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Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Messung mechanischer Eigenschaften Sensoren II.

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Präsentation zum Thema: "Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Messung mechanischer Eigenschaften Sensoren II."—  Präsentation transkript:

1 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Messung mechanischer Eigenschaften Sensoren II

2 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 Auslenkung Druck via Kraft via Auslenkung Masse via Kraft via Auslenkung

3 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Geometrische Faktoren Induktivität Kapazität Ohmscher Widerstand

4 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

5 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) i0i0 SpuleKondensator U = +U ~ U~U~ Kohlemikrofon: mit Kohlegrieß gefüllte Kapsel Widerstandsänderung mit dem Schalldruck Schlechter Frequenzgang insbesondere bei hohen Frequenzen. Robust und billig. Anwendung: hauptsächlich Telefon Kontaktmikrofon

6 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. Bewegliche dünne Metall- membran R U~U~ U C(t)

7 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.)

8 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Widerstandsänderung durch elastische Dehnung l: Länge d: Breite h: Höhe spez. Widerstand FF I

9 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Hookesches Gesetz L: Länge d: Breite S: Zugspannung E: Elastizitätsmodul : Poissonzahl FF E Stahl = 200 Gpa Stahl = 0.3

10 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Dehnung längs zum Strom FF I

11 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Taylorentw. für kleine S/E Widerstandsänderung längs Dehnung

12 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Dehnung Quer zum Strom F I Widerstandsänderung quer zur Dehnung

13 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Dehnmess-Streifen

14 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Dehnmess-Streifen -Signal (weiss) - Speisung (braun) + Signal (grün) + Speisung (gelb)

15 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Dehnmess-Streifen R1 R2 R4R3

16 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Hookesche Theorie für Dehnmess-Streifen

17 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Achtung Temperatur Dehnmess-Streifen müssen denselben Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten haben, sonst entstehenSchattenkräfte

18 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)

19 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Halbbrücke R2 V +5 V R1 Abgleich- Potentiometer

20 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Vollbrücke R2 R1 V +5 V R2 / R1 = R2 / R1 Normalerweise R1=R2=R1=R2

21 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

22 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Gleichspannungs-Verstärker

23 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Kraft auf Magnete Kraft auf magn. Dipol F=p * dB/dz Feld der endlichen Spule: Nanopraktikum: N=2001

24 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Einseitig eingespannter Balken. B: Flächenträgheitsmoment b: Breite des Balkens h: Höhe (bzw. Dicke) d. B. L: Länge des Balkens E: Elastizitätsmodul F x z m

25 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II) Interpolator.vi


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