elektronisch messen, steuern und regeln (lektion 4): mechanische grössen (sensoren ii) messung...
Post on 05-Apr-2015
113 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Messung mechanischer Eigenschaften
Sensoren II
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Sensoren für Mechanische Grössen
Auslenkung / Ort über geometrische Faktoren in elektrischen Gesetzen
Kraft via AuslenkungDruck via Kraft via AuslenkungMasse via Kraft via Auslenkung
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Geometrische Faktoren
Induktivität
Kapazität
Ohmscher Widerstand
d
AC 0
AlnL 20
A
lR
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Induktive Sensoren
Dynamisch über Impedanzmessung
Strom bei stationärer Wechselspannung
Statisch über Messung einer induzierten Spannung
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
i0
Spule Kondensator
U=+U~U~
Kohlemikrofon: mit Kohlegrieß gefüllte Kapsel
Widerstandsänderung mit dem Schalldruck
Schlechter Frequenzgang
insbesondere bei hohenFrequenzen.Robust und billig.
Anwendung: hauptsächlich Telefon
Kontaktmikrofon
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Kapazitives Mikrophon
Messung des Stroms bei Kapazitätsänderung über konstanter Spannung.
Messung der Kapazität bei stationärer, hochfrequenter Wechselspannung.
Beweglichedünne Metall-membran
R U~
U
C(t)
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Ohmsch
Schleifer (Bei gutem Kontakt hohe Reibung. Nur für „robuste“ Anwendungen)
Dehnung (Gut miniaturisierbar.)
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Widerstandsänderung durch elastische Dehnung
l: Länge d: Breiteh: Höhe spez. Widerstand
F FI
dh
lR
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Hooke‘sches Gesetz
L: Länge d: BreiteS: ZugspannungE: Elastizitätsmodul: Poissonzahl
F F
L
L
d
d
E
SLL
EStahl= 200 GpaStahl = 0.3
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Dehnung längs zum Strom
F F
)1()(
)1()(
)1()(
0
0
0
E
ShShh
E
SdSdd
E
SlSll
I
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Taylorentw. für kleine S/E
20200
0
)/1(
/1
)/1(
/1)(
ES
ESR
ES
ES
dh
lSR
E
SRRSR )21()( 00
Widerstandsänderung längs Dehnung
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Dehnung Quer zum Strom
ESR
ESES
ES
hl
d
lh
dFR
/1
1
)/1)(/1(
)/1()( 0
00
0
)/1()( 0 ESRSR
F
I
Widerstandsänderung quer zur Dehnung
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Dehnmess-Streifen
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Dehnmess-Streifen
-Signal (weiss)
- Speisung (braun)
+ Signal (grün)
+ Speisung (gelb)
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Dehnmess-Streifen
R1 R2
R4R3
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Hooke‘sche Theorie für Dehnmess-Streifen
L
LRRFR
L
LRRFR
ESL
L
q
l
00
00
)(
)21()(
/
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Achtung Temperatur
Dehnmess-Streifen müssen denselben Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten haben, sonst entstehen „Schattenkräfte“
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Messung kleiner Widerstandsänderungen
Problem: Miss Widerstandsänderungen im Promillebereich !
Lösung mit Halb- bzw. Vollbrücke (Vgl. Übung Physik I)
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Halbbrücke
R2
R2
V
+5 V
R1
R1
Abgleich-Potentiometer
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Vollbrücke
R2R2‘
R1 R1‘
V
+5 V
R2 / R1 = R2‘ / R1‘NormalerweiseR1=R2=R1‘=R2‘
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Vollbrücke aus zwei Halbbrücken
R2
R1
+5 V
R2
R1
+5 V
LabView: Softwaremässige Subtraktion
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Gleichspannungs-Verstärker
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Kraft auf Magnete
Kraft auf magn. DipolF=p * dB/dz
Feld der endlichen Spule:
22
0
2/1
2/
2/1
2/
2)(
RLz
Lz
RLz
Lz
LR
NIzB
Nanopraktikum:N=2001
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Einseitig eingespannter Balken.
B: Flächenträgheitsmomentb: Breite des Balkensh: Höhe (bzw. Dicke) d. B.L: Länge des BalkensE: Elastizitätsmodul
F
23
3
36
)(
)()(/1
12
LxxEB
Fxz
EB
xLFxR
bhB
x
z
m
3
3
mL
EB
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)
Interpolator.vi
top related