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Einsatzgebiete und Anforderungen an resistive und kapazitive Meßelemente

Heil, Volker (2001):
Einsatzgebiete und Anforderungen an resistive und kapazitive Meßelemente.
Technische Universität Darmstadt, [Seminar paper (Midterm)]

Abstract

Zusammenfassung:

Die physikalische Messgröße „Druck“ ist eine der am häufigsten gemessenen Größen überhaupt. Sei es, dass von Sensoren Gas-, Wasser- oder Öldrücke in Maschinen, Anlagen und Systemen gemessen werden, oder dass Mediziner Kreislaufgrößen wie arteriellen oder venösen Blutdruck bei einer Aussage über den Gesamtzustand des Patienten benötigen. Die Erfindung des Drucksensors und damit die Möglichkeit der Miniaturisierung und der elektrischen Erfassung des Drucks war so bedeutend, dass der Drucksensor Eintritt in fast alle Industriebereiche fand. Drucksensoren werden u.a. in der Prozessmesstechnik, Pharma- und Petrochemie, Medizintechnik sowie im Konsumgüterbereich, z.B. in der Kfz-Industrie eingesetzt. Je nach Einsatzgebiet werden unterschiedliche Anforderungen wie hohe Messgenauigkeit, Medienresistenz oder auch Preislimits an die Drucksensoren gestellt. Aus den jeweiligen Anwendungen innerhalb der Industrien ergeben sich Anforderungen an die eingesetzten Drucksensoren wie z.B. hohe Messgenauigkeit, Störfestigkeit oder aber Preisrestriktionen. Diese unterschiedlichen Anforderungen kann ein „Universal-Drucksensor“ nicht erfüllen. Aus diesem Grund gibt es die verschiedensten Verfahren und Wirkprinzipien, mit denen der Druck gemessen wird.

Am Institut für Elektromechanische Konstruktionen (EMK), TU Darmstadt, werden unter anderem Forschungsarbeiten zur Optimierung ausgewählter Alternativen zur Wheatstone-Brücke für die Signalauswertung bei piezoresistiven Drucksensoren betrieben. Um für die Messelemente optimierte und angepasste Primärelektroniken zu entwickeln, ist die genaue Kenntnis der Anforderungen an die Sensorsysteme wichtig.

Ziel dieser Arbeit ist es, die oben genannten Faktoren (Sensortyp, Anforderung, Anwendung) zu beschreiben, zu systematisieren und in Relation zu einander zu bringen. Die Ausführungen beschränken sich auf die wirtschaftlich bedeutendsten Industriebereiche:

* Kraftfahrzeugindustrie

* Prozessmesstechnik und Verfahrensindustrie

Da kein Universal-Drucksensor existiert, der allen Anforderungen gerecht wird, gibt es vielfältige Ausprägungen. Um die Orientierung zu gewährleisten, werden die Drucksensoren zunächst nach Gesichtspunkten wie Art der Druckmessung (Absolut-, Differenz-, Relativdruck) und Wirkprinzip (z.B. piezoresistive oder piezoelektrische Druckmessung) klassifiziert. Typische Anforderungen aus den Industriezweigen sind u. a.:

* Kfz-Industrie: Preis zwischen 5 und 10 DM, geringes Gewicht, Massenproduktion

* Prozessmesstechnik, Verfahrensindustrie: hohe Messgenauigkeit, großer Temperaturbereich, Funktionssicherheit

Einige der beschriebenen Applikationen von Drucksensoren sind:

* Kfz-Industrie: Ansaugdruck, Zylinderdruck, Bremsdruck oder Öldruck

* Prozessmesstechnik, Verfahrensindustrie: Füllstands-, Durchflussmessung, Hydraulik- und Pneumatikanwendungen

Dabei gefundene Lösungen bezüglich der Anforderungen werden aufgezeigt.

Anhand der Anforderungen aus den Industriezweigen und den Beschreibungen der Applikationen der Drucksensoren lassen sich insbesondere Erkenntnisse bezüglich Optimierungsmaßnahmen der Auswerteschaltungen sammeln.

Die Arbeit ist in fünf Abschnitte unterteilt. Im Abschnitt 1 werden Grundlagen der Druckmessung beschrieben und eine Klassifizierung der Drucksensoren vorgeschlagen. Der Trend zur Integration von Digitaltechnik in den Drucksensor ist Gegenstand des Abschnittes 2. Schwerpunkt der Abschnitte 3 und 4 sind die Anforderungen an Drucksensoren aus den betrachteten Industriezweigen. Es werden hier typische Applikationen beschrieben und deren Kennwerte gegenübergestellt. Den Abschluss bilden eine Schlussfolgerung und ein Ausblick in Abschnitt 5.

Item Type: Seminar paper (Midterm)
Erschienen: 2001
Creators: Heil, Volker
Title: Einsatzgebiete und Anforderungen an resistive und kapazitive Meßelemente
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Die physikalische Messgröße „Druck“ ist eine der am häufigsten gemessenen Größen überhaupt. Sei es, dass von Sensoren Gas-, Wasser- oder Öldrücke in Maschinen, Anlagen und Systemen gemessen werden, oder dass Mediziner Kreislaufgrößen wie arteriellen oder venösen Blutdruck bei einer Aussage über den Gesamtzustand des Patienten benötigen. Die Erfindung des Drucksensors und damit die Möglichkeit der Miniaturisierung und der elektrischen Erfassung des Drucks war so bedeutend, dass der Drucksensor Eintritt in fast alle Industriebereiche fand. Drucksensoren werden u.a. in der Prozessmesstechnik, Pharma- und Petrochemie, Medizintechnik sowie im Konsumgüterbereich, z.B. in der Kfz-Industrie eingesetzt. Je nach Einsatzgebiet werden unterschiedliche Anforderungen wie hohe Messgenauigkeit, Medienresistenz oder auch Preislimits an die Drucksensoren gestellt. Aus den jeweiligen Anwendungen innerhalb der Industrien ergeben sich Anforderungen an die eingesetzten Drucksensoren wie z.B. hohe Messgenauigkeit, Störfestigkeit oder aber Preisrestriktionen. Diese unterschiedlichen Anforderungen kann ein „Universal-Drucksensor“ nicht erfüllen. Aus diesem Grund gibt es die verschiedensten Verfahren und Wirkprinzipien, mit denen der Druck gemessen wird.

Am Institut für Elektromechanische Konstruktionen (EMK), TU Darmstadt, werden unter anderem Forschungsarbeiten zur Optimierung ausgewählter Alternativen zur Wheatstone-Brücke für die Signalauswertung bei piezoresistiven Drucksensoren betrieben. Um für die Messelemente optimierte und angepasste Primärelektroniken zu entwickeln, ist die genaue Kenntnis der Anforderungen an die Sensorsysteme wichtig.

Ziel dieser Arbeit ist es, die oben genannten Faktoren (Sensortyp, Anforderung, Anwendung) zu beschreiben, zu systematisieren und in Relation zu einander zu bringen. Die Ausführungen beschränken sich auf die wirtschaftlich bedeutendsten Industriebereiche:

* Kraftfahrzeugindustrie

* Prozessmesstechnik und Verfahrensindustrie

Da kein Universal-Drucksensor existiert, der allen Anforderungen gerecht wird, gibt es vielfältige Ausprägungen. Um die Orientierung zu gewährleisten, werden die Drucksensoren zunächst nach Gesichtspunkten wie Art der Druckmessung (Absolut-, Differenz-, Relativdruck) und Wirkprinzip (z.B. piezoresistive oder piezoelektrische Druckmessung) klassifiziert. Typische Anforderungen aus den Industriezweigen sind u. a.:

* Kfz-Industrie: Preis zwischen 5 und 10 DM, geringes Gewicht, Massenproduktion

* Prozessmesstechnik, Verfahrensindustrie: hohe Messgenauigkeit, großer Temperaturbereich, Funktionssicherheit

Einige der beschriebenen Applikationen von Drucksensoren sind:

* Kfz-Industrie: Ansaugdruck, Zylinderdruck, Bremsdruck oder Öldruck

* Prozessmesstechnik, Verfahrensindustrie: Füllstands-, Durchflussmessung, Hydraulik- und Pneumatikanwendungen

Dabei gefundene Lösungen bezüglich der Anforderungen werden aufgezeigt.

Anhand der Anforderungen aus den Industriezweigen und den Beschreibungen der Applikationen der Drucksensoren lassen sich insbesondere Erkenntnisse bezüglich Optimierungsmaßnahmen der Auswerteschaltungen sammeln.

Die Arbeit ist in fünf Abschnitte unterteilt. Im Abschnitt 1 werden Grundlagen der Druckmessung beschrieben und eine Klassifizierung der Drucksensoren vorgeschlagen. Der Trend zur Integration von Digitaltechnik in den Drucksensor ist Gegenstand des Abschnittes 2. Schwerpunkt der Abschnitte 3 und 4 sind die Anforderungen an Drucksensoren aus den betrachteten Industriezweigen. Es werden hier typische Applikationen beschrieben und deren Kennwerte gegenübergestellt. Den Abschluss bilden eine Schlussfolgerung und ein Ausblick in Abschnitt 5.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Drucksensor Anforderungen, Drucksensor Anwendungen, Drucksensoren piezoelektrisch, Drucksensoren piezoresistiv, Sensorik KFZ, Sensorik Prozessmesstechnik
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: 08 Sep 2011 10:17
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1477

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 01-08-2000

Ende Datum: 17-04-2001

Querverweis: keiner

Studiengang: Wirtschaftsingenieur Elektrotechnik (WI-ET)

Vertiefungsrichtung: Elektromechanische Konstruktionen (EMK)

Abschluss: Diplom (WiET)

Identification Number: 17/24 EMKS 1477
Referees: Zahout-Heil, Dipl.-Ing. Carsten and Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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