TECHNOLOGIEREFERAT
THEMA: MESSWERTAUFNAHME
Inhaltver1. Meßwertaufnehmer1.1. Das Prinzip der Meßwertaufnahme
1.2. Der Begriff Meßwertaufnehmer
2.
Wegaufnehmer
2.1. Der Ohmsche Wegaufnehmer
2.2. Induktive Wegaufnehmer
2.3.
Kapazitive Wegaufnehmer
2.4. Induktive Näherungssensor
3. Meßwerte
3.1. Meßwertaufbereitung
3.
2. Meßwertübertragung
Anhang: Folie
1.1. Das Prinzip der Meßwertaufnahme
Der Sensor nimmt die physikalische Größe (z.B. Temperatur)
auf.
Eine Anpaßschaltung besteht aus Filter und Verstärker und sorgt so für ein entstörtes, verstärktes und genormtes Ausgangssignal. Je nach Einsatzgebiet kann das analoge Signal auch mittels eines A/D-Wandler in ein digitales Signal umgewandelt werden.
An letzter Stelle steht die Ausgabe des Signal durch Zeiger (analog) oder Digitalanzeigen.
Eine Meßkette besteht aus Meßkettenglieder. Jedem dieser Glieder wird ein sogenannter Meßgliedkoeffizient C zugeordnet. Er wird durch folgende Rechnung ermittelt:
Beispiel bei einem Thermoelement:
1.
2. Der Begriff Meßwertaufnehmer
Man unterscheidet bei Sensoren zwischen passiven und aktiven Meßwertaufnehmer.
Die passiven Meßwertaufnehmer ermitteln indirekt die Meßgröße und lassen sich in drei Kategorien unterteilen:
Ohmsche Meßwertaufnehmer: Der Widerstand ändert sich durch mechanische Einflüsse. Die zu messende Größe wird durch diese Widerstandsveränderung festgestellt.
Induktive Meßwertaufnehmer: Die zu messende Größe wird durch die Veränderung der Induktivität ermittelt, die durch Verschiebung des Eisenkerns hervorgerufen wird.
Kapazitive Meßwertaufnehmer: Die Meßgröße wird anhand der Kapazitätsänderung durch die mechanische Abstandsänderung der Kondensatorplatten bestimmt.
Die aktiven Meßwertaufnehmer erzeugen direkt eine zur physikalischen Meßgröße proportionale Spannung.
2.1. Der Ohmsche WegaufnehmerEin Ohmscher Wegaufnehmer dient zur Messung von Strecken, Position, Winkel.
Problemstellung: Ein zurückgelegter Weg bzw. eine bestimmte Position beispielsweise eines Druckerwagens soll ermittelt werden.
Ansatz: Eine Spannung muß in Abhängigkeit des Weges bzw. der Position des Wagens gebracht werden.
Realisierung: Ein Widerstandsdraht wird an die Spannung U angeschlossen. Ein : sogenannter Wegaufnehmer greift einen Teil des Widerstandsdrahtes ab. Die Spannung U2 ist proportional zur Länge l2.
Formel:
Es gilt die sogenannte Spannungsteilregel.
Der Widerstand des gesamten Drahtes wird durch errechnet, wobei g die spezifische Leitfähigkeit des Widerstandsdrahtes ist und q der Querschnitt des Leiters.
Der Widerstand Teilstückes l2 läßt sich also mit ermitteln.
Logischer Weise ist .
Setzt man nun R und R2 ein, erhält man .
Man sieht, je größer l2 ist, desto größer ist U2; sie sind proportional.
Diese Proportionalität gilt nur dann, wenn der Spannungsteiler unbelastet ist, d.
h. er besitzt keinen Widerstand. Die Proportionalität wird allerdings annähernd bei einem hochohmigen Spannungsteiler erreicht. Als Spannungsteiler bezeichnet man den Teil zwischen dem Spannung U2 gemessen wird.
Der Nachteil beim Widerstandsdraht besteht darin, daß nur geringe Widerstandswerte (R2) erreicht werden und dadurch eine geringe Präzision gewährleistet ist. Eine Alternative hierzu ist es, wenn man einfach den Draht zu einer Wendel verformt.
Der einzige Nachteil wiederum ist es, daß der sogenannte Schleifer beim „springen“ von Windung zu Windung den Widerstandswert nur sprunghaft ändert (siehe Abbildung rechts).
Abhilfe schafft ein Schleifdraht, ein aus Leitplastik bestehendes Material, welches durch Einlagerung von Kohle leitet. Mehrere Kontaktfinger sorgen für einen guten Kontakt zwischen Schleiferdraht und Schleifer.
(Siehe auch Folie Abb. 1 (Schleifdraht), 2 (wendelförmiger Widerstandsdraht))
2.2.
Induktive WegaufnehmerEin induktiver Wegaufnehmer mißt den zurückgelegten Weg anhand der Induktivitätsveränderung. Er besteht aus einem beweglichen Eisenkern (Anker) der von meistens zwei Spulen ummantelt ist. Die Induktivität ist abhängig von der Leitfähigkeit des Eisenkerns, der Anzahl der Windungen und den Abmessungen der Spule. Diesen Aufbau nennt man auch Tauchankergeber.
Um nun einen Weg messen zu können muß dieser Komplex in eine Brückenschaltung (siehe rechts) eingebaut werden. Wird der Eisenkern (schwarzer Balken) nun verschoben, so entsteht eine Brückenspannung U2.
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