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Mihaela AlbuMihaela.albu@upb.ro
Vorlesung: Sensoren und Aktuatoren 2014-2015
Sensoren und Akt[uat]orenSensoren und Akt[uat]oren Vorlesungen und Labor
Ingenieurswesen-Abteilung - FILS
(3-ten Semester)
Studienplan:
14 x 1 = 14 Stunden Vorlesung
14 x2 = 28 Stunden Labor - LabVIEW
Mihaela AlbuMihaela.albu@upb.ro
Vorlesung: Sensoren und Aktuatoren 2014-2015
Vorlesungen-Schwerpunkte:
Elektrisches Messen nichtelektrischer Größen: Ohmsche-, Induktive-, Kapazitive, Aktive- und Piezoelektrische Meßfühler; Dehnungs- ,
Weg- und Temperaturmessung und damit verbundenen Sensor-Aktor-Systeme.
Computergesteuerte Meßtechnik. Feldbussysteme
Mihaela AlbuMihaela.albu@upb.ro
Vorlesung: Sensoren und Aktuatoren 2014-2015
Stoffplan:Stoffplan:1.1. Einleitung.Einleitung. Elektrische Messung nichtelektrischer Größen.2.2. Meßfühler. Meßfühler. Übersicht über passive Aufnehmer-Prinzipien3.3. Meßfühler.Meßfühler. Übersicht über aktive Aufnehmer-Prinzipien4.4. SensorenSensoren für geometrische Meßgrößen und mechanische Beanspruchung, 5.5. TemperaturmessungTemperaturmessung6.6. Optische und Strahlung SensorenOptische und Strahlung Sensoren7.7. Intelligente Sensorsysteme Intelligente Sensorsysteme 8.8. Aktoren Aktoren 9.9. Typische Sensoren und Aktoren der RobotikTypische Sensoren und Aktoren der Robotik10. Feldbussysteme10. Feldbussysteme
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Vorlesung: Sensoren und Aktuatoren 2014-2015
Induktive MeßfühlerFür die Induktivität einer Drossel mit der Windungszahl N, dem
magnetischen Leitwert , sowie der Permeabilität µ, dem
Querschnitt A und der Länge l des magnetischen Kreises gilt:
l
ANNL r 022
der Querschnitt A, die Länge l des magnetischen Kreises und die relative Permeabiltät µr.
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Induktive Meßfühler
Differentialdrosseln
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Induktive Meßfühler
Differentialdrosseln mit Quer- oder Längsanker nach Bild 3
ergeben in Meßbrückenschaltungen bei symmetrischer
Mittellage des Ankers vor Beginn der Messung die
Abgleichdiagonalspannung U =0. Bei Verschieben des Ankers
in Achsenrichtung steigt die Spannung U infolge Unsymmetrie
mit positiven bzw. negativen Werten an. Im Nutzbereich
besteht eine ungefähr lineare Kennlinie U = f(s).
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Induktive Meßfühler
Differential-transformator
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Induktive MeßfühlerDifferentialtransformator hat eine von einer Trägerfrequenz-
oder Netzspannung U1 gespeiste Primärspule und zwei
gegeneinander geschaltete Sekundärspulen, worin je nach
Stellung des Eisenkerns zwei entgegengesetzte, gleich oder
verschieden große Wechselspannungen U'2 und U''2 induziert
werden.
Die Meßfühler-Sekundärspannung : U2 = U'2-U''2
wird an den Eingang einer Anpaßschaltung gegeben. Die
Primär- und Sekundärspulen können nebeneinander oder
übereinander angeordnet sein und sind in der Schaltung
vertauschbar.
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Kapazitive MeßfühlerKapazitive Wegmeßsysteme - Industrielle Anwendungen:
Ultrapräzisions-Materialbearbeitung, Optik
•Höchste Auflösung aller erhältlichen Wegsensoren (<0,1 Nanometer).
•15 bis 300 um Meßbereich.
•Linearität besser als 0,05% durch Integrated Linearization System (ILS).
•Extrem hohe Langzeitstabilität (< 0,1 nm/3 Stunden).
•Bis zu 10 kHz Bandbreite.
•Stand-Alone- und modulare Steuerelektronik.
•Standardelektronik für Einsatz
mit PI Piezotranslatoren/Piezo-Stellsystemen
und Positions-Servo-Controllern.
www.physikinstrumente.com
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Kapazitive MeßfühlerKapazitive Sensoren erkennen metallische und nichtmetallische Objekte
Hohe EMV-StörfestigkeitSchaltabstand einstellbar
Wegen des einfachen Aufbaus, der hohen Empfindlichkeit und der großen Störfestigkeit werden in der Automatisierungstechnik oft kapazitive Sensoren eingesetzt. Sie arbeiten berührungslos und erfassen metallische sowie nichtmetallische Objekte, die sich in festem oder flüssigem Zustand befinden können.
http://www.betasensorik.de
Sie dienen der Füllstandsüberwachung, der Inhaltsüberprüfung an Abfüll- oder Verpackungsanlagen, dem Positionieren, Überwachen und Zählen von Objekten.
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Kapazitive Meßfühler.
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Kapazitive Meßfühler. Anwendungen.Kapazitive Längen-/Wegmessung
Der physikalischeEffekt lässt sich bei einem Plattenkondensator
durch eine einfache Beziehung beschreiben: C ist die Kapazität.
Sie ist abhängig von der relativen Dielektrizitäts-konstanten εr,
der absoluten Dielektrizitäts-konstanten ε0, der wirksame Fläche
A und dem Abstand a. Sowohl der Abstand a, wie die
gemeinsame Fläche A, wie auch die Dielektrizitätskonstante εr
lassen sich durch Bewegungen beeinflussen.
Die Kapazität kann mit Hilfe einer Brückenschaltung in ein
Spannungssignal gewandelt werden.
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Kapazitive Meßfühler.
©Feingerätebau T.U.München
Wird bei einem Platten-kondenstor der Platte-abstand a vergrößert oder verkleinert, so ändert sichseine Kapazität C indirekt proportional zum Abstand. Das ergibt eine nichtlineare Kennlinie. Je kleiner der Abstand wird, um so stärker steigt die Kapazität an.
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Kapazitive Meßfühler.
©Feingerätebau T.U.München
Verschiebt man die Kondensatorplatten seitlich, so verändert sich die wirksame Fläche. Die Kapazitätändert sich direkt proportional zur Fläche. Damit ergibt sich bei rechteckigen Platten ein linearer Zusammenhang und die Empfindlichkeit ändert sich nicht beim Durchlaufen des Messbereichs.
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Kapazitive Meßfühler.
©Feingerätebau T.U.München
So lässt sich beispielsweise der Flüssigkeitsstand einer leitenden Flüssigkeit sensieren, wenn maneine isolierte Elektrode einbringt. Als Gegenelektrode dient die Flüssigkeit selbst. Die Kondensatorfläche ist proportional zur Füllhöhe der Flüssigkeit.
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Kapazitive Meßfühler.
©Feingerätebau T.U.München
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Kapazitive Meßfühler.
Eine Änderung Dielektrizitätskonstante ε lässt sich mit
einer Längenänderung verknüpfen, wenn man
ein zusätzliches Medium zwischen die Kondensatorplatten
schiebt. Es ergibt sich je nach Stellung und Dielektrizitäts-
konstante des zusätzlichen Mediums eine wirksame
mittlere Dielektrizitätskonstante.
Zu dieser ist die Kapazität dann proportional.
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Vorlesung: Sensoren und Aktuatoren 2014-2015
Kapazitive Meßfühler.
©Feingerätebau T.U.München
Bei elektrisch nichtleitenden Flüssigkeiten kann man zwei Elektroden einbringen. Die wirksame Dielektrizitäts-konstante schwankt abhängig vom Anteil der Flüssigkeit und der Luft im Kondensatorspalt.
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Vorlesung: Sensoren und Aktuatoren 2014-2015
Kapazitive Meßfühler.
©Prof. Dr. Eike Rosenfeld, FH Merseburg
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Kapazitive Meßfühler.
©Prof. Dr. Eike Rosenfeld, FH Merseburg
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Kapazitive Meßfühler.
©Prof. Dr. Eike Rosenfeld, FH Merseburg
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Kapazitive Meßfühler.
Meßgrößen kapazitiver Sensoren
•mechanische Verschiebung•Schall und Ultraschall•statischer Druck•Beschleunigung•Flüssigkeitspegel•Dichte von Flüssigkeiten•Feuchtigkeit•Temperatur
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Kapazitive Meßfühler. Anwendungen
Kapazitiver Beschleunigungssensor in Mikrosystemtechnik
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Kapazitive Meßfühler. Anwendungen
prinzipieller Aufbau eines kapazitiven Feuchtesensors
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Vorlesung: Sensoren und Aktuatoren 2014-2015
Kapazitive Meßfühler. Anwendungen Messsystem zur Erfassung der KraftverteilungDie zebris Multifunktions-Kraftmess-platte arbeitet mit 1504 kapazitiven Kraftsensoren, die in einer Matrix von 32x47cm angeordnet sind. Sie ermöglicht die Analyse der statischen und dynamischen Kraft- und Druckverteilung unter den Füßen / Schuhen beim Stehen und Gehen.Die Einsatzgebiete liegen in der einfachen und schnellen Durchführung von dynamischen Abrollanalysen sowie statischen Belastungs-verteilungen. Diese können für die Ermittlung der Fußfunktion eingesetzt werden. Ebenso sind Feed-back- und Koordinationstraining mit spielerischen Übungen, sowie Gleichgewichtsanalysen möglich.
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Kapazitive Meßfühler. Anwendungen Messsystem zur Erfassung der Kraftverteilung
www.zebris.de
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Kapazitive Meßfühler. Anwendungen http://www.electrosense.com.au/products.htm
http://www.waycon.de/ http://www.waycon.de/induktiversensor.html
http://www.waycon.de/linearpotentiometer.html
http://archives.sensorsmag.com/articles/0102/29/
http://www.temperatures.com/csensors.html
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