Sensorik & Aktorik --- erledigt Flashcards
Sensorik Aktorik Test
Sensorik Basisgrößen
Stoffmenge Druck Leistung/Energiestrom Lichtstrom Aktivität Radioaktiver Substanz Lichtstärke Energie/Arbeit Beleuchtungsstärke
mol pascal Watt Lumen Becquerel Candela Joule Lux
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Potentiometrischer Wegaufnehmer Induktiver Wegaufnehmer Magnetostriktive Wegaufnehmer Optische Wegaufnehmer Optoelektronischer Positionsdedektor Lichschranken Halbleiter-Bildaufnehmer Faseroptische Messwertaufnehmer
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Potentiometrischer Wegaufnehmer
Berührungssensitiv
Arbeitet wie linear veränderbarer Widerstand, Schleifer wird über Widerstandsbahn gezogen, schließt man Spannung an so ist die Ausgangsspannung am Schleifer proportional zur Position auf der Widerstandsbahn.
Absolutes Verfahren (Sofortiger Messwert)
Einfach
Nur 1 Spannungsquelle notwendig
Wege zw. 10-2000mm
Berührungssensitiv: Griffel greift Teilspannung ab,die linear der X/Y-Richtung des Griffels entspricht.
Koordinaten werden getrennt bestimmt.
Dioden am Rand verhindern Kurzschluss
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Induktiver Wegaufnehmer
Wegmessung erfolgt berührungslos
Schubstange aus Metall wird zw. mehreren Spulensystemen hin/hergeschoben.
Wenn mittig -Ausgangsspannung = 0 da sich die gegenphasigen gleich großen induzierten Spannungen aufheben.
An Phasenlage zw. Differenz/Ausgangsspannung lässt sich Richtung bestimmen
Sehr robust (Immun gg. Vibration/Beschleunigung für Oszillierdende Bewegung <1mm geeignet
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Magnetostriktive Wegaufnehmer
Eisen Nickel Rohr mit Kupferdraht
Stromimpuls erzeugt Magnetfeld, an der zu messenden Stelle ist ein Permanentmagnet als Positionsgeber angebracht. Dort überlagern sich die Magnetfelder, Mechanische Welle wird erzeugt und läuft zum Signalwandler und erzeugt dort el. Signal. Aus Laufzeit von Enstehung bis Wandler lässt sich Abstand (proportional) Signalwandler-Magnet Bestimmen.
Unempfindlich gg. T, Schock/Vibration, Schmutz
Einsatz: Walz/Stahlwerke
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Optische Wegaufnehmer
Binär Code
Gray Code
Für Absolute/inkrementelle Messungen von Längen und Winkeln.
Analoge Größe Weg wird mittels einer binär codierten Rasterscheibe von Lichtschranken abgetastet. Codes verändern sich zur Fehlervermeidung immer nur um 1 Stelle.
Es gibt
Binär Code Gray Code (genauer)
Für inkrementelle Messung genügen 2 Spuren mit 2 Lichtschranken, Bewegungsrichtung durch 90° phasenverschobene Anordnung des Musters erkennbar.
Recheckförmiger Signaverlauf, keine hohe Ausläsung daher wird auch Sinus/Dreieckformsverlauf der Ausgangsspannung verwendet.
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Optoelektronischer Positionsdedektor
Wie Fotodiode aufgebaut.
Auftreffender Lichtstrahl erzeugt Strom - fließt geteilt zu Kontakten A/B ab.
Da an beiden Seiten die gleiche Spannung, teilt sich Gesamtstrom der durch C fließt mit dem Kehrwert der Widerstände Ra/Rb.
Somit laut ohmschen gesetzt a(länge)=D(gesamtlänge)x(Ib/Ia+Ib)
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Lichschranken
Lichtquelle strahlt Licht auf Kondensator - wandelt es in paralleles Strahlenbündel um , Messtrecke, Optik fokussiert Strahlen auf Fotodiode. Tritt Gegenstand in Lichststrahl so verringert sich die Ausgansspannung.
Meist Infrarot um Umgebungslicht zu eliminieren.
Laser als Lichtquelle für Präzisionsmessung (ohne Condens.)
Abstandsmessung durch 2 parallele Lichtwellenleiter möglich.
Anwendung: Personenschutz Lichtvorhang, Zählen von Stückgut, automatische Türen.
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Halbleiter Bildaufnehmer
Prinzip des Fotoeffekts
In Abhängigkeit der Lichstrahlintensität werden in Siliziumkristall e- Löcher-Paare Erzeugt. Elektronen sammeln sich unter den Elektroden da sie frei beweglich sind würde das durch einfallende Licht erzeugte Ladungsprofil zerfließen daher Potentialbarrieren. (e eingesperrt)
Größe eines Bildpunktes bestimmt somit die Auflösung eines Bildaufnehmers.
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Faseroptischer Messwertaufnehmer
Michelson Interferometer
Hochauflösliche Wegmessung im µm Bereich
Der vom Laser emittierte Lichstrahl wird in Richtkoppler in 2 Strahlen zerlegt.
1. verläuft Refenzlichwellenleiter zum Reflexionsstück und wieder zurück zur Fotodiode
2 verläuft Messlichtwellenleiter zur Ankoppelvorrichtung für Messgröße P zum Reflexionsstück und zurück zur Fotodiode
Durch die Überlagerung der Strahlen mit unterschiedlicher optischer Weglänge kommt es zu periodischem Signal mit Intensitäts/max/minima. Aus der Anzahl im Messintervall durchlaufenen Max/Min löst sich Weglänge bestimmen.
Positions und Geschwindigkeitsmessung
Faseroptischer Messwertaufnehmer
Faseroptischer Kreisel
Anwendung
2 Lichtstrahlen werden verschickt
1. im UZS 1 gegen UZS. Wenn System ruht Einspeisungspunkt = Ausspeisungspunkt
Wenn Rotation um w im UZS so bewegt sich Kreisel während Lichstrahlendurchlaufs von P1 zu P2. Damit erreich derim UZS laufende Strahl den P2 später als der gegen den USZ laufende. Wegdifferenz ist 2/.
Die 2 Lichstrahlen werden zur Interferenz gebracht, Laufzeitunterschied ist Maß für Winkelgeschwindigkeit w.
Durch Lichstrahlüberlagerung –> Interferenzmuster
Drehung des Kreisels bewirkt eine Musterverschiebung.
Durch Abtastung mittels 2 versetzten Fotodioden kann man Drehrichtung/Drehgeschwindigkeit ermitteln.
Anwendung: Navigationsinstrumente (Luft Raumfahrt)
3Kreisel übereinander XYZ Achsen –> Positionsbestimmung durch Ausgangspunkt.
Kraft und Drucksensoren
Dehnmessstreifen
Elektrodynamische Schwingungsaufnehmer
Piezoelektrische Messwertaufnehmer
Integrierte Beschleunigungssensoren
Kraft und Drucksensoren
Dehnmessstreifen
Dehnung = Verändern der geometrischen Abmessungen = Widerstandsänderung
Metall DMS:
Draht DMS: für Hochtemperatur Anwendung
Folien DMS: Messgitter wird aus Metallfolie herausgeätzt sehr genau
Dünnschicht DMS:
-Thermisches Aufdämpfen von Metarial auf Trägerfolie
- Spattern (Kathodenzerstäubung): Argoniodnen schlagen durch Aufprall Partikel aus Oberfläche, diese erzeugen eine dünne Schicht
- CVD: Prozessgase in Atomare Bestandteile - gewünschtes Teil spaltet sich auf Sensoroberfl. ab
Kraft und Drucksensoren
Elektrodynamische Schwingungsaufnehmer
Funktioniert wie Lautsprechersystem
Aufnahmespule ist mit seismischer Masse verbunden und wird mittels Feder in Mittellage gehalten.
Permanentmagnetsystem ist mit Messobjekt starr abgekoppelt.
Durch mechanische Schwingungen/Beschleunigung des Messobjektes taucht der Permanentmagnet mehr/weniger in Aufnahmespule ein.
Dadurch ändert sich der Magnetische Fluss in der Aufnahmespule was man messen kann.
Kraft und Drucksensoren
Piezoelektrische Messwertaufnehmer
Piezoelektrizität: Druckkraft auf Kristall bewirkt Verschiebung der Ladungsschwerpunkte an der Oberfläche des Kristalls, elektrische Ladung ist nachweisbar.
Alle ferroelektrischen Materialien sind piezoelektrisch aber nicht umgekehrt.
Materialien: Kristall (Quarz ) geringe T-Abhängigkeit
Keramik
Kraft wirkt auf Quarz (SiO2). Si4+/O2- Ionen werden verschoben und Platte eins positiv platte2 negativ geladen.
Piezoelektrische Messwertaufnehmer nur für quasistatische / dynamische Messungen geeignet da Ladung wieder mit der Zeit abfließt.
Ladungsverstärker: Setzen Ladung in Spannung um, fließt nicht mehr ab.
Spannung ist direkt proportional zur Ladung.
Anwendung: Druckverhältnise zb in Zylinderkopf(Motor) überprüfen (so kann man Klopfen messen)
Kraft und Drucksensoren
Integrierte Beschleunigungssensoren
Sensore komplett auf 1 Chip - billig 10 kHZ Bandbreite auch für statische Messung geeignet Unempflindlich gegenüber tempänderung Auswertungselektronik bereits integriert
2 gleich große Kapazitäten im Ruhezustand.
Wenn durch a eine Kraft auf den Balken ausgeübt wird verschiebt sich dieser und die beiden Kapazitäten verändern sich gegenläufig. Die Kapazitätsänderung wird am Chip mittels Elektronik ausgewertet.
Anwendung: Airbag auslöser, Gurt Straffer, Gasabschaltung bei Erdbeben,, Navigation, Maus, Neigungssensoren, Fahrwerksregelung
Temperatur Sensoren
Thermoelement Temperaturabhängiger Widerstand Bandgap-Referenz Strahlungsthermometrie Pyroelektrische Sensoren
Temperatur Sensoren
Thermoelement
Vorteile
Werden die Verbindungsstellen 2er Materialien auf verschiedener Temperatur gehalten so tritt eine Thermospannung auf.
1 Verbindungsstelle = Messtemperatur
2 Verbindungsstelle = Referenztemperatur
Thermospannung aufgrund unterschiedlicher e-Beweglichkeit in den Materialien
Spannung steigt mit Temperatur da e mehr wandern können.
Potentialdifferenz hängt von Spannungsreihe ab
präzise
robust
tiefen-hohen Temperaturen einsetzbar
nahezu lineares T/Thermospannungs Verhältnis
Problem ist die Kaltstellenkompensation zur Messung von absoluten Temperaturen
Temperatur Sensoren
Temperaturabhängiger Widerstand
RTD (Resistance Temp. Detector)
Metalldraht mit pos. Widerstandskoeffizienten
Keine Kaltstellenkompensation
Platin Nickel Kupfer Nickeleisen
In Brückenschaltungen betrieben oder konstanter Strom eingeprägt
Spannungsabfall wird gemessen (Verfläschung durch Eigenerwärmung)
Thermistoren:
Temp.Abhängige Widerstände aus Halbleiter Materialien.
Widerstandsänderung beruht auf Beweglichkeit der Ladungsträger im Halbleiter.
NTC= Negative Temp Coeffizient PTC = Positive Temp. Coeffizient
Hohe Empfindlichkeit durch hohen Temp. Koeffizienten geringer Preis Hoher Wertebereich (Ohm-Megaohm) hohe Nichtlinearität (schlecht) eingeschränkter T-Bereich
Temperatur Sensoren
Bandgap Referenz
liefert temperaturstabile Differenzspannung
hohe präzision
geringer schalttechnischer Aufwand
PTAT: Proportional to absolute Temperature
CTAT: Complementary to absolute Temp (sinkt wenn T steigt)
FET: Field effect Transistor
CWT: Constant with Temperature
Benötigt Versorgung
linearität 1°
Temperatur Sensoren
Strahlungsthermometrie
Schwarzer Strahler
Vergleichspyrometer
Gesamtstrahlungspyrometer
Schwarzer Strahler: Hohlraum (Ofen) mit Öffnung sendet Temperaturstrahlung aus, die von der Temperatur der Begrenzungswände des Hohlraums abhängt. Die Gesamtstrahlleistung P ist proportional zur 4ten Potenz der absoluten Temperatur und zur Fläche der Öffnung.
Strahlungspyrometer:
Vergleichspyrometer: nur ein Teil des Strahlungsspektrums wird genutzt. Heizstrom wird über den Vorwiderstand so eigestellt dass er die gleiche Strahlungsdichte wie der Glühfaden hat. Strom ist somit ein Maß für die Spektrale Strahlungstemperatur des Messgegenstads. Dies entspricht der Tmeperatur auf die man einen schwarzen Strhaler bringen muss damit er die gleiche Spannungsdichte wie der Messgegenstand hat.
Gesamtstrahlungspyrometer:gesamter Strahlungsspektralbereich wird erfasst. Das geschwärzte Thermoelement wird von Temp.Strahlung erwärmt. Dies erzeugt Thermoquellenspannung. diese ist ein Maß für die gesuchte Temperatur.
Kurze Einstellzeit
wenn anstatt Thermoelements Fotoelemente/zellen benutzt werden muss man diese vorher kalibrieren !
Temperatur Sensoren
Pyroelektrische Sensoren
Jeder Körper über 0°C sendet Wärmestrahlung aus.
Pyroelektrische Sensoren bestehen aus PZT-Keramik (Blei Zirkonat Titanat)
Temperatursprung fürht zur Ladungsverschiebung und diese kann mit hochohmigen Verstärkern nachgewiesen werden.
Pyroelektrische Sensoren eignen sich zur Detektion von Wärmestrahlung im Infrarot Bereich(Wällenlänge 1-20µm)
Anwenung: Berührungslose Erfassung von Wärmequellen, Gasanalyse, Hochtemp.prozesse
Chemische Sensoren
Metalloxid Gassensor
Festelektrolyt Gassensor
Ph-Wert-Sensoren
Wärmetönungs/leitungs-Gassensoren
Chemische Sensoren
Metalloxid Gassensor
El. Widerstand von Metalloxiden weist bei 150-400° eine Abhängigkeit von Stoffart/Konzentration oxidierbarer bzw reduzierbarer Gase auf.
Leitfähigkeit erhöht sich proportional zur Konzentration.
Nachweisbereich: 1-1000ppm GasKonzentration
Heizleistung 0,5-1,5w Hohe T ist erwünscht um kleine Zeitkonstante zu erzielen
Nachweis von oxidierbaren Gasen - N-Leitende Metalloxide
zb. SnO2, ZnO,TiO2 für CO H2 CH4 (Gase)
Nachweis von reduzierbaren Gasen - P-Leitende Metalloxide
zb CuO, NiO,CoO für O2, NO2 (Gase)
Durch Ausnutzen von Querempfindlichkeiten lassen sich Sensoren für Gasgemische aufbauen. (sprechen auf mehrere Gase an)
Chemische Sensoren
Festelektrolyt Gassensor
Sensorischer Effekt erst ab 1000°C daher nur für hochtemperatur Gaskonzentrationsmessungen
zb Verbrennungsanlage, Lambda Sonde im KFZ
Potentiometrische Schaltung Sensor erzeugt Spannung selbst Messung der Spannungsdifferenz zw. 2 Elektroden Stromlos Grundlage ist die NERNST Gleichung
Amperometrische Schaltung
sehr empfindlich - kleinste Konzentration messbar
oft querempfindlich
liefert messbaren Strom
Messung von Diffusionsgrenzströmen zw. Messelektrode und Referenzelektrode bei konstantem Potential
Strom ist abhängig von Temperatur, Konzentration und Potential
- Sensoren mit freier Arbeitselektrode
- Sensoren mit membranbedeckter Arbeitselektrode
Chemische Sensoren
Ph-Wert-Sensoren
Bestimmung von Ionen in Flüssigkeiten nach Stoffart/Konzentration
pH-Wert von Lösugn ist Maß für Säuregehalt
0-7 sauer
7-14 alkalisch basisch
Glaselektroden Messzelle
Glasrohr in dem ein Bezugselektrolyt mit bestimmter Konzentration und eine Messelektrode sind.
Membran am unteren Ende lässt nur H3OH+ Austausch zu. –>Diffusionsionenstrom - Aufbau einer Potentialdifferenz - Ausgangsspannung entsteht.
Unterschiedliche Membranen ermöglichen Unterschiedliche Messlösungen
Ionensensitive Feldeffekttransistoren (ISFET) Basiert auf Veränderung des Feldeffekts welches sich zw. Quelle und Lösung befindet.
Ionensenstive Schicht, wird mit zu messender Flüssigkeit in Kontakt gebracht, es bildet sich ein Oberflächenpotential dieses addiert sich zur angelegten Spannung der Bezugselektrode und führt somit zur Änderung des Stromes welcher gemessen wird. (direkt Proportional zur Konzentration)
Chemische Sensoren
Wärmeleitungs/tönungs Gassensoren
für brennbare und toxische Gase um Einhaltung von Grenzwerten zu überprüfen
Alarm sobald UEG um 20% Überschritten
UEG Untere Explosionsgrenze
OEG Obere Explosionsgrenze
Wärmetönungs Gassensor
für brennbare gase
besteht aus beheizbaren katalytischem Messwiderstand und inaktiven Referenzwiderstand
Mittels el. Stromes wird Sensor auf 300-500°C gebracht, in Abhängigkeit von Konzentration erhöht sich durch Reaktionswärme die Temperatur des Messwiderstandes.
Auswertung durch Brückenschaltung der Beiden Widerstände.
Anwendung: Gaswarngeräte UNTERHALB DER UEG!!!
(da bei höherer Konzentration der Sauerstoff für Verbrennung fehlt)
Wärmeleitungs Gassensor
funktioniert durch unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit von Gasen
Mess und Referenzwiderstand in Serie geschalten.
In Messzelle sorgt Gas/Luft Gemisch für Wärmeabfuhr vom Messwiderstand. Die Temperatur des Messdrahts ist somit umgekehrt proportional zur Wärmeleitfähigkeit des Gases.
Anwendung: Zur Bestimmung von CO2 in Rauchgasen.
Nur für Messungen OBERHALB DER UEG !!!
(da zuviele Messfehler/Querempf. bei kleiner Konzentration)
Feuchte Sensor
Sättigungs Absolute Relative Feuchte
Kapazitiver Feuchte Sensor
Sättigungsfeuchte: In Luft ist nur bestimmte Menge von Wasserdampf lösbar. (T-abhängig)
Absolute Feuchte: Wassermasse/Luftvolumen in g/m³
Relative Feuchte: Verhältnis Absoluter Feuchte/Sättigungsfeuchte
Kapazitiver Feuchte Sensor:
2 Elektroden auf einem Substrat (zb Glas). Darüber ein Feuchteempfindliches Dielektrikum.
Deckelelektrode (Wasserdampfdurchlässig) aus Metall bewirkt kapazitive Kopplung der beiden Elektroden.
Linearisierung der Kapazität von der Feuchte ist durch Reihenschaltung eines Kondensators erreichbar.
Genauigkeit 1%
Zeitkonstante 1s
Auswertung der Kapazitätänderung über C-Gesteuert Oszillatoren bzw Multivibratoren.
Durchfluss Sensoren
Wirkdruck Sensoren
Magnetisch Induktiver Durchflussmesser
Ultraschall Clamp On Technik
Durchfluss Sensoren
Wirkdruck Sensoren
Blendscheibe verursacht strömungsabhängigen Druckabfall.
Vor der Blendscheibe ist ein hoher Druck, dahinter ein niedriger. Von den Aufnehmern wird jeweils der Druck gegenüber dem Umgebungsdruck gemssen und in Differenzverstärkern subtrahiert.
Durchfluss Sensoren
Magnetisch Induktiver Durchflussmesser
Beruht auf Faradayschem Induktionsgesetz.
Wir in einem Magnetfeld ein Leiter bewegt, so wird in diesem eine Spannung induziert.
Fließender Messstoff ist der bewegte Leiter
Magnetfeld konstanter Stärke durch 2 Feldspulen zu beiden sSeiten des Messrohres, Senkrecht dazu auf Rohrinnenseite 2 Messelektroden welche die Spannung abgreifen.
Induzierte Spannung ist Proportional zu Durchflussgeschwindigkeit und Volumendurchfluss.
Wechselndes Magnetfeld –> stabiler Nullpunkt
Unabhängig von Druck Dichte Temperatur
Feststoffbeladene Fülssigkeiten messbar (Schlamm)
keine störende Teile die in das Messrohr ragen
Messsicherheit, Langzeitstabil, Reporduzierbar
GESAMTER QUERSCHNITT DES MESSROHRES MUSS AUSGEFÜLLT SEIN
Durchfluss Sensoren
Ultraschall Clamp On Technik
Eingriffsfreie Strömungsmessung in Rohren
Schallwandler auf Rohrwand aufgeklemmt.
Bei geeigneter Dimensionierung in großem Nennwertbereich einsetzbar.
Schallausbreitung in Form von Schallimpulsen zw. Wandler 1 und Wandler 2.
Weg der Schallwellen weist eine Komponente in Strömungsrichtung auf sodass die Laufzeit des Schalls auch von Strömungsgeschwindigkeit und von Schallgeschwindigkeit im Fluid abhängt. Wird aber durch Messung der Laufzeit in/entgegen der Strömungsrichtung eliminiert.
Einsatz: Abwasserrohre, Produktion Industrie,
Nachrüchstbar ohne Prozessunterbrechung, Dauerhafte präziese Messung
Kontaminationsfrei
Radioaktivitätsmessung
Alpha Strahlung: positiv geladene Helium Kerne
Beta Strahlung: Elektronen
Gamma Strahlung: elektromagnetische Wellen mit extr. kleiner Wellenlänge
Wirken alle Ionisierend: sie lösen Elektronen aus Molekülen und Atomen heraus sodass diese als positiv geladene Ionen zurückbleiben.
Arten: Zählrohr
Szintillationszähler
Halbleiter Detektor
Radioaktivitätsmessung
Zählrohr
Stoßionisation
Diskonversionsfaktor
Glasrohr in dem ein Kathodenzylinder eingeschmolzen ist oder Glasrohr mit Metall bedampft.
Im Zentrum ist ein Anodendraht gespannt. Einige 100 V liegen zw Anode und Kathode an. Feldstärke steigt zum Draht hin kontinuierlich an und erreicht sehr hohe Werte.
Durch ionisierte Strhalung entstehen ElektronenIonen Paare welche durch Feldstärke so stark beschleunigt werden dass sie andere Atome/Moleküle ionisieren.
Dadurch Stoßionisation –> wird zur Impulsverstärkung ausgenutzt.
Im Ionisationskammerbereich wirkt keine Stoßionisation, Strom hängt nur von Strahlungsstärke nicht aber von Spannung ab.
Im Proportionalitätsbereich löst jedes einfallende Teilchen eine Lawine aus, die Höhe der el. Impulse ist porportional zur Energie der einfallenden Teilchen
Im auslösebereich wird bei jedem einfallenden Strahl das Ganze Rohr gezündet. Impulshöh ist immer gleich egal wieviel Energie.
Weitere Erhöhung der Spannung löst Glimmentladung aus - Rohr Explodiert
Diskonversionsfaktor
Beziehung zw. gemessener Zerfallsrate eines radioaktiven Strahls der in den menschlichen Körper gelangt ist und der Strahlenbelastung pro Jahr.
Abhängig von Zusammensetztung, Art, Energie, Art der Aufnahme
Radioaktivitätsmessung
Szintillationszähler
Röngten/Gamma-Strahlen treffen auf Szintillationskristall und lösen Lichtblitzer aus, diese lösen in einer Fotokathode Elektronen aus. Anzahl der Elektronen wird durch Lawineneffekt in mehreren Stufen um 10³-10^8 erhöhrt.
Der STromimpuls an der Anode ist proportional zur Energie der Strahlung.
Anwendung: Energiespektrum ermitteln
Radioaktivitätsmessung
Halbleiter Detektor
Trennscharfe Auflösung des Energiespektrums
müssen allerdings gekühlt werden (-190°) um Eigenleitung gering zu halten daher meist nur im wissenschaftlichen Bereich angewandt.
Radioaktiver Strahl dringt im Halbleiter ein, erzeugt freie Elektronen(löcher) also Ladungsträger. Wenn 2 Metallelektroden an gegenüberliegenden Flächen - el Spannung - saugt Elektronen ab und ein Strom ist messbar.
Anwendung: Messung von energiereichen Röntgen und Gammastrahlen
Magnetfeld Sensoren
Lorentz Kraft
Arten
Anwendung
Lorentz Kraft: Diese Kraft wird auf eine im Magnetfeld bewegte Ladung ausgeübt.
Ist Ursache für Halleffekt und magnetoresistiven Effekt.
Halleffekt/Hallgenerator
Feldplatten
Giant Magneto Resistors
Anwendung: Positionserfassung Kollektorloser Gleichstrommotor Druckmessdose Strommessung
Magnetfeld Sensoren
Halleffekt/Hallgenerator
Halbleiter Plättchen mit 4 Anschlüssen.
Strom durch bewegte Ladungsträger. Wirkt auf das Plättchen ein Magnetfeld in senkrechter Richtung so werden die Ladungsträger durch die Lorentzkraft zur Seite gedrückt.
Dadurch bildet sich auf den beiden gegenüberliegenden Seiten des Plättchens eine Hall-Spannung aus. Es entsteht ein el. Feld welches die Lorentzkraft im Gleichgewicht hält.
Magnetfeld Sensoren
Feldplatten
Widerstände di durch ein Magnetfeld steuerbar sind.
Verbindungshalbleiter mit hoher Ladungsträgerbeweglichkeit mit eingebauten Nickelantmonid Nadeln. (gut leitend)
Ohne magnetfeld: Strohmbahnen verlaufen gerade und parallel zw Stirnflächen.
Wirkt ein senkrechtes Magnetfeld so werden Elektronen auf grund der Lorentz Kraft abgelenkt (zick zack) Durch die verlängerte Wegstrecke erhöht sich der Widerstand.
Um Widerstand zu bestimmen wird Spannung angelegt und Strom eingebracht.
Muss wegen negativen Temp.koeffizienten in Brückenschaltung betrieben werden. Feldplatte nicht über 95° .
Empfindlichkeitssteigerung durch Vormagnetisierung möglich.
Magnetfeld Sensoren
Giant Magneto Resistors
Problem bei Feldplatten/Hallgenerator ist dass Messgröße von Größe der Induktion abhängt.
GMR_Sensoren reagieren nur auf RICHTUNG des Magnetfeldes.
11 Schichten, 25nm. Eisen-kupfer/cobalt-eisen.
Eisen folgt externer Magnetrichtung, Cobalt hat vorgegebene Magnetrichtung.
Streuung der Elektronen führt zur R-Erhöhung
Maximaler Widerstandswert wenn Magnetrichtungen entgegengesetzt sind.
GMR Effekt unabhängig von Strom nur von Winkel der weich/hartmag. Schichten abhängig.
Mind Feldstärke von 5kA/m erforderlich
Hauptanwendung: Verschleißfreie kontaktlose Erfassung von Drehbewegungen.
Aktorik
Hubmagnet
Weicheisenkreis umschließt beweglichen zylinderförmigen Eisenanker. Um Anker ist eine Spule gewickelt.
Wird Spule vom Strom durchflossen so versucht der Mag. Fluss den Luftspalt im Magnetkreis zu schließen, dadurch wird Anker nach links gezogen.
Empfindlichkeit über Windungszahl steigerbar.
Anwendung:
Magnetventile : Zur Stuerung von Hydraulik/Pneumatik Ventilen, (Offen geschlossen 2 Zustände)
Elektrohydraulisches Servoventil
