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Messung mechanischer Eigenschaften

Messung mechanischer Eigenschaften. 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. Geometrische Faktoren. Induktivität

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Messung mechanischer Eigenschaften

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Presentation Transcript

  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. Dynamisch über Impedanzmessung Strom bei stationärer Wechselspannung Statisch über Messung einer induzierten Spannung Induktive Sensoren 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 hohenFrequenzen.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) Beweglichedünne Metall-membran U~ R 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 • l: Länge • d: Breite • h: Höhe • r: spez. Widerstand F F I Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)

  9. Hooke‘sches Gesetz • L: Länge • d: Breite • S: Zugspannung • E: Elastizitätsmodul • s: Poissonzahl F F 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 Abgleich- Potentiometer R2 V R2 R1 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 R1=R2=R1‘=R2‘ Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)

  21. Vollbrücke aus zwei Halbbrücken +5 V +5 V R2 R2 R1 R1 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 Nanopraktikum:N=2001 • Kraft auf magn. Dipol • F=p * dB/dz • Feld der endlichen Spule: Elektronisch messen, steuern und regeln (Lektion 4): Mechanische Grössen (Sensoren II)

  24. B: Flächenträgheitsmoment b: Breite des Balkens h: Höhe (bzw. Dicke) d. B. L: Länge des Balkens E: Elastizitätsmodul Einseitig eingespannter Balken. z 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)

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