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Dynamische Anregung von Drucksensoren

Hashemi, Nasir (1996):
Dynamische Anregung von Drucksensoren.
Technische Universität Darmstadt, [Diploma Thesis or Magisterarbeit]

Abstract

Zusammenfassung:

Zur dynamischen Anregung von Drucksensoren nach den Richtlinien DIN IEC 770 wurden in dieser Arbeit je eine Einrichtung zur Generierung von Drucksprüngen sowie von harmonischen Druckschwingungen entwickelt.

Die Drucksprünge werden in einem Volumen erzeugt, das durch Ventile schlagartig mit der Umgebung oder mit einer Druckquelle verbunden wird und dadurch eine definierte Druckänderung von bis zu 8bar erfährt.

Mittels eines kapazitiven Drucksensors wurde eine Anstiegszeit von 30ms und eine Abfallszeit von 10ms bei einem Sprung von 5bar gemessen. Die harmonischen Druckschwingungen werden durch einen Kolbenhubmembran- verdichter erzeugt, der durch einen elektrodynamischen Antrieb linear angesteuert werden kann und dabei Frequenzen von bis zu 1kHz bei 57mbar erreicht.

Mit Hilfe der entwickelten Druckgeneratoren für Sprünge bzw. harmonische Schwingungen wurden beispielhaft der kapazitive und der piezoresistive Drucksensor nach DIN IEC 770 untersucht. Es wurde eine Anstiegszeit von 30ms und ein Abfall der Meßgröße auf 70% des Sollwertes bei 50Hz für den kapazitiven Drucksensor gemessen. Für den piezoresistiven Drucksensor konnte eine Phasenverschiebung von 45° bei einer Frequenz von 318Hz, sowie eine Resonanzfrequenz von 280Hz gemessen werden.

Für die Untersuchung schnellerer Sensoren ist in Zukunft eine kürzere Anstiegszeit der Drucksprunggeneratoren wünschenswert. Diese kann durch schnellere oder großflächigere Ventile erreicht werden. Der entwickelte Druckschwingungsgenerator hat sich als geeignet für Messungen nach DIN IEC 770 gezeigt, da ihre Anstiegszeit bei Druckschwingungen wie gefordert deutlich kleiner ist als die des zu untersuchenden Sensors und die Maximalfrequenz von 1kHz deutlich größer ist als die nach DIN IEC 770 zu messenden Eckfrequenzen.

Der kapazitive Drucksensor weist eine Zeitkonstante von 30ms und liefert nur bis zu 50Hz annehmbare Werte. Bei dem piezoresistiven Drucksensor wurde bei einer Frequenz von 2120Hz eine Resonanz festgestellt. Die Steuerung erfolgt mit Hilfe eines Frequenzgenerators und eines Spannungsverstärkers. Wegen der nichtlinearen Abhängigkeit der Druckamplitude von der eingestellten Frequenz und von Temperatureinflüssen ist eine gezielte Steuerung der Druckamplitude, wie sie im Pflichtenheft gefordert wird, nicht erreicht worden.

In einer Nachfolgearbeit könnte dies jedoch durch die Entwicklung eines Frequenzgenerators mit konstantem, steuerbarem Ausgangsstrom erreicht werden. Der hohe Geräuschpegel des Generators der während des Betriebs entsteht, könnte außerdem mit einem akustischen Schallisolator gedämpft werden.

Technischen Daten:

* max. Leistung: 400W

* max. Hub: 3mm

* max. Druck: 1bar

* max. zulässige Stromstärke: 10A

* Gewicht: 20Kg

Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Erschienen: 1996
Creators: Hashemi, Nasir
Title: Dynamische Anregung von Drucksensoren
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Zur dynamischen Anregung von Drucksensoren nach den Richtlinien DIN IEC 770 wurden in dieser Arbeit je eine Einrichtung zur Generierung von Drucksprüngen sowie von harmonischen Druckschwingungen entwickelt.

Die Drucksprünge werden in einem Volumen erzeugt, das durch Ventile schlagartig mit der Umgebung oder mit einer Druckquelle verbunden wird und dadurch eine definierte Druckänderung von bis zu 8bar erfährt.

Mittels eines kapazitiven Drucksensors wurde eine Anstiegszeit von 30ms und eine Abfallszeit von 10ms bei einem Sprung von 5bar gemessen. Die harmonischen Druckschwingungen werden durch einen Kolbenhubmembran- verdichter erzeugt, der durch einen elektrodynamischen Antrieb linear angesteuert werden kann und dabei Frequenzen von bis zu 1kHz bei 57mbar erreicht.

Mit Hilfe der entwickelten Druckgeneratoren für Sprünge bzw. harmonische Schwingungen wurden beispielhaft der kapazitive und der piezoresistive Drucksensor nach DIN IEC 770 untersucht. Es wurde eine Anstiegszeit von 30ms und ein Abfall der Meßgröße auf 70% des Sollwertes bei 50Hz für den kapazitiven Drucksensor gemessen. Für den piezoresistiven Drucksensor konnte eine Phasenverschiebung von 45° bei einer Frequenz von 318Hz, sowie eine Resonanzfrequenz von 280Hz gemessen werden.

Für die Untersuchung schnellerer Sensoren ist in Zukunft eine kürzere Anstiegszeit der Drucksprunggeneratoren wünschenswert. Diese kann durch schnellere oder großflächigere Ventile erreicht werden. Der entwickelte Druckschwingungsgenerator hat sich als geeignet für Messungen nach DIN IEC 770 gezeigt, da ihre Anstiegszeit bei Druckschwingungen wie gefordert deutlich kleiner ist als die des zu untersuchenden Sensors und die Maximalfrequenz von 1kHz deutlich größer ist als die nach DIN IEC 770 zu messenden Eckfrequenzen.

Der kapazitive Drucksensor weist eine Zeitkonstante von 30ms und liefert nur bis zu 50Hz annehmbare Werte. Bei dem piezoresistiven Drucksensor wurde bei einer Frequenz von 2120Hz eine Resonanz festgestellt. Die Steuerung erfolgt mit Hilfe eines Frequenzgenerators und eines Spannungsverstärkers. Wegen der nichtlinearen Abhängigkeit der Druckamplitude von der eingestellten Frequenz und von Temperatureinflüssen ist eine gezielte Steuerung der Druckamplitude, wie sie im Pflichtenheft gefordert wird, nicht erreicht worden.

In einer Nachfolgearbeit könnte dies jedoch durch die Entwicklung eines Frequenzgenerators mit konstantem, steuerbarem Ausgangsstrom erreicht werden. Der hohe Geräuschpegel des Generators der während des Betriebs entsteht, könnte außerdem mit einem akustischen Schallisolator gedämpft werden.

Technischen Daten:

* max. Leistung: 400W

* max. Hub: 3mm

* max. Druck: 1bar

* max. zulässige Stromstärke: 10A

* Gewicht: 20Kg

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Druckschwingung harmonisch, Drucksensor Dynamik, Sprungantwort
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: 14 Sep 2011 07:33
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1337

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 20-05-1996

Ende Datum: 22-08-1996

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik (ET)

Vertiefungsrichtung: Elektromechanische Konstruktionen (Dipl.)

Abschluss: Diplom (EMK)

Identification Number: 17/24 EMKD 1337
Referees: Kuhn, Dipl.-Ing. Sven and Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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