Messung mechanischer Eigenschaften

Präsentation zum Thema: "Messung mechanischer Eigenschaften"—  Präsentation transkript:

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

2 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 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)

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

4 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)

5 Kontaktmikrofon Kohlemikrofon: mit Kohlegrieß gefüllte Kapsel
Widerstandsänderung mit dem Schalldruck Spule Kondensator Schlechter Frequenzgang insbesondere bei hohen Frequenzen. Robust und billig. Anwendung: hauptsächlich Telefon U~ U=+U~ i0 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)

6 Kapazitives Mikrophon
Messung des Stroms bei Kapazitätsänderung über konstanter Spannung. Messung der Kapazität bei stationärer, hochfrequenter Wechselspannung. C(t) Bewegliche dünne Metall- membran R U~ U Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)

7 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)

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

9 Hooke‘sches Gesetz F F L: Länge d: Breite S: Zugspannung
E: Elastizitätsmodul s: Poissonzahl EStahl= 200 Gpa sStahl = 0.3 Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)

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

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

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

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

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

15 Dehnmess-Streifen R2 R1 R3 R4
Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)

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

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

18 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)

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

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

21 Vollbrücke aus zwei Halbbrücken
LabView: Softwaremässige Subtraktion Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)

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

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

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

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