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Aufbau eines kapazitiven Drucksensors für Hochtemperaturanwendungen

Holzinger, Jan (1996):
Aufbau eines kapazitiven Drucksensors für Hochtemperaturanwendungen.
Technische Universität Darmstadt, [Diploma Thesis or Magisterarbeit]

Abstract

Zusammenfassung:

Drucksensoren gewinnen durch die Automatisierungstechnik zunehmend an Bedeutung. In der Prozessmesstechnik wird das kapazitive Messprinzip neben dem resistiven am häufigsten verwendet. Für die Realisierung einer Differenzdruckmessung für den Hochtemperaturbereich sollen zwei kapazitive Absolutdrucksensoren verwendet werden. Bei einem Sensor soll die keramische Messzelle direkt an den bis zu 150°C warmen Prozess gebracht werden. Aufgabe dieser Arbeit ist es, die Einflüsse der Hochtemperatur und der notwendigen räumlichen Trennung von Primärelektronik und Messzelle auf die Genauigkeit des Sensors zu untersuchen. Dazu musste zunächst ein geeigneter Messplatz eingerichtet werden. Für die auf die Messzelle begrenzte Erwärmung bis 150°C wurde eine geregelte Gleichstromheizung entworfen und gebaut, die vom Messplatzrechner aus steuerbar ist. Um die verschiedenen Störeinflüsse voneinander zu trennen, wurde eine Messsystematik aus dem Sensoraufbau abgeleitet. Dabei wurden die Einflüsse auf Messzelle, kapazitive Messung und Kalibrierung des Sensors ermittelt, um Erkenntnisse für einen Musteraufbau zu erlangen. Für eine geforderte Genauigkeit der Differenzdruckmessung von 0,2% darf ein einzelner Sensor nur 0,1% Fehler aufweisen. Da Offset und Steigung der Kennlinie schon bei Temperaturen bis 80°C deutlich davon abweichen, ist es notwendig, den Temperaturgang des Sensors über eine Sekundärelektronik weiter zu korrigieren. Ein Linearitätsfehler 3.Ordnung und der Einfluss der Umgebungstemperatur an Elektronik und Bezugsdrucksensor müssen ebenfalls über eine Temperaturmessung kompensiert werden. Der Fehler, der durch Absetzen der Primärelektronik entsteht, lässt sich dagegen durch neuerliches Kalibrieren des Sensors kompensieren.

Technische Daten:

* Messbereich der Absolutdrucksensoren: 80 bis 120kPa

* Genauigkeit des Differenzdrucksensors bezogen auf 10kPa: 0,2%

* Temperaturbereich der Prozeßmesszelle: -20 bis 150°C

* Temperaturbereich des Bezugssensors: -20 bis 80°C

Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Erschienen: 1996
Creators: Holzinger, Jan
Title: Aufbau eines kapazitiven Drucksensors für Hochtemperaturanwendungen
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Drucksensoren gewinnen durch die Automatisierungstechnik zunehmend an Bedeutung. In der Prozessmesstechnik wird das kapazitive Messprinzip neben dem resistiven am häufigsten verwendet. Für die Realisierung einer Differenzdruckmessung für den Hochtemperaturbereich sollen zwei kapazitive Absolutdrucksensoren verwendet werden. Bei einem Sensor soll die keramische Messzelle direkt an den bis zu 150°C warmen Prozess gebracht werden. Aufgabe dieser Arbeit ist es, die Einflüsse der Hochtemperatur und der notwendigen räumlichen Trennung von Primärelektronik und Messzelle auf die Genauigkeit des Sensors zu untersuchen. Dazu musste zunächst ein geeigneter Messplatz eingerichtet werden. Für die auf die Messzelle begrenzte Erwärmung bis 150°C wurde eine geregelte Gleichstromheizung entworfen und gebaut, die vom Messplatzrechner aus steuerbar ist. Um die verschiedenen Störeinflüsse voneinander zu trennen, wurde eine Messsystematik aus dem Sensoraufbau abgeleitet. Dabei wurden die Einflüsse auf Messzelle, kapazitive Messung und Kalibrierung des Sensors ermittelt, um Erkenntnisse für einen Musteraufbau zu erlangen. Für eine geforderte Genauigkeit der Differenzdruckmessung von 0,2% darf ein einzelner Sensor nur 0,1% Fehler aufweisen. Da Offset und Steigung der Kennlinie schon bei Temperaturen bis 80°C deutlich davon abweichen, ist es notwendig, den Temperaturgang des Sensors über eine Sekundärelektronik weiter zu korrigieren. Ein Linearitätsfehler 3.Ordnung und der Einfluss der Umgebungstemperatur an Elektronik und Bezugsdrucksensor müssen ebenfalls über eine Temperaturmessung kompensiert werden. Der Fehler, der durch Absetzen der Primärelektronik entsteht, lässt sich dagegen durch neuerliches Kalibrieren des Sensors kompensieren.

Technische Daten:

* Messbereich der Absolutdrucksensoren: 80 bis 120kPa

* Genauigkeit des Differenzdrucksensors bezogen auf 10kPa: 0,2%

* Temperaturbereich der Prozeßmesszelle: -20 bis 150°C

* Temperaturbereich des Bezugssensors: -20 bis 80°C

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Druckmessung kapazitiv, Streukapazität, Temperaturregelung, Temperaturverhalten Drucksensor
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Measurement and Sensor Technology
Date Deposited: 15 Sep 2011 14:21
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1313

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 13-12-1995

Ende Datum: 20-03-1996

Querverweis: 17/24 EMKD 1302

Studiengang: Elektrotechnik (ET)

Vertiefungsrichtung: Elektromechanische Konstruktionen (Dipl.)

Abschluss: Diplom (EMK)

Identification Number: 17/24 EMKD 1313
Referees: Kuhn, Dipl.-Ing. Sven and Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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