1 Ãberblick über die Sensorik
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486 Anhang D: Kennwerte von Sensoren<br />
Anhang D: Kennwerte von Sensoren 487<br />
Anhang D<br />
Kennwerte (Merkmale) von Sensoren<br />
Zur Minimierung von Störeinflüssen werden resistive Sensoren häufig in einer Wheatstoneschen<br />
Brückenschaltung verbunden (Bild D1)<br />
unter 1 µV/V reduziert werden.<br />
Der Kennwert oder <strong>die</strong> Empfindlichkeit C eines resistiven Sensors in Brückenschaltung<br />
wird durch den Wert S n nach (1) bei Anlegen eines Drucks, abzüglich des Nullsignals,<br />
definiert (Bild D2):<br />
Bild D1:<br />
Widerstände (z.B. Dehnungsmeßstreifen) in einer Brückenschaltung (s. auch Bild<br />
4.1.6-2, nach [4.1])<br />
Die relative Spannungsänderung (gemessen in mV/V) in einer Brückenschaltung ist<br />
dann [4.1]:<br />
Bild D2<br />
Definition des Kennwertes (der Empfindlichkeit) durch <strong>die</strong> in Gleichung (1) definierte<br />
relative Brückenspannung (nach [4.1])<br />
Die Linearität eines Sensors kann nach drei Verfahren definiert werden (Bild D3).<br />
wobei <strong>die</strong> ∆R i sowohl <strong>die</strong> angestrebten Widerstandsänderungen (aufgrund von Änderungen<br />
der Umweltgröße) beschreiben können, in einem Referenzzustand der Umweltgröße<br />
aber auch <strong>die</strong> Streuung der Widerstände um den jeweiligen Nennwert. Der für den<br />
Referenzzustand definierte Wert von S wird als Nullsignal S o definiert. In der Praxis<br />
läßt sich ein kleiner Wert für S o nur durch Widerstandstrimmen erreichen, z.B. durch<br />
Auftrennen von Abgleichbrücken.<br />
Gleichung (1) zeigt, daß gleichsinnige Widerstandsänderungen (z.B. aufgrund gleicher<br />
Widerstands-Temperaturkoeffizienten oder einer zeitabhängigen Widerstandsdrift) in<br />
<strong>die</strong>ser Näherung unterdrückt werden können. Ist <strong>die</strong> Temperatur über der Meßbrücke<br />
nicht konstant oder driften <strong>die</strong> Widerstände unterschiedlich stark, dann entsteht eine Abweichung<br />
vom Meßwert. Herstellungsbedingte – vor allem temperaturabhängige – Abweichungen<br />
des Nullsignals von 2 bis 10 µV/V können durch einen Abgleich auf Werte<br />
Bild D3:<br />
Definition der Linearitätsabwseichung F lin = a/C: Die Größe a kann auf drei verschiedene<br />
Arten definiert werden (nach [4.1])<br />
Eine weitere Quelle von Abweichungen des Meßwerts vom Sollwert bei Sensoren entsteht<br />
durch Hystereseeffekte (relative Umkehrspanne, Bild D4):
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