Messung der Spannung am KTY<br />
Schaltung 1 Schaltung 2<br />
Linearisierung des Signals<br />
Diagramm zur Linearisierung eines KTY<br />
: Spannungsverlauf bei Schaltung 1<br />
: Spannungsverlauf bei Schaltung 2<br />
Probleme des KTY<br />
Probleme dabei: Der KTY ist für einen Strom von 1mA ausgelegt. Niedrigere Ströme sind<br />
wohl unkritisch, aber höhere Ströme können zu stärkerer Eigenerwärmung führen. Mit dem<br />
2,7kOhm-Widerstand an 5V erzeugt der KTY-81 bis zu 2mW Wärme (anstelle der normalen<br />
1mW). Daß läßt eine Eigenerwärmung um zusätzlich 1° erwarten.Dieser Effekt ist<br />
temperaturabhängig, und macht sich erst oberhalb von 50°C bemerkbar. Wenn man den<br />
Sensor nur während der Messung mit Strom versorgt, läßt sich die Eigenerwärmung gänzlich<br />
vermeiden.<br />
Diagramm zur Linearitätsfehler des KTY<br />
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Mathematische Formel für den Widerstand bei<br />
Erwärmung<br />
Mathematische Formel beispielsweise für den Bereich<br />
-30 bis +130 °C (KTY 11-16)<br />
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Induktive <strong>Sensoren</strong> – Differentialdrossel<br />
Um Wegänderungen in Spannungsänderungen umwandeln zu können, bedient man sich einer<br />
Differentialdrossel. Bei diesem Sensor nutzt man den Effekt des Blindwiderstandes von<br />
Spulen im Wechselstromkreis. Der<br />
Blindwiderstand von Spulen kann durch<br />
Beeinflussung der mittleren Feldlinienlänge<br />
verändert werden. Wie man diese<br />
Feldlinienlänge mechanisch verändern kann<br />
zeigt Bild 1.<br />
Die Induktivität L ist definiert als:<br />
N<br />
L =<br />
R<br />
2<br />
M<br />
R M ist der magnetische Widerstand. Er ist ein Maß für die Durchlässigkeit eines Stoffes für<br />
den magnetischen Fluss. R M ist definiert als:<br />
R<br />
l<br />
m<br />
µ<br />
µ<br />
M<br />
0<br />
r<br />
A<br />
lm<br />
=<br />
µ ⋅µ ⋅A<br />
0<br />
r<br />
mittlere Feldlinienlänge<br />
⎛<br />
magn. Feldkonstante ⎜1,256⋅<strong>10</strong><br />
⎝<br />
relative Permeabilität<br />
-6<br />
Vs ⎞<br />
⎟ Am ⎠<br />
Querschnittsfläche des magn. Leiters<br />
Der magnetisch Widerstand setzt sich zusammen aus R M Eisen und R M Luft . Es ergibt sich für<br />
den Gesamtwiderstand:<br />
R<br />
M ges<br />
Fe<br />
= +<br />
Fe<br />
l<br />
2 ⋅ s<br />
µ ⋅µ ⋅A µ ⋅µ ⋅A<br />
0 L 0<br />
Da µ Fe verhältnismäßig groß ist, kann der erste Term vernachlässigt werden. Es ergibt sich<br />
nun die endgültige Formel für die Induktivität:<br />
2<br />
µ<br />
0<br />
⋅A⋅N<br />
L =<br />
2s<br />
Es ergibt sich nun folgende nicht-lineare Abhängigkeit:<br />
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Dieser Verlauf muss linearsistiert werden, um<br />
die Spule sinnvoll zur Wegmessung einsetzen<br />
zu können. Dies lässt sich realisieren, indem<br />
man zwei Spulen in Differentialschaltung<br />
betreibt (Bild 3).<br />
Die in Bild 3 dargestellte Messschaltung hat nun<br />
die Eigenschaft, dass die Wegänderung ∆s<br />
proportional zur Spannungsänderung ∆U ist.<br />
Diese Schaltung ist das grundlegende Prinzip<br />
induktiver Wegsensoren. Man unterscheidet<br />
diese <strong>Sensoren</strong> in zwei Gruppen:<br />
- Wegtaster (mit Rückstellfeder)<br />
- Tauchanker (ohne Rückstellfeder)<br />
Diese Wegsensoren gibt es in den<br />
unterschiedlichsten Größen und Messbereichen.<br />
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Referat Längenmesssensoren<br />
Digitale <strong>Sensoren</strong><br />
Die bisher vorgestellten <strong>Sensoren</strong> lieferten am Ausgang ein analoges<br />
Signal als Abbild der Messgrößen. Der Nährungsschalter bildet die<br />
Ausnahme, da er ein binäres Signal liefert, HIGH and LOW. Dies<br />
entspricht der Schalterfunktion.<br />
Digitale <strong>Sensoren</strong> liefern ein digitales Abbild der Messgrößen.<br />
Das digitale Abbild der Messgrößen kann ein binärer Zustand haben,<br />
oder als Zustandsbeschreibung eines Schalters, eine Menge von<br />
zuordenbaren Impulsen, entstanden durch – oder –Übergänge oder eine<br />
Digitalzahl als Abbild der Messgröße.<br />
Der prinzipielle Aufbau eines digitalen Sensorsystems besteht aus einer<br />
Codierscheibe bzw. Codierlineal und einem Abtastsystem.<br />
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Ein Glasstab, der mit dunklen Strichen versehen ist (siehe oben), wird<br />
durch einen parallelen Lichtstrahl bewegt. Der durch die Hell-Dunkel-<br />
Zonen modulierte Lichtstrahl fällt auf eine Fotodiode. Das<br />
Ausgangssignal der Fotodiode wird entsprechend der Bewegung der<br />
Striche Impulse abgeben. Die Anzahl der Impulse ist nun ein direktes<br />
Abbild der Verschiebung des Strichlineals.<br />
Das Strichlineal ist mit lichtdurchlässigen und nichtdurchlässigen Streifen<br />
versehen. Eine andere Methode besteht darin, reflektierende Streifen auf<br />
dem Strichlineal anzuordnen. Das Abtastverfahren arbeitet dann nach<br />
dem oben gezeigtem Bild.<br />
Def.:<br />
Die Quantisierung des Messsignals wird durch optische Abtastverfahren<br />
eines beweglichen Strichlineals erreicht.<br />
Ein weiteres Verfahren zur Codierung eine Lineals bzw. einer Scheibe<br />
ist das magnetische Verfahren. Zur Abtastung der magnetischen<br />
Markierung werden Hallgeneratoren verwendet. Die magnetischen<br />
Verfahren haben sehr viele Ähnlichkeiten mit den häufiger<br />
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vorkommenden optischen Verfahren. Der große Vorteil hierbei ist die<br />
Verschmutzung am Codierlineal keine Auswirkung auf die Messung hat.<br />
Die am häufigsten benutzte digitale Längen – und Winkelsensoren<br />
arbeiten nach den inkrementalen Messverfahren.<br />
Inkrementales Verfahren:<br />
1. Auf dem Codelineal sind gleichartige Inkremente (Messschritte)<br />
angebracht.<br />
2. Durch Aufzählen der einzelnen Messschritte, wird die Position<br />
ermittelt<br />
3. Inkrementale Messverfahren sind relative Verfahren, weil es keinen<br />
absoluten Bezug gibt.<br />
è Von jeder Stelle kann der Messvorgang neu begonnen werden, ohne<br />
dass man weiß, wo sich die Position absolut befindet.<br />
Definition:<br />
Inkrementale Messverfahren stellen durch Aufzählen der einzelnen<br />
Messschritte die Position relativ zu einem Bezugspunkt fest.<br />
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In folgenden Ausführungsformen kommen industriell gefertigte<br />
inkrementale <strong>Sensoren</strong> vor:<br />
1. Einkanal – Inkrementalsensoren<br />
- Codelineal enthält ausschließlich ein Strichgitter<br />
- abgegebenen Impulse entsprechen der Bewegung des Lineals<br />
Durch Aufzählung wird der jeweilige Abtastewert ermittelt und die<br />
Richtungsermittlung ist hierbei nicht möglich<br />
2. Zweikanal – Inkrementalsensor<br />
- Der Sensor ist ähnlich aufgebaut wie der Einkanal-<br />
Inkrementalsensor. Der besitzt im Gegensatz zu dem Einkanal-<br />
Inkrementalsensor zwei gegeneinander verschobene Abtastsysteme<br />
- Die Verschiebung ist so ausgelegt, dass zwei um 90° versetzte<br />
Impulsfolgen entstehen<br />
- Das direkt an der Fotodiode entstehende Spannungssignal ist fast<br />
dreieckförmig; durch eine Impulsformerstufe wird es zu einem<br />
rechteckförmige Signal umgeformt<br />
a.) Spannungssignal von K1<br />
b.) 90 ° von dem Signal K1 ist K2 versetzt<br />
c.) Frequenzverdopplung mit einer EX – OR - Verknüpfung von K1 und<br />
K2<br />
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è Verdopplung der Frequenz gegenüber den Grundsignal; gegenüber<br />
dem<br />
Einkanal- Inkrementalsensor hat man hier ein System mit doppelter<br />
Auflösung.<br />
Schaltung zur Erkennung des Richtungssinnes????<br />
siehe Bild 3.<strong>10</strong>3 S. 124<br />
è Ein anderer Vorteil des Zweikanal – Inkrementalsensor besteht darin,<br />
dass der<br />
Richtungssinn festgestellt werden kann.<br />
Erklärung der Schaltung:<br />
è Die Schaltung verzögert das Umschalten genau um die versetzten<br />
90°, so dass bei einer Rechtsbewegung Ausgang B immer und bei einer<br />
Linksbewegung A immer auf 1 stehen/ liegen. Bei einer Linearbewegung<br />
zeigt dieses Signal die Bewegungsrichtung und bei einer Drehbewegung<br />
die Drehrichtung.<br />
Dreikanal – Inkrementalsensor<br />
Wie schon oben genannt, hat der inkrementale Sensor den Nachteil,<br />
dass sein gesamtes Messsystem relativ ist. Durch eine Referenzspur mit<br />
einem weiteren optischen System lässt sich dieser Nachteil<br />
kompensieren.<br />
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Das zusätzliche Lineal enthält in gewissen Abständen Referenzmarken,<br />
an denen sich das Gesamtsystem wieder neu orientieren kann. Dazu<br />
müssen diese Referenzmarken einen unverwechselbaren<br />
Strichgittercode aufweisen. Im einfachsten Fall wären dies in Gewissen<br />
abständen der Anzahl entsprechende Striche.<br />
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Kapazitive Füllstandssensoren<br />
Arten der Füllstandssensoren:<br />
elektrische-, optische-, mechanische-, radiometrische- und Ultraschall-<br />
Füllstandssensoren<br />
Anwendungsbereiche<br />
-Sterilisatoren<br />
-Ölstandsmessung<br />
-Treibstoff-Vorrat<br />
-Kondensflüssigkeits Überwachung<br />
-Reinigungsmittel-Vorrat (flüssig oder pulverförmig)<br />
-Maschinenbau, Apparatebau<br />
-Abfüllanlagen<br />
-Lacken<br />
-Granulaten<br />
-Wachse<br />
-Schmelzklebern<br />
-Mühlen<br />
-Mischvorrichtungen<br />
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Prinzipskizze<br />
Formel<br />
C = Er E0 A/d<br />
E0 = 8.8542 <strong>10</strong> -12 As/Vm<br />
Dielektrikumskonstanten<br />
Luft 1<br />
Polyäthylen 2,3<br />
Porzellan 6<br />
Marmor 8,3<br />
Treibstoff/COH 31<br />
Wasser 81<br />
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Funktionsprinzip<br />
Das kapazitive Messverfahren beruht sich auf die Änderung des Füllstandes. Wenn sich der Füllstand<br />
ändert entsteht eine Kapazitätsänderung ?C. Die Messanordnung wird durch den kapazitiven<br />
Füllstandssensor (Standaufnehmer) und der Gegenelektrode (an der Behälterwand) ausgeführt. Die<br />
gemessene Kapazität setzt sich aus der Leerkapazität des leeren Behälter und der Kapazitätsänderung,<br />
die durch die Füllstandsänderung des Messstoffes hervorgerufen wird.<br />
Anwendungsbereich<br />
Das kapazitive Messverfahren wird zur Grenzwerterfassung sowie zur kontinuierlichen Messung<br />
eingesetzt. Es kann für nicht leitende und leitende Flüssigkeit sowie für Schüttgüter eingesetzt werden.<br />
Zur Sicherstellung der Messung muss der Messstoff eine Mindestdielektrizitätszahl (Er> 1,4) haben.<br />
Die Dielektrizitätszahl ist eine stoffspezifische, charakteristische Eigenschaft des Messstoffes und ist<br />
u. a. abhängig von der Zusammensetzung des Messstoffes, der Temperatur und der Feuchte.<br />
Bei der kontinuierlichen Messung ist dies besonders zu beachten, weil hier eine konstante<br />
Dielektrizitätszahl vorausgesetzt wird. Bei der Grenzstanderfassung sind diese Einflüsse von<br />
untergeordneter Bedeutung. Hier muss jedoch gewährleistet sein, dass sich durch den Unterschied der<br />
Dielektrizitätszahl von Luft (leerer Behälter) und Messstoff eine ausreichende Kapazitätsänderung<br />
ergibt. Ablagerungen an den Standaufnehmern (Sonden) beeinflussen das Messergebnis und müssen<br />
vermieden werden.<br />
Messverfahren<br />
Für viele Behälterformen kann die Berechnungsformel eines zylindrischen Rohrkondensators<br />
angewendet werden. Die Behälterwand stellt dabei den äußeren Zylindermantel dar und der<br />
Standaufnehmer den inneren Zylinder. Die dem jeweiligen Füllstand entsprechende Kapazität<br />
errechnet sich als Summe der zwei Parallelgeschalteten Teilkapazitäten des gefüllten und des<br />
leeren Behälters. Die gemessene Kapazität setzt sich aus der Leerkapazität und der<br />
Kapazitätsänderung zusammen, die durch die Füllstandsänderung des Messmediums<br />
hervorrufen wird.<br />
Einstellung, Betrieb<br />
Da die kapazitiven Füllstandssensoren Werksseitig voreingestellt sind, ist lediglich eine<br />
Einstellung als ein Toleranzausgleich zu sehen. Bedingt durch Montage, Füllmedium und die<br />
Fertigung ergeben sich Toleranzen, die so ausgeglichen werden. Die Einstellung erfolgt über<br />
die Sondenempfindlichkeit mit dem Potentiometer (Level) und muss immer mit dem<br />
tatsächlich eingesetzten Füllmedium vorgenommen werden. In Drehrichtung nach rechts<br />
steigt das Füllniveau. In Drehrichtung nach links fällt das Füllniveau. Bei einem eventuellen<br />
Defekt des Gerätes kann der Ausgang einen beliebigen Zustand annehmen.<br />
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Technische Daten (Tippkemper)<br />
CNS-506<br />
Nennspannung<br />
15-30V/DC , einschließlich Restwelligkeit<br />
Nennstrom<br />
30 mA<br />
Schaltfrequenz<br />
= 0.5 Hz<br />
Schaltspannung max.<br />
<strong>10</strong>0V AC/DC<br />
Schaltstrom max. 0.5A<br />
Anschlussleitung<br />
4 X 0,25 mm² + Masse / L = 5 m<br />
Gehäusewerkstoff<br />
AL<br />
zul. Umgebungstemperatur<br />
+<strong>10</strong>°C bis +50°C<br />
Schutzart IP 65 nach EN 40050<br />
Betriebsdruck<br />
-1 bis 25 bar<br />
Messabweichung<br />
waagerecht ± 3 mm<br />
senkrecht ± 6 mm<br />
Vorzüge<br />
- Das patentierte Verfahren erlaubt verschiedene Kabelmaterialien<br />
- Unabhängig von der Messlänge<br />
- Aufgrund der kleinen Bauform auch bei beengten Verhältnissen einsetzbar<br />
- Auch bei aggressiven Materialien korrosionsbeständig wegen breiter Materialienauswahl<br />
- Kapazitives Messprinzip arbeitet auf niedrigstem Energieniveau<br />
- Standard-Signalausgänge<br />
- Auch bei höheren Drücken einsetzbar (entsprechende Verschraubung)<br />
- Kontinuierliche Füllstandsüberwachung<br />
Wartung<br />
Kapazitive Füllstandssensoren sind wartungsfrei. Die Geräte dürfen nur durch den Hersteller<br />
repariert oder überholt werden.<br />
Hersteller<br />
- Thyracont Elektronic GmbH<br />
- Kobold<br />
- Endress + Hauser Messtechnik GmbH+Co.<br />
- Tippkemper Elektronik GmbH & Co KG<br />
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Induktiver Annäherungssensor<br />
Der Schwingkreis wird mit einer Wechselstromquelle aufrecht erhalten.<br />
Der Schwingkreis ist so gebaut, das dass Magnetfeld in den Raum strahlt.<br />
Nähert sich ein Leitfähiges Material so wird dem Schwingkreis Energie entzogen<br />
Dies führt zu einer Verkleinerung der Schwingungs -Amplitude.<br />
Diese ist Stark abhängig vom verwendeten Material<br />
Da die Spannungsänderung jedoch zu gering ist, wird das Signal verstärkt.<br />
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Dieses Signal ist Linear abhängig vom Abstand des Leitenden Gegenstandes<br />
Eine Verstärkte Kennlinie könnte so aussehen:<br />
Ua stellt in diesem Diagramm die Amplituden Spannung da.<br />
Induktiver Näherungsschalter<br />
Der induktive Näherungsschalter ist ein berührungsloser elektronischer Schalter, der auf<br />
Annäherung eines leitfähigen Materials reagiert. Der Induktive Schalter wird z.B. zur<br />
Drehzahlbestimmung z.B. im Kfz eingesetzt<br />
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Das Grundprinzip vom Näherungssensor wird erweitert um die Funktion eines Schmitt-<br />
Triggers<br />
Dieser hat die Aufgabe bei einer unteren und oberen Amplitude zu Schalten<br />
Schmitt-Trigger<br />
U D<br />
R 1<br />
U E<br />
U A<br />
R 2<br />
Für die Bestimmung des Schaltabstandes wird eine Normplatte aus St-37 verwendet. Andere<br />
Materialien können mit Hilfe eines Korrekturwertes Angeglichen werden.<br />
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Kapazitive <strong>Sensoren</strong><br />
Kapazitive <strong>Sensoren</strong> bestehen im wesentlichen aus einem Kondensator mit veränderlicher<br />
Kapazität<br />
Die Kapazität eines Kondensators ist folgendermaßen Definiert :<br />
e0 ·eQ· A<br />
C =<br />
d<br />
Die sensorische Funktion eines kapazitiven Sensors liegt in der Veränderung von<br />
Plattenabstand, Plattenfläche oder der Dielektrizitätszahl durch eine nichtelektrische<br />
Meßgröße.<br />
Änderung des Plattenabstands<br />
Der Abstand zweier Kondensatorplatten kann zur Wegmessung kleiner Größen verwendet<br />
werden. Nachteilig ist allerdings das umgekehrte proportionale Verhalten von Wegänderung<br />
und Kapazitätsänderung. Dies führt zu einer nichtlinearen hyperbelförmigen Kennlinie.<br />
Differentialkondensator<br />
sind 2 Kondensatoren mit einer beweglichen Platte in der Mitte.<br />
Betreibt man dieses in einer Brückenschaltung, so ist die Diagonalspannung eine lineare<br />
Funktion der Wegänderung.<br />
Änderung der Plattenfläche<br />
Durch Parallelverschiebung der beiden Kondensatorplatten ändert sich die Kapazität, da<br />
beide Platten sich nur noch teilweise überdecken. Die Kapazität sinkt von C0 auf C.<br />
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Ende<br />
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Vortrag<br />
Metallische Temperatursensoren<br />
von Thomas Schmitt und Dirk Wegener<br />
Inhalt:<br />
- Einleitung<br />
- Linearität<br />
- Toleranzen<br />
- Messfehler<br />
- Messschaltung<br />
- Bauformen<br />
- Anwendungsbeispiele<br />
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Metallische Temperatursensoren<br />
Metallische Temperatursensoren arbeiten auf der Grundlage der temperaturabhängigen<br />
Änderung des Metallwiderstandes.<br />
Nickel und Platin gelten als besonders geeignete Metalle für diesen Sensortyp. Aufgrund der<br />
hohen chemischen Resistenz werden aber meist Platintemperatursensoren verwendet.<br />
Zur Temperaturmessung im Bereich -200 °C bis 850 °C wird in der Industrie hauptsächlich der<br />
Pt<strong>10</strong>0 genutzt. Die elektrische Widerstandsänderung eines Platindrahtes wird hierbei als Signal<br />
in Form einer Spannung genutzt.. Er besitzt bei 0 °C den Widerstand R 0 = <strong>10</strong>0 Ohm. Es sind<br />
auch Pt200, Pt500 und Pt<strong>10</strong>00 erhältlich. Die Widerstandsänderung ist nach IEC 751 festgelegt.<br />
Linearität<br />
Im Temperaturbereich zwischen 0 - <strong>10</strong>0 °C errechnet sich der Warmwiderstand R<br />
näherungsweise als lineare Funktion der Temperatur T (in °C):<br />
R = R 0 · (1 + a · T)<br />
Im Bereich > <strong>10</strong>0 °C verwendet man:<br />
R = R 0 · (1 + a · T + b · T 2 )<br />
a = 3,90802 · <strong>10</strong> -3 / °C<br />
b = -5,802 · <strong>10</strong> -7 / °C 2<br />
c = -4,27350 · <strong>10</strong> -12 / °C 4<br />
Im Bereich < 0 °C verwendet man:<br />
R = R 0 ·(1 + a ·T + b · T 2 + c · (T - <strong>10</strong>0 °C )·T 3 )<br />
Die Auswertung des Widerstands erfolgt mit einem Konstantstrom < 2 mA. Damit ist die<br />
Spannungsänderung ?U proportional zur Temperaturänderung ?T.<br />
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Toleranzen<br />
Bedingt durch die Herstellungstoleranz gibt es Klassen A und B. Diese beschreiben entweder<br />
die Abweichung des Widerstandes bei 0 °C vom idealen Wert <strong>10</strong>0 Ohm oder auch die<br />
Abweichung des Temperaturkoeffizienten von dem idealen Wert.<br />
Toleranzgrenzen der Klassen in °C:<br />
• Klasse A: ?T = ±(0,15 °C + 0,002 · T)<br />
• Klasse B: ?T = ±(0,30 °C + 0,005 · T)<br />
• 1/3 Klasse B: ?T = ±1/3 · (0,30 °C + 0,005 · T)<br />
Beispiel:<br />
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Messfehler:<br />
Eigenerwärmung:<br />
Um den Widerstand eines PT-<strong>10</strong>0 Sensors zu messen, muss dieser von einem Strom<br />
durchflossen werden. Der Messstrom erzeugt eine Verlustleistung und damit Wärme am Sensor.<br />
Der damit verbundene Messfehler einer höheren Temperaturanzeige hängt von verschiedenen<br />
Einflussgrößen ab:<br />
Höhe des Temperatur-Messwiderstandes<br />
Ein Pt <strong>10</strong>00 Sensor wird zehnmal stärker erwärmt als ein Pt <strong>10</strong>0 Widerstand.<br />
Ableitung der erzeugten Wärme<br />
Die Messarmatur sollte so eingebaut werden, dass sie optimal vom Medium umspült ist. Je<br />
höher die Strömungsgeschwindigkeit des zu messenden Mediums, desto höher der<br />
Wärmeabtrag.<br />
Messstrom<br />
Es ist ein Messstrom von 1 mA üblich. Dies bedeutet eine Verlustleistung von 0,0001 Watt<br />
Ist der Eigenerwärmungskoeffizient (E) der Messarmatur bekannt, so kann der optimale<br />
Messstrom bei gewünschtem max. Messfehler über nachfolgende Formel errechnet werden.<br />
E=t/(R/I²)<br />
E=Eigenerwärmungskoeffizient,<br />
t= (angezeigte Temperatur) – (Temperatur des Medium)<br />
R=Widerstand des Temperatursensors<br />
Wärmekapazität und Wärmeleitung der Messarmatur<br />
Beim Einbau des Pt<strong>10</strong>0 Messwiderstandes muss für optimalen Temperaturübergang gesorgt<br />
werden (z.B.: Wärmeleitpaste, geeignetes Isolationsmaterial). Das Material der Einbauarmatur<br />
sollte möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit<br />
Leitungsfehler:<br />
Der Leitungsfehler resultiert aus dem Anschluss des Pt <strong>10</strong>0-Widerstandes an die<br />
Auswerteelektronik mit einer 2-adrigen Anschlussleitung (Zweileiter-Anschluss). Dabei geht<br />
der Widerstand der Anschlussleitung als Fehler in die Messung ein.<br />
Besonders bei langen Anschlussleitungen und kleinem Leitungsdurchmesser kann es dabei zu<br />
erheblichen Messfehlern kommen. Bei modernen Auswertegeräten kann der Widerstand der<br />
Anschlussleitung kompensiert werden, jedoch können Temperaturschwankungen an der Leitung<br />
nicht berücksichtigt werden. Die Widerstände des Pt<strong>10</strong>0 und der Anschlussleitung addieren sich,<br />
es kommt zur Anzeige einer höheren Temperatur.<br />
Abhilfe schafft der Anschluss des PT<strong>10</strong>0 in 4-Leitertechnik.<br />
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Messschaltung:<br />
Der Pt<strong>10</strong>0 in Vierleiter-Schaltungstechnik mit Konstantstromspeisung<br />
- Bei der Vierleiter-Schaltungstechnik mit Konstantstromspeisung nutzt man den<br />
hohen Eingangswiderstand des Operationsverstärkers (=> ∞ ? ), sodass über die<br />
Messleitungen 2 und 3 nur ein sehr geringer Strom (=>0 mA) fließt. Somit hat der<br />
Widerstand der Messleitungen keinen Einfluss auf die Messung.<br />
- Die Konstantstromquelle treibt einen Strom = 1 mA, um die Eigenerwärmung des Pt<br />
<strong>10</strong>0 so gering wie möglich zu halten.<br />
- Am Ausgang des Operationsverstärkers wird die über dem Pt <strong>10</strong>0 abfallende<br />
Spannung gemessen.<br />
- Da der Strom, den die Konstantstromquelle treibt, bekannt ist, kann man den<br />
aktuellen Widerstand mit Hilfe des Ohm’schen Gesetzes bestimmen.<br />
- Die Temperatur am Pt <strong>10</strong>0 kann nun anhand des ermittelten Widerstandes mit Hilfe<br />
der o.g. Formeln berechnet werden. Diese Berechnung erfolgt in der Regel direkt im<br />
Messsystem.<br />
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Bauformen:<br />
Dünnschichtsensoren<br />
Auf einem Aluminiumoxid Plättchen wird eine ca. 1 µm dicke<br />
Platinschicht aufgedampft. Mit Hilfe eines Laserstrahles wird die<br />
Platinschicht spiralförmig strukturiert und abgeglichen. Danach wird<br />
eine Glasschicht zum Schutze der Platinschicht aufgebracht. Der<br />
entscheidende Vorteil des Dünnschichtsensors liegt in seiner<br />
preiswerten Großserienfertigung und seiner durch die<br />
geringe Masse bedingte schnelle Ansprechzeit.<br />
–Temperaturbereich: -50...+400 (600)°C<br />
–Länge: ab 2,5 mm<br />
SMD-Bauform<br />
Länge ca. 3,3mm<br />
Drahtgewickelte Keramikwiderstände<br />
Ein gewickelter Platindraht wird in ein Keramikrohr geführt. Zur besseren Wärmeübertragung<br />
und zur Fixierung der Wicklung wird das Rohr mit Aluminiumoxid gefüllt. Mittels eines<br />
Glaspfropfens wird das Keramikrohr verschlossen und die Anschlussdrähte fixiert. Da keine<br />
Verbindung zwischen Aluminiumoxidpulver und Platinwendel besteht, kann sich der Draht bei<br />
Temperaturwechsel frei ausdehnen. Der Draht wird nur geringfügig belastet und zeigt daher<br />
keine Hysterese zwischen steigender und fallender Temperatur.<br />
–Temperaturbereich: -200...+800 °C<br />
–Durchmesser: 0,9...4,5 mm<br />
–Länge: 7...30 mm<br />
Drahtgewickelte Glaswiderstände<br />
Ein Platindraht wird auf einen Glasstab gewickelt und in diesen eingeschmolzen. Nach dem<br />
Abgleich des Widerstandes wird ein zweites Glasschutzrohr übergeschoben und mit dem<br />
Glasstab verschmolzen. Der Draht ist komplett vom Glas umgeben. Deshalb sind diese<br />
Glaswiderstände besonders erschütterungsunempfindlich. Mit angeschmolzenem Glasrohr<br />
werden diese Glaswiderstände auch direkt in aggressiven Medien als schnellansprechende<br />
<strong>Sensoren</strong> eingesetzt.<br />
–Temperaturbereich: -200...+400 (550) °C<br />
–Durchmesser: 0,9...4,8 mm<br />
–Länge: 7...55 mm<br />
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Anwendungsbeispiele:<br />
Tanks und Behälter:<br />
Eingeschweißtes Tauchrohr in das ein<br />
Tauchrohrtemperatursensor eingeschoben wird<br />
Optimierter Wärmeübergang wird mit<br />
Wärmeleitpaste sichergestellt.<br />
Bsp:<br />
Die Gärführung in Brauerein wo die genaue<br />
Einhaltung der Prozessgrößen über die Qualität<br />
des Produktes entscheidet<br />
Oder:<br />
Lagertanks: Steuerung der Kühlvorrichtung für<br />
Getränke, Chemikalien usw.<br />
Werkzeugmaschinen:<br />
Schmierflüssigkeit darf maximale<br />
Temperatur nicht überschreiten, wird sie<br />
dennoch zu hoch gibt der Sensor das Signal<br />
an ein Steuergerät das veranlasst die<br />
Flüssigkeit zu tauschen.<br />
Wärmetauscher, Kühlaggregate, Erhitzer:<br />
Überwachung und Steuerung von<br />
Temperatur Übertragungsprozessen<br />
Im Bild tritt die zu kühlende Flüssigkeit<br />
mit der Temperatur T1in den<br />
Wärmetauscher ein und verlässt ihn mit<br />
T2. Das Kühlmittel wird dabei von T3<br />
auf T4 erwärmt.<br />
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Vortrag zum Thema<br />
Beleuchtungsstärke – <strong>Sensoren</strong><br />
von<br />
Robin Frisch & Thomas Mündelein<br />
Inhalte<br />
• Einleitung<br />
• Aufbau / Prinzip eines LDR<br />
• Kenndaten<br />
• Kennlinie<br />
• Einsatzgebiet / Anwendungen<br />
• Bauformen<br />
• Preise<br />
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Einleitung<br />
Widerstandssensoren, die ihren Wert in Abhängigkeit der<br />
Beleuchtungsstärke ändern, werden als Fotowiderstände bezeichnet. Der<br />
Fotowiderstand ist somit ein passives Bauelement. In der Technik wird er<br />
mit LDR, Light Dependent Resistor, benannt.<br />
Schaltzeichen:<br />
Die Wirkung von Fotowiderständen beruht auf dem inneren<br />
fotoelektronischen Effekt. Bei Auftreffen von Photonen auf die<br />
Halbleiterschicht werden Valenzelektronen aus ihren Gitterbindungen<br />
frei. Der elektrische Widerstand nimmt mit zunehmender<br />
Beleuchtungsstäke ab.<br />
Aufbau / Prinzip eines LDR<br />
Auf einer isolierten Trägerplatte wird eine halbleitende Schicht<br />
aufgebracht. Als Elektroden dienen darüber liegende Metallschichten.<br />
Trifft Licht auf die Halbleiterschicht, kommt es bei anliegender Spannung<br />
an den Elektroden zu einem lichtabhängigen Stromfluss.<br />
Metallschicht<br />
Halbleiter<br />
Grundplatte<br />
Um atmosphärische Einflüsse auf das<br />
Halbleitermaterial zu vermeiden, schlisst man<br />
den Widerstand in Glas ein.<br />
Zur Vergrößerung des Effektes werden die<br />
Elektroden in Kammerstruktur angebracht.<br />
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Kenndaten<br />
• Dunkelwiderstand R 0<br />
R 0 = <strong>10</strong> 6 – <strong>10</strong> 8 Ω<br />
• Hellwiderstand R H (E = <strong>10</strong>00lx)<br />
R H = <strong>10</strong> 2 – <strong>10</strong> 4 Ω<br />
Kennlinie<br />
Der Widerstandswert nimmt mit zunehmender<br />
Beleuchtungsstärke ab.<br />
Widerstandsbestimmung bei<br />
Abdunklung:<br />
U = 5,5 V<br />
I = 0,001 A<br />
R = 5,5 kΩ<br />
Widerstandsbestimmung bei<br />
Beleuchtung:<br />
U = 5,5 V<br />
I = 0,1 A<br />
R = 55 Ω<br />
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Einsatzgebiete / Anwendungen<br />
Beleuchtungsstärke - <strong>Sensoren</strong> können unterschiedliche Anwendung<br />
finden:<br />
- Umgebungslichtsensoren<br />
- Lichtfühler<br />
- Licht-/Spannungswandler<br />
- UV-<strong>Sensoren</strong><br />
- IR-<strong>Sensoren</strong><br />
- Objektsensoren<br />
Bauformen<br />
Preise<br />
Die Preise für einen LDR liegen zw. 0,80 € - 5€.<br />
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