1 Überblick über die Sensorik

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218 4.3 Induktive und kapazitive Kraft- und Drucksensoren 4.4 Andere Kraft- und Drucksensortechniken 219
Den Vorteilen eines einfachen Aufbaus und der guten mechanischen und elektrischen
Stabilität kapazitiver Sensoren stehen gravierende Nachteile gegenüber.
– Die Messung einer Kapazität ist grundsätzlich aufwendiger als die eines Widerstands.
– das Ausgangssignal ist bei einfachen kapazitiven Sensoren (nicht bei Sensoren mit
Differentialkondensatoren) in der Regel nichtlinear.
Möglicherweise kann die Integration elektrischer Funktionen auf Silizium-Sensorchips
(integrierte Sensoren) langfristig diese Nachteile überwinden. In der Tabelle 4.3-1
werden die Leistungsdaten verschiedener Kraft- und Drucksensortechniken miteinander
verglichen.
Tab. 4.3-1
Vergleich verschiedener Techniken für den Aufbau von Kraft- und Drucksensoren
(nach [4.50])
4.4 Andere Kraft- und Drucksensortechniken
Neben den beschriebenen Drucksensorprinzipien gibt es eine große Vielfalt weiterer
Verfahren, die auf Spezialgebieten der Meßtechnik durchaus eine große Bedeutung haben
können. Im folgenden werden einige typische Beispiele hierfür aufgeführt.
Elektrodynamische Kraftkompensation (Anwendung Präzisionswaage): Die zu
messende Kraft F (Gewicht) wird durch eine elektrodynamisch (Tauchspule in einem
Topfmagneten) erzeugte Gegenkraft exakt kompensiert. Die Einstellung der Gegenkraft
erfolgt über die Stromstärke in der Tauchspule, sie wird in der Weise geregelt,
daß eine durch die Kraft bewirkte Stabauslenkung durch die Gegenkraft exakt auf Null
zurückgeführt wird (Bild 4.4-1). Dieses Verfahren wird überwiegend in der Wägetechnik
eingesetzt, es hat einen außerordentlich großen Dynamikbereich (Milli- bis Kilogramm)
bei einer Meßgenauigkeit, die in einem eingeschränkten Temperaturbereich 10 -
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erreichen kann.
Bild 4.4-1 Kraftmessung durch elektrodynamische Kompensation (nach [4.46])
Durch die Kraft F wird ein Ferritkern auf einem Stab, der an Biegefedern aufgehängt
ist, in seiner Höhe verschoben. Die Größe der Verschiebung kann über Drosselspulen
gemessen werden; hierüber wird der Strom in einer Tauchspule geregelt, die in
einem Topfkern so angeordnet ist, daß eine Gegenkraft auf den Stab erzeugt werden
kann. Die Regelung ist so ausgelegt, daß die durch die Drosselspulen gemessene Verschiebung
exakt auf Null zurückgeführt wird. In diesem Fall ist der Tauchspulenstrom
ein exaktes Maß für die wirkende Kraft F.