Sensorik/Aktorik

Meßkette: Weg des Signals durch eine Folge von Geräten von der Aufnahme bis zur Bereitstellung
der Ausgabe. Besteht oft aus Signalgewinnung, -umsetzung und -verarbeitung
Smart Sensors: Signalverarbeitung eingebaut
1.2 Pflichten-/Lastenheft
Lastenheft: Vereinbarung zwischen Auftraggeber und Zulieferer in der Sprache des Auftraggebers
Pflichtenheft: intern, in der Sprache des Herstellers
• Hierarchie: Immer weitergehendere Verfeinerung der Anforderungen
2 Thermodynamische Grundlagen
2.1 Gleichgewichtsthermodynamik
0. Hauptsatz: Temperatur ist Gleichgewichtsgröße, d.h. T A = T B ∧ T B = T C ⇒ T A = T C
1. Hauptsatz: Die innere Energie U eines abgeschlossenen Systems ist konstant: dU = d ′ A + d ′ Q
2. Hauptsatz: Wärme fließt vom warmen in den kalten Arbeitsspeicher (ohne Einflußnahme); Wärme
kann nicht vollständig in Arbeit umgewandelt werden; die Entropie nimmt stets zu: dS ≥ d ′ Q/T
Beschreibung des Systems:
• Gase/Elektronen: freie Enthalpie G = U + pV − T S
• Festkörper: freie Energie F = U − T S
• G(T, p); bei Änderung der Molzahl: G(T, p, n) −→ dG = (∂G/∂T )dT + (∂G/∂p)dp +
(∂G/∂n)dn, (∂G/∂n) = µ (Fermienergie bei T = 0, ⃗ E = 0)
Temperatur: mittlere kinetische Energie der Teilchen E kin = mv 2 /2 = 3/2 kT , intensive Größe (nicht
von den Ausmaßen des Körpers abhängig)
Wärme: E kin · n, n: Teilchenzahl
Wärmekapazität: C v = c v m = dQ/dT
thermodynamische Effekte : Thermisch (Temperatur/Entropie), Mechanisch (Spannung/Dehnung),
Elektrisch (Feld, Verschiebung)
2.2 Nichtgleichgewichtsthermodynamik → Transportvorgänge
• angelegtes Feld: zu G kommt noch die Energie −|q|φ hinzu
• chemische Kraft durch Potentialgradienten F chem = −d˜µ/dx
3 Bionik
Ökologische Technik nach dem Vorbild der Natur
Optimierung des Strömungsverhaltens durch Form: Stimulation von Turbulenzen am Schnabel des
Zwergpinguins
Optimierung des Strömungsverhaltens durch Oberfläche: Riblets auf der Haut des Hais
Schmutzabweisende Oberflächen: Lotuseffekt (Lotusblume)
• Nanostrukturierte genoppte Oberfläche → kleine Kontaktfläche
• hydrophob → Wassertropfen nehmen Schmutz mit
3.1 Biologische Sensoren (Rezeptoren) und Meßwertverarbeitung
• Na-Konzentrationsunterschied zwischen Zellinnerem und -äußerem erzeugt Potentialdifferenz (90
mV)
• Rezeptor: biologischer Sensor
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