Im Rahmen dieser Arbeit wird ein allgemeiner Überblick über das Thema "Sensoren" mit spezieller Sicht auf die Drucksensoren geboten. Die verschiedenen Messverfahren werden jeweils anhand eines kurzen, prägnanten Beispiels vertiefend erläutert; hinzu kommt ein ausführlicheres Anwendungsbeispiel. Darüber hinaus werden die verschiedenen technologischen Prinzipien, auf denen die jeweiligen Druckmessverfahren beruhen ebenso behandelt wie auch die Anforderungen an die Drucksensoren in Abhängigkeit ihres Einsatzortes und den Umgebungsbedingungen.
Struktur der Belegarbeit
1. Einleitung
2. Begriffsdefinition des „Drucksensors“
2.1 Physikalische Definition des Drucks
2.1.1 Druckeinheiten
2.1.2 Druckgrößen
2.2 Begriff des Sensors
2.3 Sensor-Systeme
3. Eigenschaften von Sensoren
3.1 Aufbau eines Sensors
3.2 Aktive und passive Sensoren
3.3 Anforderungen an Sensoren
4. Elektrische Druckmessverfahren
4.1 Dehnungsmessstreifen
4.2 Magnetoelastische Messung
4.3 Kapazitive Sensoren
4.4 Piezoelektrische Messung
4.5 Piezoresistive Messung
4.6 Galvanomagnetische Messung
4.7 Druckmessung mit akustischen Oberflächenwellen
5. Sensorvernetzung
5.1 Grundlagen
5.2 Aktor/Sensor-Interface
6. Anwendungsbeispiel
7. Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Belegarbeit gibt einen allgemeinen Überblick über das Themenfeld Sensoren, mit einer spezifischen Fokussierung auf Drucksensoren. Ziel ist es, die technologischen Prinzipien der Druckmessverfahren, die Anforderungen an den Sensoreinsatz sowie Grundlagen der Sensorvernetzung praxisnah darzustellen.
- Physikalische Grundlagen und Definitionen des Drucks
- Eigenschaften, Aufbau und Klassifizierung von Sensoren
- Analyse verschiedener elektrischer Druckmessverfahren
- Grundlagen der Sensor-Aktor-Vernetzung
- Praktische Implementierung eines Drucksensors in einem Anwendungsbeispiel
Auszug aus dem Buch
4.2 Magnetoelastische Messung
Der magnetoelastische Effekt beschreibt folgendes Phänomen: Bei einer elastischen Längenänderung von Ferromagnetika tritt eine Permeabilitätsänderung in Richtung der aufgebrachten Spannung auf. Als Werkstoff für Drucksensoren dieser Art eignen sich Eisen-Nickel- und Eisen-Silizium-Legierungen. Für den Aufbau ist am vorteilhaftesten das Differntialtransformationsprinzip. Die mechanische Spannung F führt zu einer Drehung des Induktivitätsvektors und bewirkt so eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses. Im einfachsten Fall ist ein zylinderförmiger Stab aus weichmagnetischem Material von einer Spule umgeben. Wird dieser Stab in Längsrichtung durch eine Druckbelastung gestaucht und somit verkürzt, so erfährt er gleichzeitig eine Änderung seiner Permeabilität. Die mechanisch wirkende Kraft kann dann elektrisch in Form von der Änderung der Spuleninduktivität ausgewertet werden.
Beispielhaft soll hier die etwas komplexere Funktionsweise eines einschraubbaren mangnetoelastischen Drucksensors erläutert werden (siehe Abb. 3). Der Druck wirkt auf eine Dehnhülse, die aus nichtmagnetischem Edelstahl besteht, worüber zwei Aufnehmerspulen zu einer Halbbrücke zusammengeschaltet sind. Eine Spule befindet sich über dem dehnfähigen Bereich und die andere über dem nichtdehnfähigen Bereich. Auf der nichtmagnetischen Dehnhülse ist eine amorphe, hochpermeable magnetoelastische Schicht aufgebracht. Bei Druckeinwirkung dehnt sich die Messschicht über der ersten Spule. Aufgrund der Magnetoelastizität der amorphen Schicht bewirkt dies eine Permeabilitätsänderung, die von der Aufnehmerspule in eine Induktivitätsänderung umgeformt wird. Die Referenzschicht des hinteren Teils der Dehnhülse bleibt mechanisch spannungsfrei, wodurch sich die Referenzinduktivität der zweiten Spule nicht ändert.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Einleitung erläutert die zunehmende Bedeutung von Messsystemen in der Automatisierung und definiert den Rahmen sowie die Zielsetzung der Belegarbeit.
2. Begriffsdefinition des „Drucksensors“: Hier werden die physikalischen Grundlagen des Drucks, die entsprechenden Einheiten und Druckarten sowie der allgemeine Sensorbegriff definiert.
3. Eigenschaften von Sensoren: Dieses Kapitel behandelt den strukturellen Aufbau von Sensoren, unterscheidet zwischen aktiven und passiven Typen und stellt wichtige Auswahlkriterien wie Empfindlichkeit und Linearität vor.
4. Elektrische Druckmessverfahren: Es werden verschiedene Verfahren zur elektrischen Druckmessung, wie DMS, kapazitive, piezoelektrische und magnetoelastische Sensoren, detailliert erläutert.
5. Sensorvernetzung: Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über die Kommunikation zwischen Feldgeräten und Steuerrechnern sowie den Einsatz von Aktor/Sensor-Interfaces.
6. Anwendungsbeispiel: Anhand eines Druckbehälters wird der praktische Einsatz eines Drucksensors zur Prozessüberwachung und Steuerung einer Pumpe demonstriert.
7. Zusammenfassung: Die Arbeit resümiert, dass Drucksensoren in der Automatisierungstechnik essenziell sind und die Entwicklung besonders in der Sensorvernetzung noch großes Potenzial bietet.
Schlüsselwörter
Drucksensor, Sensortechnik, Messtechnik, Dehnungsmessstreifen, Piezoelektrik, Piezoresistivität, Sensorvernetzung, Magnetoelastizität, Automatisierung, Prozessmesstechnik, Signalaufbereitung, Kapazitive Messung, Aktor-Sensor-Interface, Druckmessung, Physikalische Sensoren
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Belegarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit bietet einen systematischen Überblick über die Welt der Drucksensoren, von ihren physikalischen Grundlagen bis hin zu verschiedenen elektrischen Messverfahren und ihrer praktischen Anwendung in der Industrie.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die Schwerpunkte liegen auf den physikalischen Definitionen des Drucks, den verschiedenen Funktionsprinzipien für Drucksensoren, deren Anforderungen sowie der Integration dieser Sensoren in vernetzte Bussysteme.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist die Vermittlung eines allgemeinen Verständnisses für die Funktionsweise und Anwendung von Drucksensoren sowie deren Einbindung in automatisierte Prozesse.
Welche wissenschaftliche Methode wird primär verwendet?
Es handelt sich um eine strukturierte Literatur- und Sacharbeit, die theoretische Prinzipien erläutert und anhand von technischen Beispielen veranschaulicht.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Definition der Sensorkomponenten, die detaillierte Darstellung elektrischer Druckmessprinzipien (wie piezoelektrische oder kapazitive Sensoren) und die Erläuterung der Sensorvernetzung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zentrale Begriffe sind Drucksensor, Sensortechnik, Automatisierung, Messverfahren, Sensorvernetzung und physikalische Größen.
Welche Vorteile bietet der in Kapitel 4.3 beschriebene Differenzdrucksensor?
Durch den symmetrischen Aufbau mit einem Zweikammernsystem weist er eine hohe Empfindlichkeit auf, ist resistent gegen Überlastung und minimiert durch die Anordnung störende Einflüsse.
Warum sind bei piezoresistiven Sensoren spezielle Kompensationsmaßnahmen erforderlich?
Da diese Sensoren auf Halbleiterbasis eine sehr starke, nichtlineare Temperaturabhängigkeit aufweisen, ist eine individuelle Kompensation nötig, um präzise Messergebnisse zu gewährleisten.
- Quote paper
- Tim Rohr (Author), 2008, Drucksensoren - Ein kurzer Überblick, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/87146
