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Optimierung eines kapazitiven Drucksensors für Hochtemperaturanwendungen

Meindel, Alexander (1998):
Optimierung eines kapazitiven Drucksensors für Hochtemperaturanwendungen.
Technische Universität Darmstadt, [Seminar paper (Midterm)]

Abstract

Zusammenfassung:

Die vorliegende Studienarbeit ist auf die Konzipierung eines Relativdruckmeßsystems für Hochtemperaturanwendungen in der Prozeßmeßtechnik ausgerichtet.

Aufbauend auf Untersuchungen, die zum einen am Institut für Elektromechanische Konstruktionen zum anderen vom auftraggebenden Unternehmen Endress + Hauser selbst durchgeführt wurden, werden folgende Lösungsbestandteile als gegeben vorausgesetzt.

1. Aufbau des Systems aus zwei kapazitiven Absolutdruckmeßzellen (100kPa)

2. Verwenden der aktuellen Primärelektronik

Diese Bestandteile werden einer optimierenden Betrachtung unterzogen, wobei zunächst die Eigenschaften dieser Komponenten mittels umfangreicher Messungen charakterisiert werden. Daran anschließend folgt eine Fehlerbetrachtung, sowohl für Teilkomponenten als auch für das Gesamtsystem. Dabei wird von den Korrekturmöglichkeiten der Primärelektronik ausgegangen.

Mit dem Ziel den zu erwartenden Gesamtfehler zu reduzieren und zu einer qualifizierenden Aussage über Korrekturmöglichkeiten mittels Sekundärelektronik zu kommen, werden unterschiedliche Kalibrier- und Kompensationsstrategien verglichen. Dies geschieht durch mathematische Modellierung der Sensoreigenschaften und anschließender Simulation unterschiedlicher Strategiekombinationen in MATLAB.

Abschließend werden in einem Konzept für den Prototypenbau die Untersuchungsergebnisse zusammengefaßt. Die darin ausgewählte Korrekturstrategie ermöglicht, bezogen auf die Meßergebnisse, eine Halbierung des Restfehlers. Dabei ist entscheidend, daß sowohl die Temperatur des Sensors, der sich am heißen Prozeß befindet, als auch die Temperatur des Restsystems für die Fehlerkompensation verwendet werden müssen.

Folgende Kennwerte charakterisieren das neu konzipierte Relativdruckmeßsystem:

* Meßbereich: 80kPa bis 120kPa

* Meßspanne: 10kPa

* Genauigkeit (bezogen auf 10kPa): 2,42%

* Temperaturbereich (Prozeßsensor): -20°C bis +180°C

* Temperaturbereich (Restsystem): -20°C bis +80°C

* Versorgungsspannung: 5V

* Ausgangssignal: 0,5 bis 4,5V proportional zum Relativdruck

Item Type: Seminar paper (Midterm)
Erschienen: 1998
Creators: Meindel, Alexander
Title: Optimierung eines kapazitiven Drucksensors für Hochtemperaturanwendungen
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Die vorliegende Studienarbeit ist auf die Konzipierung eines Relativdruckmeßsystems für Hochtemperaturanwendungen in der Prozeßmeßtechnik ausgerichtet.

Aufbauend auf Untersuchungen, die zum einen am Institut für Elektromechanische Konstruktionen zum anderen vom auftraggebenden Unternehmen Endress + Hauser selbst durchgeführt wurden, werden folgende Lösungsbestandteile als gegeben vorausgesetzt.

1. Aufbau des Systems aus zwei kapazitiven Absolutdruckmeßzellen (100kPa)

2. Verwenden der aktuellen Primärelektronik

Diese Bestandteile werden einer optimierenden Betrachtung unterzogen, wobei zunächst die Eigenschaften dieser Komponenten mittels umfangreicher Messungen charakterisiert werden. Daran anschließend folgt eine Fehlerbetrachtung, sowohl für Teilkomponenten als auch für das Gesamtsystem. Dabei wird von den Korrekturmöglichkeiten der Primärelektronik ausgegangen.

Mit dem Ziel den zu erwartenden Gesamtfehler zu reduzieren und zu einer qualifizierenden Aussage über Korrekturmöglichkeiten mittels Sekundärelektronik zu kommen, werden unterschiedliche Kalibrier- und Kompensationsstrategien verglichen. Dies geschieht durch mathematische Modellierung der Sensoreigenschaften und anschließender Simulation unterschiedlicher Strategiekombinationen in MATLAB.

Abschließend werden in einem Konzept für den Prototypenbau die Untersuchungsergebnisse zusammengefaßt. Die darin ausgewählte Korrekturstrategie ermöglicht, bezogen auf die Meßergebnisse, eine Halbierung des Restfehlers. Dabei ist entscheidend, daß sowohl die Temperatur des Sensors, der sich am heißen Prozeß befindet, als auch die Temperatur des Restsystems für die Fehlerkompensation verwendet werden müssen.

Folgende Kennwerte charakterisieren das neu konzipierte Relativdruckmeßsystem:

* Meßbereich: 80kPa bis 120kPa

* Meßspanne: 10kPa

* Genauigkeit (bezogen auf 10kPa): 2,42%

* Temperaturbereich (Prozeßsensor): -20°C bis +180°C

* Temperaturbereich (Restsystem): -20°C bis +80°C

* Versorgungsspannung: 5V

* Ausgangssignal: 0,5 bis 4,5V proportional zum Relativdruck

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Drucksensor kapazitiv, Kalibrierung, Sensorfehlerkompensation, 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: 12 Sep 2011 14:35
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1382

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 22-04-1997

Ende Datum: 10-02-1998

Querverweis: 17/24 EMKD 1313

Studiengang: Wirtschaftsingenieur Elektrotechnik (WI-ET)

Vertiefungsrichtung: Elektromechanische Konstruktionen (Dipl.)

Abschluss: Diplom (WiET)

Identification Number: 17/24 EMKS 1382
Referees: Kuhn, Dipl.-Ing. Sven and Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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